DE19840388B4

DE19840388B4 - Vorrichtung zum Positionieren und Vereinzeln einer Vielzahl von mittels einer Trägerschicht verbundenen Mikroabformteilen

Info

Publication number: DE19840388B4
Application number: DE19840388A
Authority: DE
Inventors: Klaus Pollak; Klaus-Dieter Müller; Mathias Dr. Heckele
Original assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1998-04-08
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2018-09-05
Also published as: DE19840387C2; DE19840388A1; DE19840387A1

Abstract

Vorrichtung zum Fixieren einer Vielzahl von strukturierten und folienartig zusammenhängenden Mikroabformteilen bei ihrer Vereinzelung, in welcher die Abformteile zusammen im verbundenen Zustand, jedoch jedes für sich einzeln mittels Unterdruck auf einer Unterlage angesaugt werden, mit den folgenden Merkmalen:
a) die Vorrichtung besteht aus einer Magazinplatte (4), in die auf deren Oberseite eine Ausnehmung (8) zur Aufnahme der Abformfolie (1) mit geringerer Tiefe als deren Dicke eingelassen ist, welche die gleiche Kontur wie diese mit geringem Übermaß aufweist,
b) in die Unterseite (15) der Magazinplatte (4) ist ein Hohlraum (13) eingelassen, der mit der Ausnehmung (8) über Saugbohrungen (9) verbunden ist,
c) die flächige Anordnung der Saugbohrungen (9) entspricht dabei der Anordnung der Abformteile (2) auf der Abformfolie (1), wobei jeweils in der Position unter dem oder einem glatten Flächenanteil eines Formteiles (1) mindestens eine der Saugbohrungen (9) vorhanden ist.

Description

Die vorligende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fixieren einer Vielzahl von strukturierten und folienartig zusammenhängenden Mikroabformteilen gemäß des ersten Patentanspruchs.
Die Erfindung befasst sich mit der Magazinierung von Abformfolien mit darauf angeordneten Mikroteilen, die eine Trägerschicht aufweisen, die die Mikroteile verbindet. Solche Abformfolien werden unter anderem durch Heißprägern hergestellt. Die Mikroteile müssen anschließend voneinander getrennt, das heisst vereinzelt werden, bevor sie durch entsprechende Greifer zur weiteren Behandlung erfasst werden. Dabei ist die Magazinierung ein Problem, denn die Mikroteile sind durch ihre geringe Größe zum Greifen einerseits schwer lokalisierbar und andererseits dazu noch leicht beweglich. Dies führt zu Problemen bei der Entnahme.

Aus der US 4.476.756 ist eine Schneidevorrichtung für schlaffe Materialien bekannt, bei der ausgeschnittene Teile zunächst im verbundenen Zustand durch Überdruck auf einer Unterlage angesaugt werden, um sie in einer vorbestimmten Position gemeinsam festzuhalten, bevor sie voneinander getrennt und abgesondert werden.

Die Erfindung hat daher zur Aufgabe eine Magazinierlösung anzugeben, die es ermöglicht, die Mikroteile vor, während und nach der Vereinzelung immer genau in einer exakten Position zu halten, so daß sie mittels eines Mikrogreifers aus dieser präzise entnommen werden können.

Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung eine Vorrichtung vor, wie sie in den Merkmalen des Patentanspruchs 1 angegeben ist.

Die besonderen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß durch sie die Prozeßschritte Lagerung, Vereinze lung, Transport und Entnahme von Mikrobauteilen durch die durchgehende Magazinierung stark vereinfacht werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden und anhand der 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigen
die 1a–d die schematische Abfolge des Verfahrens
die 2 die Magazinplatte von unten
die 3 die Magazinplatte von der Seite und
die 4 die Magazinplatte von oben.
Das in den einzelnen Stufen a bis d gemäß der 1 schematisch dargestellte Verfahren dient zum Magazinieren, Positionieren und Vereinzeln einer Vielzahl von, mittels einer Trägerschicht 3 verbundenen Abformteilen 2, wobei diese in der Höhe strukturierte, sogenannte Mikrobauteile mit Abmessungen im μm Bereich sind. Beispielsweise sollen diese nach ihrer Trennung unter Aufrechterhaltung minimalster Toleranzen im Bereich von wenigen μm mittels Mikrogreifern positionsgenau abgehoben werden. Dabei müssen die Mikrobauteile, die genau positioniert und zusammenhängend bereits als in Reihen angeordnete Abformteile 2 in Form einer Abformfolie 1 vorliegen, nach ihrer Trennung voneinander ganz präzise in ihrer Ausgangslage verbleiben. Dazu können zusätzlich zwischen ihnen Zwischenstege 7 mit ebenfalls glatten Flächenanteilen vorhanden sein, die ebenfalls Bestandteile der Abformfolie 1 sind. Bei dem neuen Verfahren geschieht die Vereinzelung dadurch, daß die Abformteile 2 zusammen im verbundenen Zustand, jedoch jedes für sich einzeln mittels Unterdruck auf einer Magazinplatte 4 angesaugt, dadurch in vorbestimmter Position gemeinsam festgehalten, danach unter Aufrechterhaltung des Unterdruckes voneinander getrennt und ebenfalls unter Aufrechterhaltung des Unterdruckes jeweils für sich von der Magazinplatte 4 wieder abgehoben werden. Bei der Abformfolie 1 wird die Seite der Trägerschicht 3 als Unterseite 5, die strukturierte Seite mit den Abformteilen 2 als Oberseite 6 bezeichnet, wobei diese Oberseite 6 glatte, ansaugfähige Flächenanteile aufweist. Bei einer speziellen Ausführungsform der Abformfolie 1 sind die Abformteile 2 in einer Matrix angeordnet, wobei zwischen ihnen Zwischenstege 7 mit ebenfalls glatten Flächenanteilen an der Oberseite 6 vorhanden sind. In dieser Konfiguration können die vereinzelten Mikrokomponenten auch ohne Unterdruck hochgenau aus dem Magazin entnommen werden. Solche Abformfolien der Mikrotechnik weisen eine typische Dicke im Bereich von einigen 100 μm, die einzelnen Abformteile Abmessungen im Bereich von mehreren 100 μm auf.
Wie in der 1a dargestellt, wird die Abformfolie 1 nach einem Prägevorgang in die Ausnehmung 8 auf der Oberfläche der Magazinplatte 4 mit ihrer Oberseite 6 nach unten so eingelegt, daß sie mit den glatten Oberflächenanteilen über die Saugbohrungen 9 und 10 zu liegen kommt, die durch die Magazinplatte 4 hindurchgehen und von deren Unterseite her mit Unterdruck beaufschlagt werden. Nach Aufbringen dieses Unterdruckes wird die Abformfolie 1 in der Ausnehmung 8 auf der Magazinplatte 4 als Ganzes festgesaugt und somit genau positioniert. Zum Ansaugen wird die Magazinplatte 4 auf den Saugtisch 11 z. B. einer Wafersäge aufgesetzt, dessen Saugöffnungen 12 mit dem Hohlraum 13 der Magazinplatte 4 unter deren Saugbohrungen 9 und 10 in Verbindung stehen. Danach wird die Trägerschicht 3 von deren Unterseite 5 her, z. B. mit dem Sägeblatt 14 der Wafersäge zwischen den Abformteilen 2 durchgesägt, siehe die 1b. Dabei entspricht die Sägetiefe der Dicke der Trägerschicht 3 zuzüglich eines Aufmaßes, das im Bereich von wenigen μm liegt. Danach sind die Abformteile 2 voneinander getrennt, werden jedoch durch den unter ihnen mittels der Saugbohrungen 9 an ihren glatten Flächen angreifenden Unterdruck weiterhin in der durch ihre ehemalige Lage auf der Abformfolie 1 vorgegebenen Position gehalten, siehe die 1c.
Bei der in den 1a bis 1d dargestellten Form der Abformfolie 1 sind die Abformteile 2 in einer Matrix angeordnet, wobei zwischen ihnen die bereits erwähnten Zwischenstege 7 mit ebenfalls glatten ansaugfähigen Flächenanteilen wie bei den Abformteilen 2 vorhanden sind. Diese Zwischenstege 7 sind mit den Abformteilen 2 durch die aufzutrennende Trägerschicht 3 verbunden. Der im vorstehenden beschriebene Trennvorgang ist hier ähnlich, der Schnitt des Sägeblattes 14 erfolgt zwischen jedem Abformteil 2 und den Zwischenstegen 7. Danach werden auch sie über den Saugbohrungen 10 durch den Unterdruck im Hohlraum 13 in ihrer ursprünglichen Lage festgehalten, wodurch die Positionierung der Abformteile 2 nach dem Sägeschnitt noch verbessert und der Ordnungsgrad der vereinzelten Abformteile 2 durch das Gitter der auf der Abformfolie 1 mitgeprägten Zwischenstege 7 erhalten bleibt. Nach dem Trennvorgang und einem eventuellen Weitertransport der Magazinplatte 4 erfolgt die Entnahme der Abformteile 2 von der Magazinplatte 4 mit oder ohne Aufrechterhaltung des Unterdruckes, siehe die 1d. Dies kann an einer getrennten Stelle z. B. an der Bereitstellungsposition eines nicht dargestellten Handhabungsgerätes erfolgen, wobei dieses die so magazinierten Abformteile 2 an genau definierter Position übernehmen kann.
In den 2 bis 4 ist die für das Verfahren notwendige Vorrichtung dargestellt. Sie besteht aus der Magazinplatte 4, in die auf deren Oberseite 16 zur Unterlage für die Abformfolie 1 eine Ausnehmung 8 mit geringerer Tiefe als die Dicke der Abformfolie 1 eingelassen ist. Die Ausnehmung 8 besitzt die gleiche Kontur wie die der anzusaugenden Abformfolie 1 mit geringem Übermaß, so daß diese mit ihrer Außenkontur formschlüssig darin eingelegt weren kann. In die Unterseite 15 der Magazinplatte 4 ist ein Hohlraum 13 eingelassen, der mit der Ausnehmung 8 über Saugbohrungen 9 und 10 verbunden ist. Die flächige Anordnung der Saugbohrungen 9 entspricht dabei der Anordnung der Abformteile 2 auf der Abformfolie 1, das heisst, jeweils unter dem glatten Flächenanteil eines Formteiles 1 ist mindestens eine der Saugbohrungen vorhanden oder wirksam. Das gleiche gilt auch das Ansaugen eventuell vorhandenen Zwischenstege 7, dafür sind auch unter deren Position durch die Magazinplatte 4 entsprechende Saugbohrungen 10 vorgesehen. Der Rand der Magazinplatte 4 weist einen umlaufende Absatz 17 auf, dessen äussere Abmessungen den inneren Abmessungen des Hohlraumes 13 entsprechen, so daß die Magazinplatten 4 auf den Absätzen 17 formschlüssig übereinander in beliebiger Höhe gestapelt werden können. Die Tiefe der Absätze 17 ist so bemessen, daß beim Aufeinanderstapeln die Unterseite 16 einer oberen Magazinplatte 4 die Unterseite 5 einer auf einer unteren Magazinplatte 4 liegenden Abformfolie 1 gerade nicht berührt und diese in ihrer vertikalen Lage fixiert. Der Abstand ist dabei so bemessen, daß sich die in der unteren Magazinplatte 4 eingelegte Abformfolie 1 nicht aus der Position in der Ausnehmung 8 in vertikaler Richtung bewegen kann. Dadurch wird der letzte Freiheitsgrad der Abformteile in Richtung Entnahme beim Transport oder bei der Lagerung der Magazinplatten 4 gesichert. Die Magazinplatte lässt sich durch Variieren der Abstände der Saugbohrungen 9 und 10 sowie ihrer Durchmesser und der Tiefe der Ausnehmung 8 für die Abformfolie 1 an beliebige Abformfolien mit den verschiedensten Abformteilen anpassen.

1: Abformfolie
2: Abformteile, Mikroteile
3: Trägerschicht
4: Magazinplatte, Unterlage
5: Unterseite Abformfolie
6: Oberseite Abformfolie
7: Zwischenstege
8: Ausnehmung für 1
9: Saugbohrugen
10: Saugbohrungen
11: Saugtisch
12: Saugöffnungen
13: Hohlraum unten
14: Sägeblatt
15: Unterseite Magazinplatte
16: Oberseite Magazinplatte
17: Absatz

Claims

Vorrichtung zum Fixieren einer Vielzahl von strukturierten und folienartig zusammenhängenden Mikroabformteilen bei ihrer Vereinzelung, in welcher die Abformteile zusammen im verbundenen Zustand, jedoch jedes für sich einzeln mittels Unterdruck auf einer Unterlage angesaugt werden, mit den folgenden Merkmalen: a) die Vorrichtung besteht aus einer Magazinplatte (4), in die auf deren Oberseite eine Ausnehmung (8) zur Aufnahme der Abformfolie (1) mit geringerer Tiefe als deren Dicke eingelassen ist, welche die gleiche Kontur wie diese mit geringem Übermaß aufweist, b) in die Unterseite (15) der Magazinplatte (4) ist ein Hohlraum (13) eingelassen, der mit der Ausnehmung (8) über Saugbohrungen (9) verbunden ist, c) die flächige Anordnung der Saugbohrungen (9) entspricht dabei der Anordnung der Abformteile (2) auf der Abformfolie (1), wobei jeweils in der Position unter dem oder einem glatten Flächenanteil eines Formteiles (1) mindestens eine der Saugbohrungen (9) vorhanden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 für Abformfolien, auf welcher die Abformteile in Reihen angeordnet und zwischen ihnen Zwischenstege mit ebenfalls glatten Flächenanteilen vorhanden sind, wobei auch die Zwischenstege mit den Abformteilen durch die aufzutrennende Trägerschicht verbunden sind, gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale: a) die flächige Anordnung der Saugbohrungen (9) entspricht der Anordnung der Abformteile (2) auf der Abformfolie (1) und der Zwischenstege (7), wobei jeweils in der Position unter dem oder einem glatten Flächenanteil eines Formteiles (1) und der Zwischenstege (7) Saugbohrungen (9 und 10) vorhanden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale: a) der Rand der Magazinplatte (4) weist einen umlaufenden Absatz (17) auf, dessen äussere Abmessungen den inneren Abmessungen des Hohlraumes (13) entsprechen, b) die Tiefe der Absätze (17) ist so bemessen, daß beim Aufeinanderstapeln die Unterseite (16) einer oberen Magazinplatte (4) die Unterseite (5) einer auf einer unteren Magazinplatte (4) liegenden Abformfolie (1) gerade nicht berührt.
Vorrichtung nach Anspruch 2 für Abformfolien, auf welcher die Abformteile in Reihen angeordnet und zwischen ihnen Zwischenstege mit ebenfalls glatten Flächenanteilen vorhanden sind, wobei auch die Zwischenstege mit den Abformteilen durch die aufzutrennende Trägerschicht verbunden sind, gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale: a) die flächige Anordnung der Saugbohrungen (9) entspricht der Anordnung der Abformteile (2) auf der Abformfolie (1) und der Zwischenstege (7), wobei jeweils in der Position unter dem oder einem glatten Flächenanteil eines Formteiles (1) und der Zwischenstege (7) Saugbohrungen (9 und 10) vorhanden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale: a) der Rand der Magazinplatte (4) weist einen umlaufenden Absatz (17) auf, dessen äussere Abmessungen den inneren Abmessungen des Hohlraumes (13) entsprechen, b) die Tiefe der Absätze (17) ist so bemessen, daß beim Aufeinanderstapeln die Unterseite (16) einer oberen Magazinplatte (4) die Unterseite (5) einer auf einer unteren Magazinplatte (4) liegenden Abformfolie (1) gerade nicht berührt.