EP2471091A2 - Verfahren zur selbstassemblierung elektrischer, elektronischer oder mikromechanischer bauelemente auf einem substrat - Google Patents

Verfahren zur selbstassemblierung elektrischer, elektronischer oder mikromechanischer bauelemente auf einem substrat

Info

Publication number
EP2471091A2
EP2471091A2 EP10763177A EP10763177A EP2471091A2 EP 2471091 A2 EP2471091 A2 EP 2471091A2 EP 10763177 A EP10763177 A EP 10763177A EP 10763177 A EP10763177 A EP 10763177A EP 2471091 A2 EP2471091 A2 EP 2471091A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
adhesive
component
target position
composition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10763177A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Arning
Jürgen STEIGER
Ingo Schoenemann
Arne Hoppe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Evonik Goldschmidt GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Evonik Goldschmidt GmbH filed Critical Evonik Goldschmidt GmbH
Publication of EP2471091A2 publication Critical patent/EP2471091A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P72/00—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C3/00—Assembling of devices or systems from individually processed components
    • B81C3/002—Aligning microparts
    • B81C3/005—Passive alignment, i.e. without a detection of the position of the elements or using only structural arrangements or thermodynamic forces
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P95/00—Generic processes or apparatus for manufacture or treatments not covered by the other groups of this subclass
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W70/00—Package substrates; Interposers; Redistribution layers [RDL]
    • H10W70/60—Insulating or insulated package substrates; Interposers; Redistribution layers
    • H10W70/67—Insulating or insulated package substrates; Interposers; Redistribution layers characterised by their insulating layers or insulating parts
    • H10W70/69—Insulating materials thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/01—Manufacture or treatment
    • H10W72/013—Manufacture or treatment of die-attach connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/30—Die-attach connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W74/00—Encapsulations, e.g. protective coatings
    • H10W74/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W90/00—Package configurations
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors
    • H05K3/303—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors with surface mounted components
    • H05K3/305—Affixing by adhesive
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/01—Manufacture or treatment
    • H10W72/0198—Manufacture or treatment batch processes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/071—Connecting or disconnecting
    • H10W72/073—Connecting or disconnecting of die-attach connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/071—Connecting or disconnecting
    • H10W72/073—Connecting or disconnecting of die-attach connectors
    • H10W72/07321—Aligning
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/071—Connecting or disconnecting
    • H10W72/073—Connecting or disconnecting of die-attach connectors
    • H10W72/07331—Connecting techniques
    • H10W72/07336—Soldering or alloying
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/071—Connecting or disconnecting
    • H10W72/073—Connecting or disconnecting of die-attach connectors
    • H10W72/07331—Connecting techniques
    • H10W72/07337—Connecting techniques using a polymer adhesive, e.g. an adhesive based on silicone or epoxy
    • H10W72/07338—Connecting techniques using a polymer adhesive, e.g. an adhesive based on silicone or epoxy hardening the adhesive by curing, e.g. thermosetting
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/30—Die-attach connectors
    • H10W72/321—Structures or relative sizes of die-attach connectors
    • H10W72/325—Die-attach connectors having a filler embedded in a matrix
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/30—Die-attach connectors
    • H10W72/351—Materials of die-attach connectors
    • H10W72/352—Materials of die-attach connectors comprising metals or metalloids, e.g. solders
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/30—Die-attach connectors
    • H10W72/351—Materials of die-attach connectors
    • H10W72/353—Materials of die-attach connectors not comprising solid metals or solid metalloids, e.g. ceramics
    • H10W72/354—Materials of die-attach connectors not comprising solid metals or solid metalloids, e.g. ceramics comprising polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
    • H10W72/30—Die-attach connectors
    • H10W72/351—Materials of die-attach connectors
    • H10W72/355—Materials of die-attach connectors of outermost layers of multilayered die-attach connectors, e.g. material of a coating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T156/00—Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
    • Y10T156/10—Methods of surface bonding and/or assembly therefor
    • Y10T156/1002—Methods of surface bonding and/or assembly therefor with permanent bending or reshaping or surface deformation of self sustaining lamina
    • Y10T156/1051—Methods of surface bonding and/or assembly therefor with permanent bending or reshaping or surface deformation of self sustaining lamina by folding
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24802—Discontinuous or differential coating, impregnation or bond [e.g., artwork, printing, retouched photograph, etc.]
    • Y10T428/24851—Intermediate layer is discontinuous or differential

Definitions

  • the invention relates to a method for self-assembly of electrical, electronic or micromechanical components on a substrate.
  • the high-performance semiconductor technology makes it possible to solve the technical problem of many different electrical, electronic or logical tasks, such as signal processing tasks or the storage of
  • a component in the sense of this invention is a usable in technical products, in particular small building block, which can fulfill a technical function, but only in combination with other structures is technically usable. It is under electrical, electronic or
  • Micro-mechanical components in particular the group of elements consisting of integrated circuits, signal processing elements, diodes, memories, control electronics (especially for displays), sensors (especially for light, heat, concentration of substances, moisture), electro-optical or
  • radio frequency identification (RFID) chips semiconductor chips, photovoltaic elements, resistors, capacitors,
  • the electrical or electronic products enable the electrification, functionalization, control and / or readout of the electrical, electronic or micromechanical components. Furthermore, through them, if necessary, only their further installation or their contacting in the respective
  • End products e.g. by plug connections (in particular USB connections) or by the connection to power supply units or cable-based networks.
  • electrical, electronic or micromechanical components can be applied to polymeric or metallic carrier substrates.
  • the carriers can be flexible or rigid.
  • the electrical, electronic or micromechanical components are applied to film substrates.
  • the substrate consists of electrically conductive structures (for example structured metals or interconnects, if necessary in turn on a non-conductive, in particular polymeric carrier material). These can serve for contacting the components, but also, as shown in FIG. in the case of an RFID tag, as an antenna.
  • Examples of the electrical or electronic products include RFID straps, RFI D labels, printed circuit boards such as found in almost all electrical devices, such as cell phones, computers, computer mice,
  • US Pat. No. 6,507,989 B1 teaches a method for self-assembly of components on structurally or otherwise adapted surfaces to form composite materials, in which the affected surfaces are chemically modified in order to be better wetted.
  • Self-assembly can be achieved, for example, by effects such as adhesion and / or reduction of the free
  • One technique for self-assembly described therein is to locate certain contact surfaces of the components by utilizing interface effects in a system of two incompatible ones
  • Liquids eg water and perfluorodecalin
  • the disadvantage here is that the assembly rate directly with the sizes of the contact surfaces correlated. Also, the inevitable implementation of the procedure is in
  • Liquid mixtures detrimental to ingredients that can not be processed in liquids.
  • US 3 869 787 A describes a non-wettable substrate having a "wettable" coating of the chip for an adhesive material consisting of liquids or waxes for mounting a chip using the surface tension for self-alignment.
  • the substrate for example an electronic chip, must accordingly be such that only one backside of the chip is wettable with the liquid intended to effect the self-alignment.
  • This liquid is to be formed as a radiation-curing abhesive coating composition.
  • US 4 199 649 A deals with the production of adhesive / abhesive surfaces in various applications and mentions radiation curing without mentioning a self-aligning assembly of a component.
  • US 6,623,579 B1 describes methods for assembling a plurality of elements on a substrate in which a slurry of the elements in a fluid is directed onto the substrate and the substrate has recessed receptor regions for the elements, the elements accumulate in the recesses, and surplus ones , unreceived elements are derived after a vibration process.
  • These processes are a fluid self-assembly process in which the elements to be assembled are dispersed in a fluid and passed over the surface.
  • this method also has the disadvantage that no components can be processed that are not compatible with the fluids used.
  • it is disadvantageous that in such Procedure usually involves an excess of elements versus number
  • Assembly sites consist of pure, hydrophilic gold surfaces.
  • the active assembly sites can thereby by electrochemical reduction of
  • Alkanethiolate monolayers are converted into inactive, hydrophilic gold surfaces. If a hydrocarbon-based "lubricant” is applied to the surfaces and then submerged components and substrate in water, it wets only the hydrophobic assembling sites, where it reduces the friction and allows supported by capillary forces that the micro-components there on the
  • Components and the substrates must necessarily be resistant to water. In addition, they are adversely limited in their design because they must have gold surfaces. Furthermore, there is also the disadvantage here that in order to achieve good results, an excess of elements must be used in relation to the number of assembly sites on the substrate.
  • WO 2003/087590 A2 describes methods for the self-assembly of structures in which a liquid is applied in a structured manner to a substrate and then, while at least a part of the liquid remains liquid, at least a part of the structures due to interactions with the liquid according to their structuring on the Substrate assembled after application.
  • the liquid used may be, for example, liquid solder, an adhesive
  • Epoxy resin or a prepolymer act.
  • a precursor which is opposite to the
  • Liquid shows a repulsion or affinity to be applied to the substrate.
  • this method is not suitable for the self-assembly of the components on the substrate large positional deviations between the
  • tilt tilt
  • the object is to provide a method which avoids the stated disadvantages of the prior art.
  • the object is to provide a self-assembly method, with the reproducible electrical, electronic and micromechanical components on a substrate even with correction of large deviations in the position of the center and the rotational orientation of the device between the desired position and position of the component after application can assemble on the substrate.
  • This object is achieved in the present case by a method for the self-assembly of at least one electrical, electronic or micromechanical component on a substrate comprising the steps of a) providing the substrate, b)
  • an adhesive-repellent composition to at least one sub-surface of the substrate which does not represent a target position of the device, followed by a curing step, c) applying an adhesive composition to a sub-surface of the substrate representing at least one target position of the device, the sub-surface of the substrate being each provided with the adhesive-repellent composition the partial surface of the adhesive provided with the adhesive composition
  • Adhesive repellent composition a radiation-curing adhesive
  • the at least one component should be applied in such a way that it is positioned with at least part of its abutment surface on a part surface of the substrate coated in accordance with c).
  • Adhesive is understood to mean the adhesive, (adherent), attractive effect of a surface.
  • a self-adhesive label adheres to many surfaces or protective films on glass parts.
  • Abhesive is the opposite antonym (WO 2001/62489 describes the word abhesive with "anti-adhesive", see page 4 line 21), and with non-adhesive, repulsive or, especially in the application of self-adhesive labels applied to release coatings, releasably synonymous.
  • a method for self-assembly is understood to mean a method for positioning objects (here: electrical, electronic or micromechanical components) on a substrate after application of these objects to the substrate surface, presumably because of an inhomogeneous distribution of the surface energy on or above the substrate - leads to a non-externally induced final positioning of the objects.
  • objects here: electrical, electronic or micromechanical components
  • an applicable in technical products, in particular small building block which can fulfill a technical function, which, however, will only become technically usable in conjunction with other structures to understand.
  • a target position of a component means a substantially similar (ie deviating in terms of size by a factor of 0.8-3.0 from the abutment surface of the component) to the shape of the abutment surface of the component part surface of the substrate to understand on which the device is to be located after the assembly process.
  • an adhesive composition is essentially a
  • the adhesive composition is curable, i. it can be cross-linked by suitable measures which are known per se to the person skilled in the art, so that a rigid mass which immobilizes the component on the substrate results.
  • An adhesive repellent composition is spontaneously immiscible with the adhesive composition and results in an increase in the contact angle (contact angle) between the substrate and the adhesive composition in contact therewith.
  • Such an adhesive-repellent composition is also known as "abhesive
  • the adhesive-repellent composition used according to the invention is a radiation-curing abhesive coating composition, ie an abhesive coating composition which has crosslinkable or polymerizable radicals which are curable by electromagnetic radiation, in particular UV light or electron beams.
  • the curing of the adhesive-repellent composition thus takes place in that the composition applied to the substrate is irradiated with electromagnetic radiation, in particular UV light or electron beams, until an at least partial hardening of the
  • the adhesive composition and the adhesive-repellent composition are applied to the substrate such that the adhesive-repellent composition after curing encloses and adjoins the adhesive composition after application of the two compositions, ie, the cured adhesive-repellent composition surrounds the substrate adhesive composition such that substantially at any point where the contact angle between the substrate and adhesive composition is formed, also a phase boundary of
  • Composition is present.
  • the present invention not only solves the problems set out above, but also has the advantage that it can be implemented very easily, can be implemented well via printing processes, and moreover can be easily integrated into automated processes for producing electrical and electronic products, in particular to-roll process, integrate. At the same time, it also advantageously allows the use of flexible substrates.
  • a further advantage is that with a suitable choice of adhesive, the component floats into the adhesive (and not only floats), and as a result, the component is flat to the substrate after assembly and thus can be contacted in a particularly simple manner.
  • the error rate is lower compared with the methods according to the prior art, that is, on average less assembling operations or a smaller number of components to be assembled are required in order to reduce the error rate
  • Adhesive drops as long as they are at least partially on a target position of the
  • Component represent sub-surface of the substrate impact, self-sufficient, ie without Influence from the outside, wander into the target position. This effect can be used in the application to operate the system at higher speeds, since the positioning of the adhesive does not have to be done with such high precision.
  • the method of the invention is performed by first providing the substrate, then applying and curing the adhesive repellent composition, next the adhesive composition
  • the time sequence of the individual process steps is preferably a) -> b) -> c) -> d).
  • the at least one component is preferably applied to the part surface coated in accordance with b) or c) such that at least part of its base surface is already above its target position.
  • the application of the at least one component in step d) can take place in that i) a supply of a plurality of electronic components is provided at a delivery point for the electronic components, ii) a target position of the
  • non-contact one of the electronic components is delivered from the delivery location, while the partial surface of the substrate representing a target position of the component is near to the delivery site Delivery point is located so that the electronic component after a free-phase with the
  • Adhesive composition provided partial surface of the substrate at least partially touched, and iv) moving the now provided with the device
  • the method of self-assembly with a substrate made of an elastic or plastically deformable material and with an electric conducting pattern, the pattern having at least one path formed into the target position of the device and wherein the following steps are performed: i) attaching a perforation or weakening point in the region of the substrate around the target position of the device and ii) forming the flap out of the substrate, iii) folding over the flap so that a component located on the flap iv) has at least one part with at least one of its connecting contacts contacted the path of the pattern.
  • the self assembled components according to this method are particularly protected due to their embedding in the pocket formed by folding the flap, with the result that particularly durable and stable electrical and electronic products and intermediates result.
  • the radiation-curing, abhesive coating composition is preferably a coating composition selected from the group consisting of
  • Radiation-curing silicone resins ie compositions consisting essentially of polyalkyl, polyaryl and / or polyarylalkyl siloxane polymers with or without free OH groups, optionally co-condensed with polyesters or polyacrylates, with radiation-curable side chains
  • radiation-curing resins based on polyfluorinated alkyl (meth) acrylates or polyfluorooxyalkylene (meth) acrylates.
  • Alkyl (meth) acrylates or polyfluorooxyalkylene (meth) acrylates include crosslinkable coating compositions comprising 55-75% by weight of a polyethylenically unsaturated cross-linker, 20-40% by weight of at least one aliphatic
  • thermosetting silicone resins a thermosetting silicone resin
  • Polyfluorooxyalkylene (meth) acrylates are the radiation-curing silicone resins are preferred.
  • the radiation-curing abhesive coating composition in particular the
  • Radiation-curing silicone resin preferably has radiation-curable side chains which are or contain (meth) acrylate radicals, epoxide radicals, vinyl ether radicals or vinyloxy groups. Particularly good results can be achieved if the
  • Radiation-curing abhesive coating composition has acrylate radicals.
  • the radiation-curing abhesive coating composition in particular the radiation-curing silicone resin, has a viscosity between 100 and 1500 mPa.s (viscosity defined by DIN 1342;
  • exemplary usable radiation-curing silicone resins are those under the tradename TEGO ® RC 706, RC 708, RC 709, RC 71 1, RC 715, RC 719, RC 726, RC 902, RC 922, RC 1002 and RC 1009 and RC 1772 XP 8014, RC 1401, RC 1402, RC 1403, RC 1406, RC 1409, RC 1412, and RC 1422 silicone resins available from Evonik Goldschmidt GmbH.
  • silicone resins TEGO ® XP 8019 and TEGO ® XP 8020 Evonik Goldschmidt GmbH are especially useful.
  • the adhesive repellant composition may further comprise a photoinitiator, i. a substance which is e.g. decomposes under the action of electromagnetic radiation into reactive constituents. Radical photoinitiators decompose into free radicals under the influence of light. Corresponding photoinitiators can be derived primarily from the chemical substance class of benzophenones and are among the
  • the ® under the tradename TEGO A17 and A18 TEGO ® is preferred as the photoinitiator at used the company Evonik Goldschmidt GmbH available aromatic ketones.
  • Cationic photoinitiators form under the action of light, strong acids and can result primarily from the substance class of sulphonium or iodonium compounds, especially aromatic sulphonium or aromatic iodonium compounds are derived, and are for example available under the designation Irgacure ® 250 (Messrs. Ciba).
  • the ® under the tradename TEGO PC is preferably used available cationic photoinitiator at Evonik Goldschmidt GmbH 1466th
  • Composition based on the amount of radiation-curing silicone resin, is preferably 0.1 to 15 wt .-%, preferably 2 to 4 wt .-%.
  • the adhesive composition to be used according to the invention can be any adhesive composition which is capable of permanently fixing electrical, electronic or micromechanical components to substrate surfaces.
  • Preferred adhesive compositions are epoxy-polyurethane, methacrylate, cyanoacrylate or acrylate adhesives that can cure.
  • Epoxy adhesives are particularly preferred since they can cure thermally in a few seconds.
  • acrylate adhesives are particularly preferred since they can be initiated very rapidly by electromagnetic wave radiation.
  • compositions are available under the trade name Monopox ® AD VE 18507 at the company DELO Industrial Adhesives in Windach
  • the viscosity of the adhesive used should be as low as possible, since then the processing of the adhesive can be done as quickly as possible and the
  • Viscosities of 10-200 mPa.s (measured at 25 ° C. according to DIN 53 019) are preferred.
  • the adhesive composition can be used to increase the electrical conductivity of the cured adhesive, in particular to produce an isotropic or anisotropic Conductivity, additional additives included.
  • additional additives included.
  • Metal particles in particular flakes, spheres or platelets
  • metal nanowires particles of metallised glass, metallized polymer beads or conductive organic polymers (in particular PEDOTPSS, polyaniline and carbon nanowires, in particular based on graphite or graphene).
  • PEDOTPSS polyaniline and carbon nanowires, in particular based on graphite or graphene.
  • the component can also be contacted electrically in addition to the mechanical fastening.
  • the proportion of additives which increase the electrical conductivity of the cured adhesive is preferably between 25 and 85% by weight, based on the mass of the adhesive composition, with the proviso that a system results above the percolation limit.
  • the proportion of additives is between 5 and 20% by weight, based on the mass of the adhesive composition, provided that a system results below the percolation limit of the system.
  • the system may be provided in the form that anisotropic conductivity is formed when the component is fixed.
  • the component can also be electrically contacted in addition to the mechanical attachment, without a short circuit between two spatially separated contacts.
  • the substrate which can be used according to the invention can be any substrate.
  • Preferred substrates are films or laminates
  • PET Polyethylene terephthalate
  • PI polyimides
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PBT Polybutylene terephthalate
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • PS polystyrene
  • PA polyamide
  • PEEK polyetheretherketone
  • the substrate used in the method is a PET film.
  • the amounts of adhesive and silicone resin to be used to achieve particularly good results are highly dependent on the geometry of the components to be applied and thus also the size of the target position.
  • the frame itself can also be printed with different widths, so that the amount of printed silicone can be different for the same target position partial surface.
  • the geometry of the sub-surface of the substrate, which does not represent a target position of the component, must, as well as the geometry of the component representing a target position of the component
  • Partial surface of the substrate not necessarily be square and can also be of depend on the base of the applied components. Are conceivable
  • an amount of silicone resin of 1 - 2 nl and amount of adhesive of 5 - 50 nl required.
  • the present invention furthermore relates to the assembled electrical or electronic products which can be produced by the process.
  • the subject of the invention is a process producible with the method
  • Oxygen content was lowered to 50 ppm by adding nitrogen) Lamp with ultraviolet radiation used to cure the silicone resin.
  • the layer thickness of the silicone resin layer was 1 ⁇ , which corresponds to a coating weight of 1 g / m 2 .
  • the alignment took place at rest in less than 10 seconds, depending on the distance to the target position. Alignment will be faster in a non-dormant facility as the vibration of a moving facility speeds up the process.
  • Example 1 Experiment as Example 1 except that as an adhesive-repellent coating composition of a cationic cross-linking silicone resin composition (TEGO ® XP 8020) was used.
  • TEGO ® XP 8020 a cationic cross-linking silicone resin composition
  • Example 5 Experiment as Example 2, except that the adhesive-repellent coating composition a cationic cross-linking silicone resin composition (TEGO ® XP 8020) was used.
  • TEGO ® XP 8020 a cationic cross-linking silicone resin composition
  • Example 1 Experiment as Example 1, wherein in addition also silicone resin frame with a width of 40 ⁇ were printed.
  • Example 1 Experiment as Example 1 except that instead of the adhesive Monopox AD VE 18507 of the company DELO Industrie adhesives of the adhesive RiteLok UV01 1 of 3M was used. Again, the chips have aligned, but compared to Monopox AD VE 18507, a lower speed of alignment is observed. For this, the adhesive can be cured in fractions of a second by UV light.
  • Example 6 only the adhesive RiteLok UV01 1 from 3M was used as a cationic curing silicone resin composition. Also in this combination, the alignment of the glue and the chip works.
  • Silicone resin composition (TEGO ® XP 8014) was used. This has no negative impact on alignment.
  • Example 2 Experiment as in Example 1 except that different inner squares not covered with silicone resin composition were printed. At a ratio of chip size to inner square between 0.9 to 2, the orientation is particularly reliable. At a ratio of 1.45, the highest reliability in terms of center-to-center distance and rotational compensation was observed.
  • Silicone resin composition were applied.
  • Monopox ® AD VE 18507 the company DELO Industrial Adhesives It has been observed that the alignment behavior is somewhat more reliable when the silicone resin composition is closed.
  • closed structures were identified from a basis weight of about 1 g / m 2 (measured using a Twin-X X-ray fluorescence meter from Oxford Instruments) (observed through a coaxial microscope (type CV-ST-mini) from M-Service ,
  • Coating mass of the chip adapts.
  • the ratio of inner square to chip size of about 1.45 mentioned in example 9 also gave the best results here.
  • the frame was interrupted in some places.
  • This interruption can be used, for example, to connect the chip to printed circuits via printed processes (for example, to sensors or tamper-evident control).
  • the interruption does not hinder the alignment behavior as long as the released part of the frame did not become too large relative to the inner square.
  • the maximum permissible interruption depends on the

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Die Bonding (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Selbstassemblierung mindestens eines elektrischen, elektronischen oder mikromechanischen Bauelements auf einem Substrat umfassend die Schritte a) Bereitstellen des Substrates, b) Aufbringen einer Klebstoff abweisenden Zusammensetzung auf mindestens eine keine Zielposition des Bauelements darstellende Teiloberfläche des Substrats, gefolgt von einem Härtungsschritt, c) Aufbringen einer Klebstoffzusammensetzung auf mindestens eine Zielposition des Bauelements darstellende Teiloberfläche des Substrats, wobei die jeweils mit der Klebstoff abweisenden Zusammensetzung versehene Teiloberfläche des Substrats die mit der Klebstoffzusammensetzung versehene Teiloberfläche des Substrats umschließt und an diese angrenzt und d) Aufbringen mindestens eines Bauelements auf eine gemäß b) oder c) beschichtete Teiloberfläche, bei dem die Klebstoff abweisende Zusammensetzung eine strahlungshärtende abhäsive Beschichtungsmasse ist, sowie nach dem Verfahren herstellbaren elektrischen bzw. elektronischen Erzeugnisse.

Description

Verfahren zur Selbstassemblierung elektrischer, elektronischer oder mikromechanischer Bauelemente auf einem Substrat
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Selbstassemblierung elektrischer, elektronischer oder mikromechanischer Bauelemente auf einem Substrat.
Durch die Halbleiter-Hochleistungstechnologie ist es möglich, die technische Lösung vieler verschiedener elektrischer, elektronischer oder logischer Aufgaben, wie zum Beispiel Aufgaben betreffend die Signalverarbeitung oder das Speichern von
Informationen, in kleinen Bauelementen auf engstem Raum zu realisieren. Auch mikromechanische Bauelemente nehmen im Zuge der allgemeinen Miniaturisierung eine immer bedeutender werdende Rolle ein. Ein Bauelement im Sinne dieser Erfindung ist ein in technischen Produkten einsetzbarer, insbesondere kleiner Baustein, der eine technische Funktion erfüllen kann, die jedoch erst im Verbund mit anderen Strukturen technisch nutzbar wird. Dabei ist unter elektrischen, elektronischen bzw.
mikromechanischen Bauelementen insbesondere die Gruppe der Elemente bestehend aus Integrierten Schaltkreisen, signalverarbeitenden Elementen, Dioden, Speichern, Ansteuerelektroniken (insbesondere für Displays), Sensoren (insbesondere für Licht, Wärme, Konzentration von Stoffen, Feuchtigkeit), elektrooptischen oder
elektroakustischen Elementen, Radiofrequenzidentifikationschips (RFID-Chips), Halbleiterchips, photovoltaischen Elementen, Widerständen, Kondensatoren,
Leistungshalbleitern (Transistoren, Thyristoren, TRIACs) und oder Licht emittierende Dioden (LEDs) zu verstehen.
Für die Nutzung der Bauelemente müssen diese jeweils unter Bildung von elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen oder Zwischenprodukten auf Substrate, zum Beispiel Leiterplatten oder strukturierte Folie, unter Erzeugung einer größeren technisch funktionellen Einheit übertragen werden.
Diese elektrischen oder elektronischen Erzeugnisse, d.h. die elektrischen bzw.
elektronischen Bauteile und Zwischenprodukte, weisen die mit einer Kontaktierung versehenen elektrischen, elektronischen bzw. mikromechanischen Bauelemente auf einem Substrat auf. Die elektrischen oder elektronischen Erzeugnisse ermöglichen die Elektrifizierung, Funktionalisierung, Steuerung und/oder Auslesung der elektrischen, elektronischen oder mikromechanischen Bauelemente. Weiterhin wird durch sie, wenn erforderlich, erst ihr weiterer Einbau bzw. ihre Kontaktierung in den jeweiligen
Endprodukten, z.B. durch Steckverbindungen (insbesondere USB-Anschlüsse) oder durch den Anschluss an Stromspannungsaggregate oder kabelbasierte Netzwerke ermöglicht.
Als Substrate können eine Vielzahl von Produkten eingesetzt werden. So können elektrische, elektronische oder mikromechanische Bauelementen auf polymeren oder metallischen Trägersubstraten aufgebracht werden. Die Träger können dabei flexibel oder starr sein. Oft werden die elektrischen, elektronischen bzw. mikromechanischen Bauelemente auf Foliensubstrate aufgebracht. Häufig besteht das Substrat aus elektrisch leitfähigen Strukturen (z.B. strukturierten Metalle bzw. Leiterbahnen, ggf. selbst wiederum auf einem nicht-leitenden, insbesondere polymeren Trägermaterial). Diese können zur Kontaktierung der Bauelemente dienen, aber auch, wie z.B. im Fall eines RFID-Etiketts, als Antenne.
Beispiele für die elektrischen oder elektronischen Erzeugnisse umfassen RFID-Straps, RFI D-Etiketten, bestückte Leiterplatten, wie sie in fast allen elektrischen Geräten vorkommen, so zum Beispiel in Mobiltelefonen, Computern, Computermäusen,
Taschenrechnern, Fernbedienungen aber auch in vergleichsweise einfachen Elementen wie USB-Flashspeichern, SIM Karten, Smart Cards, Uhren und Weckern.
Für die Herstellung der elektrischen bzw. elektronischen Erzeugnisse ist die Positionierung der jeweiligen elektrischen, elektronischen bzw. mikromechanischen Bauelemente auf dem Substrat von großer Bedeutung, da nur eine präzise Positionierung eines Bauelements auch nachfolgend seine korrekte Kontaktierung und somit auch eine korrekte Funktionsweise des jeweiligen Erzeugnisses ermöglicht.
Derzeit werden Bauelemente vor allem durch„Pick and Place"-Roboter auf den
Substraten positioniert. Diese aufwändige mechanische Regelung des Positionierungs- Vorgangs ist jedoch aufgrund der dabei erforderlichen hohen Präzision zwangsläufig limitiert hinsichtlich der erreichbaren Geschwindigkeit des Prozesses. Weiterhin ist bei dieser Verfahrensführung nachteilig, dass insbesondere kleine Bauelemente aufgrund ihrer gegenüber elektrostatischen Kräften und Kapillarkräften in den Hintergrund tretenden geringen Masse die Tendenz aufweisen, an der Mechanik haften zu bleiben.
Eine Alternative zu diesen„Pick and Place"-Verfahren stellt das in US 5,355,577 A beschriebene Verfahren zur Assemblierung mikroelektronischer oder mikromechanischer Bauelemente auf einem planaren Templat dar, bei dem die Bauelemente auf dem Templat abgesetzt werden und das Templat gerüttelt wird, wodurch sich die Bauelemente, unterstützt durch eine angelegte Spannung, in entsprechend ihrer Form ausgebildeten Öffnungen auf dem Templat ansammeln. Auch dies Verfahren ist jedoch nachteilig, da es einen hohen technischen Aufwand erfordert und zum Beispiel ein Verkanten der Bauelemente in den Öffnungen bei dem Rüttelvorgang zu einer fehlerhaften Assemblierung führen kann.
Zur Überwindung dieser Nachteile werden verschiedene Verfahren vorgeschlagen, die auf einer Selbstassemblierung der zu positionierenden Bauelemente beruhen. Allen diesen Verfahren ist gemein, dass auf dem Substrat eine energetisch inhomogene Oberfläche geschaffen wird, auf der sich die nachträglich aufgebrachten Bauelemente an der Stelle der geringsten Energie ausrichten.
So lehrt zum Beispiel US 6,507,989 B1 ein Verfahren zur Selbstassemblierung von Komponenten auf strukturell oder anderweitig angepassten Oberflächen unter Bildung von Verbundwerkstoffen, bei dem die betroffenen Oberflächen chemisch modifiziert werden, um besser benetzt werden zu können. Dabei kann die Selbstassemblierung zum Beispiel durch Effekte wie Adhäsion und/oder eine Reduktion der freien
Oberflächenenergie erfolgen. Eine dort beschriebene Technik zur Selbstassemblierung besteht darin, bestimmte Kontaktoberflächen der Komponenten durch Ausnutzung von Grenzflächeneffekten in einem System zweier nicht miteinander kompatibler
Flüssigkeiten (z.B. Wasser und Perfluordecalin) zusammenzuführen. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass die Assemblierungsrate direkt mit den Größen der Kontaktoberflächen korreliert. Auch ist die zwangsläufige Durchführung des Verfahrens in
Flüssigkeitsgemischen nachteilig für Bestandteile, die nicht in Flüssigkeiten verarbeitet werden können.
In ähnlicher Weise beschreibt auch die WO 2007/037381 A1 (=US 2009/0265929 A1 ) eine Selbstassemblierung in einer Mischung zweier flüssiger Medien, wobei dieser Schrift kein Hinweise darauf ersichtlich ist eine Klebstoffzusammensetzung als eine der beiden Flüssigkeiten zu verwenden.
Die US 3 869 787 A beschreibt ein nicht-benetzbares Substrat ("non-wetable") mit einer einseitig benetzbaren ("wetable") Beschichtung des Chips für ein Haftmaterial bestehend aus Flüssigkeiten oder Wachsen zur Montage eines Chips unter Nutzung der Oberflächenspannung zur Selbstausrichtung. Das Substrat, beispielsweise ein elektronischer Chip, muss demgemäß so beschaffen sein, dass nur eine Rückseite des Chips benetzbar mit der Flüssigkeit ist, die die Selbstausrichtung bewirken soll. Der Schrift ist kein Hinweis darauf zu entnehmen, diese Flüssigkeit als Strahlungshärtende abhäsive Beschichtungsmasse auszubilden.
Die US 4 199 649 A behandelt die Herstellung adhäsiver/abhäsiver Oberflächen in verschiedenen Anwendungen und erwähnt Strahlungshärtung, ohne eine selbst ausrichtende Montage eines Bauelements zu erwähnen.
US 6,623,579 B1 beschreibt Verfahren zur Assemblierung einer Vielzahl von Elementen auf einem Substrat, bei dem eine Aufschlämmung der Elemente in einem Fluid auf das Substrat geleitet wird und das Substrat Aussparungen bildende Rezeptorregionen für die Elemente aufweist, sich die Elemente in den Aussparungen ansammeln, und überzählige, nicht aufgenommene Elemente nach einem Vibrationsvorgang abgeleitet werden. Bei diesen Verfahren handelt es sich um ein fluides Selbst- Assemblierungsverfahren, bei dem die zu assemblierenden Elemente in einem Fluid dispergiert werden und über die Oberfläche geleitet werden. Auch dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass keine Bestandteile verarbeitet werden können, die nicht mit den eingesetzten Fluiden kompatibel sind. Weiterhin ist nachteilig, dass bei derartigen Verfahren in der Regel ein Überschuss an Elementen gegenüber der Zahl an
Assemblierungsstellen auf dem Substrat eingesetzt werden muss.
Xiong et al. ("Controlled part-to-substrate Micro-Assembly via electrochemical modulation of surface energy", Transducers '01 - International Conference on solid- State Sensors and Actuators, München, Deutschland, 2001 ) lehrt Verfahren zur Mikroassemblierung, bei denen Assemblierungsstellen zwischen Mikro-Bauelementen und Substraten hinsichtlich ihrer Hydrophobie gezielt eingestellt werden. Aktive
Assemblierungsstellen auf dem Mikro-Bauelement bzw. Substrat sind dabei
hydrophobe Oberflächen aus Alkanthiol-beschichtetem Gold, wobei inaktive
Assemblierungsstellen aus reinen, hydrophilen Goldoberflächen bestehen. Die aktiven Assemblierungsstellen können dabei durch elektrochemische Reduktion der
Alkanthiolat-Monoschichten in inaktive, hydrophile Goldoberflächen umgewandelt werden. Wird ein Kohlenwasserstoff-basierter„Schmierstoff" auf die Oberflächen aufgebracht und dann Bauelemente und Substrat in Wasser getaucht, benetzt er nur die hydrophoben Assemblierungsstellen, reduziert dort die Reibung und ermöglicht unterstützt durch Kapillarkräfte, dass sich die Mikro-Bauelemente dort auf den
Substraten anlagern können. Auch hier besteht jedoch der Nachteil, dass die
Bauelemente und die Substrate zwangsläufig beständig gegenüber Wasser sein müssen. Darüber hinaus sind sie nachteilig in ihrer Gestaltung eingeschränkt, da sie Gold-Oberflächen aufweisen müssen. Weiterhin besteht auch hier der Nachteil, dass zur Erzielung guter Ergebnisse ein Überschuss an Elementen gegenüber der Zahl an Assemblierungsstellen auf dem Substrat eingesetzt werden muss.
In trockener Umgebung erfolgende Selbstassemblierungsprozesse lehrt S. Park und K.F. Böhringer,„A fully dry self-assembly process with proper in-plane orientation", MEMS '08, Tucson, AZ, US, 2008, wobei Substrat und darauf zu assemblierende Elemente komplementäre ineinander greifende Merkmale aufweisen. Um eine einheitliche Ausrichtung der auf dem Substrat assemblierten Elemente zu erreichen, weisen die Elemente und das Substrat darüber hinaus sekundäre Merkmale auf, die die einheitliche Ausrichtung unterstützen. Zur Erzielung einer Assemblierung wird das Substrat mit den darauf befindlichen Elementen solange vibriert, bis die primären und sekundären Merkmale ineinander greifen. Das hier beschriebene Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass die dafür erforderliche Modifikation der Bauelemente und die
Assemblierung an sich sehr aufwändig ist.
WO 2003/087590 A2 beschreibt Verfahren zur Selbstassemblierung von Strukturen, bei denen eine Flüssigkeit strukturiert auf ein Substrat aufgebracht wird und dann, während mindestens ein Teil der Flüssigkeit flüssig verbleibt, mindestens ein Teil der Strukturen aufgrund von Wechselwirkungen mit der Flüssigkeit entsprechend ihrer Strukturierung auf dem Substrat nach ihrem Aufbringen selbst assembliert. Bei der eingesetzten Flüssigkeit kann es sich zum Beispiel um flüssiges Lötzinn, einen Kleber, ein
Epoxidharz oder ein Präpolymer handeln. Um die Strukturierung der Flüssigkeit auf dem Substrat zu erleichtern, kann weiterhin ein Precursor, der gegenüber der
Flüssigkeit eine Repulsion oder eine Affinität zeigt, auf das Substrat aufgebracht werden. Dieses Verfahren ist jedoch nicht dafür geeignet, bei der Selbstassemblierung der Bauteile auf dem Substrat große Positionsabweichungen zwischen der
gewünschten Zielposition und der Position des jeweiligen Bauteils unmittelbar nach dem Aufbringen, d.h. vor dem Start des Assemblierungsprozesses, auszugleichen. Insbesondere ist dies Verfahren jedoch nicht dazu geeignet, reproduzierbar
Abweichungen hinsichtlich der gewünschten Lage des Mittelpunktes und der
gewünschten Drehorientierung des Bauteils auszugleichen. Da die Bauelemente auf vielen der einsetzbaren Flüssigkeiten bei diesem Verfahren weiterhin nur
aufschwimmen und nicht einsinken, kann es zu Fehlpositionierungen kommen, die in Publikationen als„Tilt" (Kippen) bezeichnet wird.
Es stellt sich somit die Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, das die angegebenen Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Insbesondere stellt sich die Aufgabe, ein Selbstassemblierungs-Verfahren bereitzustellen, mit dem sich reproduzierbar elektrische, elektronische und mikromechanische Bauelemente auf einem Substrat auch unter Korrektur großer Abweichungen hinsichtlich der Lage des Mittelpunktes und der Drehorientierung des Bauelements zwischen gewünschter Position und Position des Bauteils nach dem Aufbringen auf dem Substrat assemblieren können. Diese Aufgabe wird vorliegend gelöst durch ein Verfahren zur Selbstassemblierung mindestens eines elektrischen, elektronischen oder mikromechanischen Bauelements auf einem Substrat umfassend die Schritte a) Bereitstellen des Substrates, b)
Aufbringen einer Klebstoff abweisenden Zusammensetzung auf mindestens eine keine Zielposition des Bauelements darstellende Teiloberfläche des Substrats, gefolgt von einem Härtungsschritt, c) Aufbringen einer Klebstoffzusammensetzung auf mindestens eine Zielposition des Bauelements darstellende Teiloberfläche des Substrats, wobei die jeweils mit der Klebstoff abweisenden Zusammensetzung versehene Teiloberfläche des Substrats die mit der Klebstoffzusammensetzung versehene Teiloberfläche des
Substrats umschließt und an diese angrenzt und d) Aufbringen mindestens eines Bauelements auf eine gemäß b) oder c) beschichtete Teiloberfläche, wobei die
Klebstoff abweisende Zusammensetzung eine Strahlungshärtende abhäsive
Beschichtungsmasse ist. Zur Erzielung besonders guter Ergebnisse sollte dabei das mindestens eine Bauelement derart aufgebracht werden, dass es mit mindestens einem Teil seiner Anlagerungsfläche auf einer gemäß c) beschichtete Teiloberfläche des Substrats positioniert wird.
Als adhäsiv wird die klebende, (an)haftende, anziehende Wirkung einer Oberfläche verstanden. So haftet ein Selbstklebeetikett an vielen Oberflächen oder Schutzfolien auf Glasteilen. Abhäsiv ist dabei das gegenteilige Antonym (WO 2001/62489 erläutert das Wort abhäsiv mit„anti-adhäsiv", vgl. Seite 4 Zeile 21 ), und mit nicht haftend, abstoßend oder, besonders im Anwendungsfall der auf Trennbeschichtungen aufgebrachten Selbstklebeetiketten, lösbar synonym.
Unter einem Verfahren zur Selbstassemblierung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Positionierung von Objekten (hier: elektrischen, elektronischen oder mikromechanischen Bauelementen) auf einem Substrat zu verstehen, das nach dem Aufbringen dieser Objekte auf der Substratoberfläche - vermutlich aufgrund einer inhomogenen Verteilung der Oberflächenenergie auf bzw. oberhalb des Substrats - zu einer dabei nicht von außen induzierten Endpositionierung der Objekte führt. Unter einem elektrischen, elektronischen oder mikromechanischen Bauelement ist dabei, wie bereits zuvor ausgeführt, ein in technischen Produkten einsetzbarer, insbesondere kleiner Baustein, der eine technische Funktion erfüllen kann, die jedoch erst im Verbund mit anderen Strukturen technisch nutzbar wird, zu verstehen. Unter einer Zielposition eines Bauelements ist im Sinne der vorliegenden Erfindung eine im Wesentlichen der Form der Anlagerungsfläche des Bauelements entsprechende, ähnlich große (d.h. hinsichtlich der Größe um einen Faktor von 0,8 - 3,0 von der Anlagerungsfläche des Bauteils abweichende) Teiloberfläche des Substrats zu verstehen, auf der sich das Bauelement nach dem Assemblierungsvorgang befinden soll.
Unter einer Klebstoffzusammensetzung ist vorliegend eine im Wesentlichen
nichtmetallische Stoffzusammensetzung zu verstehen, die in der Lage ist, Substrat und Bauelement durch Flächenhaftung (Adhäsion) und innere Festigkeit (Kohäsion) zu verbinden. Weiter bevorzugt ist die Klebstoffzusammensetzung härtbar, d.h. sie kann durch geeignete Maßnahmen, die dem Fachmann an sich bekannt sind, quervernetzt werden, so dass eine starre, das Bauelement auf dem Substrat immobilisierende Masse resultiert.
Eine Klebstoff abweisende Zusammensetzung ist mit der Klebstoffzusammensetzung spontan nicht mischbar und führt in Kontakt mit ihr zu einer Erhöhung des Kontaktwinkels (Randwinkels) zwischen Substrat und Klebstoffzusammensetzung. Eine derartige Klebstoff abweisende Zusammensetzung wird auch als„abhäsive
Beschichtungsmasse" bezeichnet. Bei der erfindungsgemäß eingesetzten Klebstoff abweisenden Zusammensetzung handelt es sich um eine Strahlungshärtende abhäsive Beschichtungsmasse, d.h. um eine abhäsive Beschichtungsmasse, die vernetz- bzw. polymerisierbare Reste aufweist, die durch elektromagnetische Strahlung, insbesondere UV-Licht oder Elektronenstrahlen, härtbar sind. Die Härtung der Klebstoff abweisenden Zusammensetzung erfolgt somit dadurch, dass die auf das Substrat aufgebrachte Zusammensetzung mit elektromagnetischer Strahlung, insbesondere UV-Licht oder Elektronenstrahlen, bestrahlt wird, bis eine zumindest partielle Härtung der
Zusammensetzung erzielt ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Klebstoffzusammensetzung und die Klebstoff abweisende Zusammensetzung so auf das Substrat aufgebracht, dass die Klebstoff abweisende Zusammensetzung nach ihrer Härtung die Klebstoffzusammensetzung nach dem Aufbringen der beiden Zusammensetzungen umschließt und an diese angrenzt, d.h. dass die gehärtete Klebstoff abweisende Zusammensetzung umgibt die auf dem Substrat befindliche Klebstoffzusammensetzung derartig, dass im Wesentlichen an jeder Stelle, an der sich der Kontaktwinkel zwischen Substrat und Klebstoffzusammensetzung bildet, auch eine Phasengrenze der
Klebstoffzusammensetzung und der gehärteten Klebstoff abweisenden
Zusammensetzung vorliegt.
Die vorliegende Erfindung löst dabei nicht nur die eingangs gestellten Aufgaben, sondern hat darüber hinaus den Vorteil, dass sie sich sehr einfach umsetzen lässt, sich gut über Druckverfahren realisieren lässt und darüber hinaus einfach in automatisierte Verfahren zur Herstellung elektrischer und elektronischer Erzeugnisse, insbesondere Rolle-zu-Rolle-Verfahren, integrieren lässt. Dabei ermöglicht sie weiterhin auch vorteilhaft den Einsatz flexibler Substrate. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei geeigneter Klebstoffwahl das Bauelement in den Kleber einschwimmt (und nicht nur aufschwimmt), und infolgedessen das Bauelement nach der Assemblierung plan zum Substrat liegt und dadurch in Folge besonders einfach kontaktiert werden kann. Weiterhin ist vorteilhaft, dass gegenüber den Verfahren nach dem Stand der Technik die Fehlerquote geringer ist, dass heißt, es sind im Mittel weniger Assemblierungsvorgänge bzw. eine geringere Zahl an zu assemblierenden Bauelementen erforderlich, um die
Assemblierung von Bauelementen auf Substraten, die zu den eingangs beschriebenen Erzeugnissen führt, zu realisieren. Schließlich lässt sich das vorliegende Verfahren im Gegensatz zu den im Stand der Technik beschriebenen Verfahren auch an Luft durchführen.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass nicht zielgenau positionierte
Klebstofftropfen, solange sie zumindest teilweise auf einer eine Zielposition des
Bauelements darstellende Teiloberfläche des Substrats auftreffen, autark, d.h. ohne Beeinflussung von außen, in die Zielposition wandern. Dieser Effekt kann in der Anwendung dazu verwendet werden die Anlage bei höheren Geschwindigkeiten zu betreiben, da die Positionierung des Klebers nicht mit so hoher Präzision erfolgen muss.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, dass zunächst das Substrat bereitgestellt wird, dann die Klebstoff abweisende Zusammensetzung aufgebracht und gehärtet wird, als nächstes die Klebstoffzusammensetzung
aufgebracht wird und schließlich das mindestens eine Bauelement aufgebracht wird, d.h. die zeitliche Abfolge der einzelnen Verfahrensschritte ist bevorzugt a) -> b) -> c) -> d).
Um eine besonders gute Selbstassemblierung zu ermöglichen, wird bevorzugt das mindestens eine Bauelement so auf die gemäß b) oder c) beschichtete Teiloberfläche aufgebracht, dass sich mindestens ein Teil seiner Grundfläche bereits über seiner Zielposition befindet. Entsprechende Verfahren dazu sind bekannt. Bevorzugt kann das Aufbringen des mindestens einen Bauelements in Schritt d) dadurch erfolgen, dass i) ein Vorrat mit einer Vielzahl elektronischer Bauelemente bei einer Abgabestelle für die elektronischen Bauelemente bereitgestellt wird, ii) das ein eine Zielposition des
Bauelements darstellender mit der Klebstoff abweisenden Zusammensetzung und der Klebstoffzusammensetzung beschichteter Teil des Substrats zumindest in die Nähe gegenüber der Abgabestelle bewegt wird, iii) berührungslos eines der elektronischen Bauteile von der Abgabestelle abgegeben wird, während sich die eine Zielposition des Bauelements darstellende Teiloberfläche des Substrates nahe der Abgabestelle befindet, so dass das elektronische Bauteil nach einer Freiphase die mit der
Klebstoffzusammensetzung versehene Teiloberfläche des Substrats zumindest teilweise berührt, und iv) Bewegen der nun mit dem Bauelement versehenen
Teiloberfläche des Substrats zu einer nachgeordneten Verarbeitungsstelle, während das elektronische Bauteil sich auf der Zielposition ausrichtet.
Besonders vorteilhaft kann das Verfahren zu Selbstassemblierung mit einem Substrat aus einem elastischen oder plastisch verformbaren Material und mit einer elektrisch leitenden Musterung durchgeführt werden, wobei die Musterung wenigstens einen Pfad aufweist, der in die Zielposition des Bauelements hinein reichend ausgebildet ist, und wobei die folgenden Schritte ausgeführt werden: i) Anbringen einer Perforation oder Schwächungsstelle in dem Bereich des Substrats um die Zielposition des Bauelements und um einen Teil des Pfades der Musterung zum Bilden einer den Teil des Pfades enthaltenden Klappe, ii) Ausformen der Klappe aus dem Substrat, iii) Umfalten der Klappe so, dass ein auf der Klappe iv) befindliches Bauelement mit wenigstens einem seiner Anschlußkontakte zumindest einen Teil des Pfades der Musterung kontaktiert. Die nach diesem Verfahren selbst assemblierten Bauelemente sind aufgrund ihrer Einbettung in die durch Umfaltung der Klappe gebildete Tasche besonders geschützt, mit dem Ergebnis, dass besonders haltbare und stabile elektrische und elektronische Erzeugnisse und Zwischenprodukte resultieren.
Bevorzugt handelt es sich bei der Strahlungshärtenden abhäsiven Beschichtungsmasse um eine Beschichtungsmasse ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
Strahlungshärtenden Silikonharzen (d.h. Zusammensetzungen bestehend im Wesentlichen aus Polyalkyl-, Polyaryl- und/oder Polyarylalkyl-Siloxanpolymeren mit oder ohne freien OH-Gruppen, ggf. cokondensiert mit Polyestern oder Polyacrylaten, mit strahlungshärtbaren Seitenketten) und Strahlungshärtenden Harzen auf Basis polyfluorierter Alkyl(meth)acrylate oder Polyfluoroxyalkylen(meth)acrylate.
Bevorzugt einsetzbare Strahlungshärtende Harze auf Basis polyfluorierter
Alkyl(meth)acrylate oder Polyfluoroxyalkylen(meth)acrylate umfassen quervernetzbare Beschichtungszusammensetzungen umfassend 55 - 75 Gew.-% eines polyethylenisch ungesättigten Quervernetzers, 20 - 40 Gew.-% mindestens eines aliphatischen
Acrylsäureesters und 1 - 20 Gew.-% mindestens eines quervernetzbaren polyfluorierter Alkyl(meth)acrylats oder Polyfluorooxyalkylen(meth)acrylats.
Überraschenderweise wurde darüber hinaus festgestellt, dass sich besonders präzise Phasengrenzen, die zu einer besonders ausgeprägten Erhöhung des Kontaktwinkels der Klebstoffzusammensetzung und somit einer guten Selbstassemblierung der
Bauelemente an der Zielposition führen, mit Strahlungshärtenden Silikonharzen erzielen lassen. Insbesondere mit thermisch härtenden Silikonharzen kann eine
zufriedenstellende Selbstassemblierung nicht erzielt werden. Auch gegenüber
Strahlungshärtenden Harzen auf Basis polyfluorierter Alkyl(meth)acrylate oder
Polyfluoroxyalkylen(meth)acrylate sind die Strahlungshärtende Silikonharze bevorzugt.
Die Strahlungshärtende abhäsive Beschichtungsmasse, insbesondere das
Strahlungshärtende Silikonharz, weist bevorzugt strahlungshärtbare Seitenketten auf, die (Meth)Acrylatreste, Epoxidreste, Vinyletherreste oder Vinyloxygruppen sind oder diese enthalten. Besonders gute Ergebnisse können erzielt werden, wenn die
Strahlungshärtende abhäsive Beschichtungsmasse Acrylatreste aufweist.
Besonders gute Ergebnisse können erzielt werden, wenn die Strahlungshärtende abhäsive Beschichtungsmasse, insbesondere das Strahlungshärtende Silikonharz eine Viskosität zwischen 100 und 1500 mPa-s (Viskosität definiert durch DIN 1342;
gemessen bei 25 °C nach DIN 53 019), besonders bevorzugt 450 - 750 mPa-s aufweist. Beispiele für beispielhaft einsetzbare Strahlungshärtende Silikonharze sind die unter der Handelsbezeichnung TEGO® RC 706, RC 708, RC 709, RC 71 1 , RC 715, RC 719, RC 726, RC 902, RC 922, RC 1002, RC 1009, RC 1772, XP 8014, RC 1401 , RC 1402, RC 1403, RC 1406, RC 1409, RC 1412, und RC 1422 erhältlichen Silikonharze der Firma Evonik Goldschmidt GmbH. Besonders geeignet sind die Silikonharze TEGO® XP 8019 und TEGO® XP 8020 der Evonik Goldschmidt GmbH.
Der Klebstoff abweisenden Zusammensetzung, insbesondere das Strahlungshärtende Silikonharz, kann weiterhin zur Verbesserung der Härtung ein Photoinitiator, d.h. eine Substanz, die z.B. unter Einwirkung von elektromagnetischer Strahlung in reaktive Bestandteile zerfällt, zugesetzt sein. Dabei zerfallen radikalische Photoinitiatoren unter Lichteinfluss in Radikale. Entsprechende Photoinitiatoren können vor allem aus der chemischen Substanzklasse der Benzophenone stammen und sind unter den
Handelsbezeichnungen Irgacure® 651 , Irgacure® 127, Irgacure® 907, Irgacure® 369, Irgacure® 784, Irgacure® 819, Darocure® 1 173 (alle von der Fa. Ciba), Genocure® LTM, Genocure® DMHA oder Genocure® MBF (von der Fa. Rahn) erhältlich. Bevorzugt wird als Photoinitiator die unter der Handelsbezeichnung TEGO® A17 und TEGO®A18 bei der Firma Evonik Goldschmidt GmbH erhältlichen aromatischen Ketone eingesetzt. Kationische Photoinitiatoren bilden unter Lichteinwirkung starke Säuren und können vor allem aus der Substanzklasse der Sulphonium- oder lodonium-Verbindungen, insbesondere der aromatischen Sulphonium- oder aromatischen lodonium- Verbindungen stammen, und sind beispielsweise unter der Bezeichnung Irgacure® 250 (Fa. Ciba) erhältlich. Bevorzugt wird der unter der Handelsbezeichnung TEGO® PC 1466 bei Evonik Goldschmidt GmbH erhältliche kationische Photoinitiator eingesetzt.
Der Anteil des mindestens einen Photoinititators an der Klebstoff abweisenden
Zusammensetzung, bezogen auf die Menge an strahlungshärtendem Silikonharz, beträgt dabei bevorzugt 0,1 - 15 Gew.-%, bevorzugt 2 - 4 Gew.-%.
Bei der erfindungsgemäß einzusetzenden Klebstoffzusammensetzung kann es sich prinzipiell um jede Klebstoffzusammensetzung handeln, die in der Lage ist, elektrische, elektronische bzw. mikromechanische Bauelemente auf Substratoberflächen dauerhaft zu fixieren. Bevorzugt einsetzbare Klebstoffzusammensetzung sind Epoxy- Polyurethan-, Methacrylat-, Cyanacrylat- oder Acrylatklebstoffe, die aushärten können. Besonders bevorzugt sind dabei Epoxyklebstoffe, da diese thermisch in wenigen Sekunden aushärten können. Besonders bevorzugt sind weiterhin Acrylatklebstoffe, da diese sehr schnell initiiert durch elektromagnetische Wellenstrahlung aushärten können.
Entsprechende Zusammensetzungen sind erhältlich unter der Handelsbezeichnung Monopox® AD VE 18507 bei der Firma DELO Industrie Klebstoffe aus Windach
(Epoxyklebstoff) oder RiteLok® UV01 1 von 3M (Acrylatklebstoff).
Die eingesetzte Viskosität des Klebstoffs sollte dabei möglichst gering sein, da dann die Verarbeitung des Klebstoffs möglichst schnell erfolgen kann und die
Selbstassemblierung besonders gut funktioniert. Bevorzugt sind dabei Viskositäten von 10-200 mPa-s (gemessen bei 25 °C nach DIN 53 019).
Die Klebstoffzusammensetzung kann zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des gehärteten Klebstoffs, insbesondere zur Erzeugung einer isotropen oder anisotropen Leitfähigkeit, zusätzlich Additive enthalten. Vorzugsweise sind diese Additive
Metallpartikel (insbesondere Flakes, Kügelchen oder Platelets), Metallnanodrähte, Partikel aus metallisiertem Glas, metallisierte Polymerkügelchen oder leitfähige organische Polymere (insbesondere PEDOTPSS, Polyanilin und Kohlenstoff- Nanodrähte, insbesondere auf Basis von Graphit oder Graphen). Dadurch kann das Bauelement neben der mechanischen Befestigung auch elektrisch kontaktiert werden.
Zur Erzeugung einer isotropen Leitfähigkeit beträgt dabei der Anteil der Additive, die die elektrische Leitfähigkeit des gehärteten Klebstoffs erhöhen, bevorzugt zwischen 25 und 85 Gew.-%, bezogen auf die Masse der Klebstoffzusammensetzung, mit der Maßgabe, dass ein System oberhalb der Perkolationsgrenze resultiert. Entsprechende
Maßnahmen, wie der Fachmann die Perkolationsgrenze des Systems bestimmen kann, gehören dabei zum Stand der Technik.
Zur Erzeugung einer anisotropen Leitfähigkeit beträgt der Anteil der Additive zwischen 5 und 20 Gew.-% bezogen auf die Masse der Klebstoffzusammensetzung, mit der Maßgabe, dass ein System unterhalb der Perkolationsgrenze des Systems resultiert. Insbesondere durch den Zusatz entsprechender partikulärer Partikel kann das System in der Form ausgestattet sein, dass eine anisotrope Leitfähigkeit entsteht, wenn das Bauelement fixiert wird. Dadurch kann das Bauelement neben der mechanischen Befestigung auch elektrisch kontaktiert werden, ohne dass ein Kurzschluss zwischen zwei räumlich getrennten Kontakten entsteht.
Bei dem erfindungsgemäß einsetzbaren Substrat kann es sich prinzipiell um jedes Substrat handeln. Bevorzugte Substrate sind Folien oder Laminate aus
Polyethylenterephthalat (PET), Polyimide (PI), Polyethylennaphthalat (PEN),
Polybutylenterephthalat (PBT), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polystyrene (PS), Polyamide (PA) und Polyetheretherketon (PEEK) sowie der auf diesen Polymeren basierenden strukturverstärkten Verbundmaterialien. Beispiele für vorzugsweise einsetzbare, im Handel erhältliche Substrate sind:
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem bei dem Verfahren eingesetzten Substrat um eine PET-Folie.
Die zur Erzielung besonders guter Ergebnisse einzusetzenden Mengen an Kleber und Silikonharz sind stark abhängig von der Geometrie der aufzubringenden Bauelementen und somit auch der Größe der Zielposition. Selbstverständlich kann der Rahmen selbst auch unterschiedlich breit gedruckt werden, so dass die Menge an verdrucktem Silikon bei gleicher Zielpositions-Teiloberfläche unterschiedlich sein kann. Die Geometrie der keine Zielposition des Bauelements darstellenden Teiloberfläche des Substrats, muss, ebenso wie die Geometrie der eine Zielposition des Bauelements darstellende
Teiloberfläche des Substrats, nicht zwangsläufig quadratisch sein und kann auch von der Grundfläche der aufzubringenden Bauelemente abhängen. Denkbar sind
insbesondere auch rechteckige, hexagrammartige oder runde Geometrien für beide Flächen.
Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn das Flächenverhältnis von der keine Zielposition des Bauelements darstellenden Teiloberfläche des Substrats zu der eine Zielposition des Bauelements darstellenden Teiloberfläche des Substrats einen Wert von 5 - 10 (bestimmbar über den Quotienten der beiden Flächen in μηη2), bevorzugt 7 - 9 beträgt. Für entsprechende Größenverhältnisse ist bei einer Zielposition in Form einer quadratischen Grundfläche mit einer Kantenlänge von 640 μηη
typischerweise eine Menge an Silikonharz von 1 - 2 nl und Menge an Klebstoff von 5 - 50 nl erforderlich.
Weiterhin beträgt das Flächenverhältnis (bestimmbar über den Quotienten der beiden Flächen in μηη2) von der eine Zielposition des Bauelements darstellenden Teiloberfläche des Substrats zu der Anlagerungsfläche des Bauelements, d.h. der Fläche, die nach Assemblierung zum Substrat hin orientiert ist, (bestimmbar über den Quotienten der beiden Flächen in μηη2) bevorzugt einen Wert von 0,9 - 2,0, bevorzugt 1 ,3 - 1 ,6, besonders bevorzugt 1 ,4 - 1 ,5.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist weiterhin, dass bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren keine Corona-Behandlung des Substrates erfolgen muss, da die Haftung des Silikons dennoch ausreicht.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind weiterhin die nach dem Verfahren herstellbaren assemblierten elektrischen bzw. elektronischen Erzeugnisse. Insbesondere ist Gegenstand der Erfindung ein mit dem Verfahren herstellbarer
assemblierter RFID-Strap bzw. ein assemblierter RFID-Etikett, der ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf einem Substrat assemblierten RFID-Chip aufweist.
Die nachfolgenden Beispiele sollen den Gegenstand der vorliegenden Erfindung näher erläutern ohne ihn auf die beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Beispiele:
Beispiel 1 :
Mit einer Druckanlage des Typs EF 410 (von MPS) und einem Sleeve, einem
Sleeveadapter und einem Luftzylinder (von COE) wurde ein acrylatmodifiziertes
Strahlungshärtendes Silikonharz mit einer Viskosität von 590 mPa-s gemessen bei 25 °C (TEGO® XP 8019 von Evonik Industries) mit 3% Photoiniitiator A17 (von Evonik Industries) auf PET-Folie (Mylar ADS, Dupont Teijin) unter Erzeugung mehrerer Silikonharzrahmen mit einer Rahmenbreite von 300 μιτι um jeweils ein freies, nicht mit Silikonharzmasse bedrucktes Innenquadrat mit 640 μιτι Kantenlänge auf das Substrat gedruckt. Danach wurde in derselben Druckanlage eine inertisierte (der
Sauerstoffgehalt wurde durch Stickstoffzufuhr auf 50ppm gesenkt) Lampe mit ultravioletter Strahlung eingesetzt, um das Silikonharz zu härten. Die Schichtdicke der Silikonharzschicht betrug 1 μιτι, was einem Auftragsgewicht von 1 g/m2 entspricht.
In Folge wurden dann jeweils ein Tropfen des Klebstoffs Monopox® AD VE 18507 der Firma DELO Industrie Klebstoffe mit einem Volumen von 17 nl an verschiedene
Positionen auf den Silikonrahmen bzw. das Innenquadrat, insbesondere auf eine Position auf dem Silikonrahmen nahe dem Innenquadrat, gegeben. Dabei wurde beobachtet, dass der Kleber auch dann in die Mitte des Innenquadrats wandert, solange nur ein Teil des Klebertropfens mit dem Innenquadrat in Kontakt kommt (vgl. Abbildung 1 ;„+" = Wanderung des Tropfens auf Zielposition,„o" = keine Wanderung des Tropfens auf Zielposition). Es wurde festgestellt, dass der Klebertropfen an die auf wenige μιτι (<10μηη) genau definierte richtige Stelle auf der Zielposition wandert, wenn er auf eine Fläche von 1300 · 1300 μιτι2 um die Zielposition dosiert wird. Dies hat den Vorteil, dass die Auftragung des Klebers durch das Silikonharz in hoher
Geschwindigkeit erfolgen konnte und der Kleber trotzdem präzise an der richtigen Stelle in der gewünschten Form (vgl. Abbildung 2) sitzt.
In diese Klebstoffdepots mit der quadratischen Basis wurden quadratische NXP Ucode G2XM SL31 CS 1002 Bauelemente mit einer Kantenlänge von ca. 440 μιτι, einer Höhe von ca. 150 μιτι und einem Gewicht von ca. 67 μg gegeben. Durch den Selbstassembliereffekt wurden Chips, die nicht in der richtigen Position landeten, in die Mitte des Zielbereichs gezogen und eine Verdrehung autark korrigiert (vgl. Abbildungen 3 und 4; Erfolgreiche Ausrichtungen werden in letzter mit dunklen Quadraten, nicht erfolgreiche Ausrichtung mit hellen Dreiecken dargestellt).
Die Auswertung der verschiedenen Landepositionen ergab, dass der Chip verlässlich in die Mitte der Zielposition gezogen wurde, so lange er einen Abstand (Mitte - Mitte) zur Zielposition von 330 μιτι nicht überschritt. Die Verdrehung wurde bis 45° ausgeglichen (für die Ausrichtung eines quadratischen Chips ist das die definitorische Obergrenze).
Die Ausrichtung erfolgte in Ruhe in schneller als 10 Sekunden, abhängig vom Abstand zur Zielposition. Die Ausrichtung wird in einer nicht ruhenden Anlage schneller erfolgen, da die Vibration einer fahrenden Anlage den Prozess beschleunigt.
Beispiel 2:
Versuch wie Beispiel 1 , außer dass für das Aufbringen der Strukturen ein Klischee von der Firma Reproflex verwendet wurde.
Beispiel 3:
Versuch wie Beispiel 1 , außer dass als klebstoffabweisende Beschichtungsmasse eine kationisch vernetzende Silikonharzmasse (TEGO® XP 8020) eingesetzt wurde.
Beispiel 4:
Versuch wie Beispiel 2, außer dass als klebstoffabweisende Beschichtungsmasse eine kationisch vernetzende Silikonharzmasse (TEGO® XP 8020) eingesetzt wurde. Beispiel 5:
Versuch wie Beispiel 1 , wobei zusätzlich auch Silikonharzrahmen mit einer Breite von 40Όμηη aufgedruckt wurden.
Beispiel 6:
Versuch wie Beispiel 1 nur dass anstelle des Klebstoffs Monopox AD VE 18507 der Firma DELO Industrie Klebstoffe der Kleber RiteLok UV01 1 von 3M eingesetzt wurde. Auch hier haben sich die Chips ausgerichtet, im Vergleich zu Monopox AD VE 18507 ist jedoch eine geringere Geschwindigkeit des Ausrichtens zu beobachten. Dafür kann der Kleber in Sekundenbruchteilen durch UV-Licht ausgehärtet werden.
Beispiel 7:
Versuch wie Beispiel 6 nur das neben dem Kleber RiteLok UV01 1 von 3M eine kationisch aushärtende Silikonharzmasse eingesetzt wurde. Auch in dieser Kombination funktioniert die Ausrichtung des Klebers und des Chips.
Beispiel 8:
Versuch wie Beispiel 1 , nur dass zur besseren Sichtbarkeit eine rot angefärbte
Silikonharzmasse (TEGO® XP 8014) verwandt wurde. Auf die Ausrichtung hat das keine negative Auswirkung.
Beispiel 9.
Versuch wie in Beispiel 1 , wobei jedoch unterschiedliche nicht mit Silikonharzmasse bedeckte Innenquadrate gedruckt wurden. Bei einem Verhältnis von Chipgröße zu Innenquadrat zwischen 0,9 bis 2 erfolgt die Ausrichtung besonders zuverlässig. Bei einem Verhältnis von 1 ,45 wurde die höchste Verlässlichkeit in Bezug auf Mitte-Mitte Abstand und Rotationsausgleich beobachtet.
Beispiel 10.
Versuch wie in Beispiel 1 , wobei jedoch unterschiedliche Auftragsgewichte der
Silikonharzmasse aufgebracht wurden. Bei der anschließenden Testung durch Aufgabe von Klebstofftropfen Monopox® AD VE 18507 der Firma DELO Industrie Klebstoffe wurde beobachtet, dass das Ausrichteverhalten etwas zuverlässiger ist, wenn die Silikonharzmasse geschlossen ist. In den Versuchen wurde ab einem Flächengewicht von ca. 1 g / m2 (gemessen mit einem Twin-X Röntgenfluoreszenzmessgerät der Firma Oxford Instruments) geschlossene Strukturen identifiziert (Beobachtet durch ein koaxiales Mikroskop (Typ CV-ST-mini) der Firma M-Service.
Beispiel 1 1 .
Versuch wie in Beispiel 1 , wobei jedoch unterschiedliche Intensitäten an Corona - Vorbehandlung verwandt wurden. Es wurde festgestellt, dass die Strahlungshärtenden Beschichtungsmassen auch auf den nicht vorbehandelten Substraten gute Haftung zeigten und somit dieser Schritt eingespart werden kann. Zudem wurde beobachtet, dass die Substrate ohne Corona Vorbehandlung über den Verlauf der Zeit stabilere Eigenschaften zeigten und somit besser lagerfähig sind.
Beispiel 12.
Versuch wie in Beispiel 1 , wobei jedoch größere Chips (bis zu einer Kantenlänge von 2mm) eingesetzt wurden. Auch bei größeren Chips ist die Ausrichtung zuverlässig möglich, insbesondere wenn man die Rahmengröße der klebstoffabweisenden
Beschichtungsmasse der des Chips anpasst. Das im Beispiel 9 genannte Verhältnis von Innenquadrat zu Chipgröße von ca. 1 ,45 ergab auch hier die besten Ergebnisse.
Beispiel 13.
Versuch wie in Beispiel 1 , wobei jedoch der Rahmen an einigen Stellen unterbrochen war. Diese Unterbrechung kann zum Beispiel dazu genutzt werden, den Chip über Druckprozesse mit Leiterbahnen (zum Beispiel zu Sensoren oder Tamper-Evident Kontrolle) zu verbinden. Die Unterbrechung behindert das Ausrichteverhalten nicht, solange der freigelassene Teil des Rahmens im Verhältnis zum Innenquadrat nicht zu groß wurde. Die maximal zulässige Unterbrechung ist abhängig von der
Oberflächenenergie des Klebers. Bei Verwendung von Monopox® AD VE 18507 der Firma DELO Industrie Klebstoffe wurde kein negativer Effekt auf das Ausrichteverhalten beobachtet, solange die Unterbrechung kleiner war als ein Zehntel der Kantenlänge des Innenquadrats. Die in Abbildung 1 gezeigte Karte des Einfangradius des Klebers wird jedoch von der Unterbrechung beeinflusst. In Umgebung der Unterbrechung landende Tropfen richten sich tendenziell schlechter aus.

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zur Selbstassemblierung nnindestens eines elektrischen,
elektronischen oder mikromechanischen Bauelements auf einem Substrat umfassend die Schritte a) Bereitstellen des Substrates, b) Aufbringen einer Klebstoff abweisenden Zusammensetzung auf mindestens eine keine Zielposition des Bauelements darstellende Teiloberfläche des Substrats, gefolgt von einem Härtungsschritt, c) Aufbringen einer Klebstoffzusammensetzung auf mindestens eine eine Zielposition des Bauelements darstellende Teiloberfläche des Substrats, wobei die jeweils mit der Klebstoff abweisenden Zusammensetzung versehene Teiloberfläche des Substrats die mit der Klebstoffzusammensetzung versehene Teiloberfläche des Substrats umschließt und an diese angrenzt und d) Aufbringen mindestens eines Bauelements auf eine gemäß b) oder c)
beschichtete Teiloberfläche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Klebstoff abweisende Zusammensetzung eine Strahlungshärtende abhäsive Beschichtungsmasse ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zeitliche Abfolge der einzelnen Verfahrensschritte a) -> b) -> c) -> d) ist. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Aufbringen des mindestens einen Bauelements in Schritt d) dadurch erfolgt, dass
i) ein Vorrat mit einer Vielzahl elektronischer Bauelemente bei einer
Abgabestelle für die elektronischen Bauelemente bereitgestellt wird, ii) ein eine Zielposition des Bauelements darstellender, mit der Klebstoff abweisenden Zusammensetzung und der Klebstoffzusammensetzung beschichteter Teil des Substrats zumindest in die Nähe gegenüber der Abgabestelle bewegt wird,
iii) berührungslos eines der elektronischen Bauteile von der Abgabestelle abgegeben wird, während sich die eine Zielposition des Bauelements darstellende Teiloberfläche des Substrates nahe der Abgabestelle befindet, so dass das elektronische Bauteil nach einer Freiphase die mit der Klebstoffzusammensetzung versehene Teiloberfläche des Substrats zumindest teilweise berührt, und
iv) Bewegen der nun mit dem Bauelement versehenen Teiloberfläche des Substrats zu einer nachgeordneten Verarbeitungsstelle, während das elektronische Bauteil sich auf der Zielposition ausrichtet.
Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Substrat aus einem elastischen oder plastisch verformbaren Material gebildet ist und mit einer elektrisch leitenden Musterung versehen ist, die wenigstens einen Pfad aufweist, der in die Zielposition des Bauelements hinein reichend ausgebildet ist, und wobei die folgenden Schritte ausgeführt werden: i) Anbringen einer Perforation oder Schwächungsstelle in dem Bereich des Substrats um die Zielposition des Bauelements und um einen Teil des Pfades der Musterung zum Bilden einer den Teil des Pfades
enthaltenden Klappe,
ii) Ausformen der Klappe aus dem Substrat, Umfalten der Klappe so, dass ein auf der Klappe
befindliches Bauelement mit wenigstens einem seiner Anschlußkontakte zumindest einen Teil des Pfades der Musterung kontaktiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Strahlungshärtende abhäsive Beschichtungsmasse eine Beschichtungsmasse ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Strahlungshärtenden
Silikonharzen und Strahlungshärtenden Harzen auf Basis polyfluorierter
Alkyl(meth)acrylate oder Polyfluoroxyalkylen(meth)acrylate ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Strahlungshärtende abhäsive Beschichtungsmasse strahlungshärtbare Seitenketten aufweist, die (Meth)Acrylatreste, Epoxidreste, Vinyletherreste oder Vinyloxygruppen sind oder diese enthalten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Strahlungshärtende abhäsive Beschichtungsmasse eine Viskosität zwischen 100 und 1500 mPa-s gemessen bei 25 °C nach DIN 53 019 aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das die Klebstoffzusammensetzung eine Zusammensetzung eines
Polyurethan-, Methacrylat-, Cyanacrylat- oder Acrylatklebstoffs ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das die Viskosität der Klebstoffzusammensetzung 10 - 200 mPa-s gemessen bei 25 °C nach DIN 53 019 beträgt. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Klebstoffzusammensetzung Additive ausgewählt aus der Gruppe
bestehend aus Metall Partikeln, Metallnanodrähten, Partikeln aus metallisiertem Glas, metallisierten Polymerkügelchen und leitfähigen organischen Polymeren aufweist.
1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Substrat eine Folie oder ein Laminat aus Polyethylenterephthalat (PET), Polyimide (PI), Polyethylennaphthalat (PEN), Polybutylenterephthalat (PBT), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polystyrene (PS), Polyamide (PA) oder Polyetheretherketon (PEEK) oder ein auf mindestens einem dieser Polymere basierendes strukturverstärkten Verbundmaterial ist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Flächenverhältnis von der keine Zielposition des Bauelements
darstellenden Teiloberfläche des Substrats zu der eine Zielposition des
Bauelements darstellenden Teiloberfläche des Substrats einen Wert von 5 - 10 beträgt.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Größenverhältnis von der eine Zielposition des Bauelements darstellenden Teiloberfläche des Substrats zu der Anlagerungsfläche des Bauelements einen Wert von 0,9 - 2,0 beträgt.
14. Elektrisches bzw. elektronisches Erzeugnis,
dadurch gekennzeichnet, dass es einen gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf einem Substrat assembliertes Bauelement aufweist.
EP10763177A 2009-10-26 2010-10-05 Verfahren zur selbstassemblierung elektrischer, elektronischer oder mikromechanischer bauelemente auf einem substrat Withdrawn EP2471091A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009050703A DE102009050703B3 (de) 2009-10-26 2009-10-26 Verfahren zur Selbstassemblierung elektrischer, elektronischer oder mikromechanischer Bauelemente auf einem Substrat und damit hergestelltes Erzeugnis
PCT/EP2010/064782 WO2011054611A2 (de) 2009-10-26 2010-10-05 Verfahren zur selbstassemblierung elektrischer, elektronischer oder mikromechanischer bauelemente auf einem substrat

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2471091A2 true EP2471091A2 (de) 2012-07-04

Family

ID=43663676

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10763177A Withdrawn EP2471091A2 (de) 2009-10-26 2010-10-05 Verfahren zur selbstassemblierung elektrischer, elektronischer oder mikromechanischer bauelemente auf einem substrat

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20120213980A1 (de)
EP (1) EP2471091A2 (de)
JP (1) JP2013508958A (de)
KR (1) KR20120105431A (de)
CN (1) CN102741991B (de)
CA (1) CA2778209A1 (de)
DE (1) DE102009050703B3 (de)
TW (1) TWI538067B (de)
WO (1) WO2011054611A2 (de)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007018431A1 (de) * 2007-04-19 2008-10-30 Evonik Degussa Gmbh Pyrogenes Zinkoxid enthaltender Verbund von Schichten und diesen Verbund aufweisender Feldeffekttransistor
DE102008058040A1 (de) * 2008-11-18 2010-05-27 Evonik Degussa Gmbh Formulierungen enthaltend ein Gemisch von ZnO-Cubanen und sie einsetzendes Verfahren zur Herstellung halbleitender ZnO-Schichten
DE102009009338A1 (de) 2009-02-17 2010-08-26 Evonik Degussa Gmbh Indiumalkoxid-haltige Zusammensetzungen, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung
DE102009009337A1 (de) 2009-02-17 2010-08-19 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zur Herstellung halbleitender Indiumoxid-Schichten, nach dem Verfahren hergestellte Indiumoxid-Schichten und deren Verwendung
DE102009028801B3 (de) 2009-08-21 2011-04-14 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zur Herstellung Indiumoxid-haltiger Schichten, nach dem Verfahren herstellbare Indiumoxid-haltige Schicht und deren Verwendung
DE102009028802B3 (de) 2009-08-21 2011-03-24 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zur Herstellung Metalloxid-haltiger Schichten, nach dem Verfahren herstellbare Metalloxid-haltige Schicht und deren Verwendung
DE102009054997B3 (de) 2009-12-18 2011-06-01 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zur Herstellung von Indiumoxid-haltigen Schichten, nach dem Verfahren hergestellte Indiumoxid-haltige Schichten und ihre Verwendung
DE102009054998A1 (de) 2009-12-18 2011-06-22 Evonik Degussa GmbH, 45128 Verfahren zur Herstellung von Indiumchlordialkoxiden
DE102010031895A1 (de) 2010-07-21 2012-01-26 Evonik Degussa Gmbh Indiumoxoalkoxide für die Herstellung Indiumoxid-haltiger Schichten
DE102010043668B4 (de) 2010-11-10 2012-06-21 Evonik Degussa Gmbh Verfahren zur Herstellung von Indiumoxid-haltigen Schichten, nach dem Verfahren hergestellte Indiumoxid-haltige Schichten und ihre Verwendung
TWI559331B (zh) * 2012-05-04 2016-11-21 宇亮光電股份有限公司 一種用於形成可撓式透明導電膜之導電材料
DE102014202718A1 (de) 2014-02-14 2015-08-20 Evonik Degussa Gmbh Beschichtungszusammensetzung, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung
WO2021117400A1 (ja) * 2019-12-11 2021-06-17 ヌヴォトンテクノロジージャパン株式会社 半導体装置
CN111943132B (zh) * 2020-08-18 2024-02-23 中国科学技术大学 碎片样品的平面扩展方法以及平面扩展的碎片样品

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3869787A (en) * 1973-01-02 1975-03-11 Honeywell Inf Systems Method for precisely aligning circuit devices coarsely positioned on a substrate
US4199649A (en) * 1978-04-12 1980-04-22 Bard Laboratories, Inc. Amorphous monomolecular surface coatings
JPH04262590A (ja) * 1991-02-16 1992-09-17 Ricoh Co Ltd フレキシブル配線板
US5355577A (en) 1992-06-23 1994-10-18 Cohn Michael B Method and apparatus for the assembly of microfabricated devices
JP3193866B2 (ja) * 1995-02-28 2001-07-30 信越化学工業株式会社 無溶剤の実装回路板保護被膜用光硬化型シリコーン樹脂組成物、及びそれを用いた実装回路板の保護方法
US6507989B1 (en) 1997-03-13 2003-01-21 President And Fellows Of Harvard College Self-assembly of mesoscale objects
JP2001087953A (ja) * 1999-09-14 2001-04-03 Tokyo Inst Of Technol 液体の表面張力を利用した部品の位置合わせ方法
US6623579B1 (en) 1999-11-02 2003-09-23 Alien Technology Corporation Methods and apparatus for fluidic self assembly
DE10007942A1 (de) 2000-02-22 2001-09-06 Lohmann Therapie Syst Lts Verpackung für wirkstoffhaltige Pflaster
AU2003230860A1 (en) * 2002-04-10 2003-10-27 President And Fellows Of Harvard College Method of self-assembly and self-assembled structures
US6924551B2 (en) * 2003-05-28 2005-08-02 Intel Corporation Through silicon via, folded flex microelectronic package
JP4563939B2 (ja) * 2003-09-11 2010-10-20 太陽インキ製造株式会社 絶縁パターンの形成方法
JP2006253218A (ja) * 2005-03-08 2006-09-21 Tdk Corp 光学半導体装置及び製造方法
US7730610B2 (en) * 2005-09-29 2010-06-08 Panasonic Corporation Method of mounting electronic circuit constituting member and relevant mounting apparatus
DE102008006221A1 (de) * 2007-01-25 2008-07-31 GeSIM Gesellschaft für Silizium-Mikrosysteme mbH Verfahren und Vorrichtung zum gerichteten Transport von Chips auf eine Zielposition
US7993940B2 (en) * 2007-12-05 2011-08-09 Luminus Devices, Inc. Component attach methods and related device structures
FR2929864B1 (fr) * 2008-04-09 2020-02-07 Commissariat A L'energie Atomique Auto-assemblage de puces sur un substrat

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2011054611A2 *

Also Published As

Publication number Publication date
TW201131671A (en) 2011-09-16
KR20120105431A (ko) 2012-09-25
DE102009050703B3 (de) 2011-04-21
CN102741991B (zh) 2016-03-23
TWI538067B (zh) 2016-06-11
CA2778209A1 (en) 2011-05-12
US20120213980A1 (en) 2012-08-23
CN102741991A (zh) 2012-10-17
JP2013508958A (ja) 2013-03-07
WO2011054611A3 (de) 2011-10-13
WO2011054611A2 (de) 2011-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009050703B3 (de) Verfahren zur Selbstassemblierung elektrischer, elektronischer oder mikromechanischer Bauelemente auf einem Substrat und damit hergestelltes Erzeugnis
EP3142124B1 (de) Anisotropes leitfähiges material und eine elektronische vorrichtung mit anisotropem leitfähigem material
DE69734564T2 (de) Verfahren zur erzeugung einer monoschicht von teilchen und damit hergestellte produkte
KR101082249B1 (ko) 이방성 도전 필름, 그리고 접합체 및 그 제조방법
KR20110106313A (ko) 필름 형상 접착제 및 이방 도전성 접착제
EP0334084A2 (de) Verwendung einer siebdruckfähigen Paste zur Herstellung elektrisch leitender Ueberzüge auf flexiblen Kunststoffolien
KR20110089812A (ko) 이방 도전성 필름
TW200925231A (en) Adhesive and bonded body
EP1102823B1 (de) Elektrisch leitfähige, thermoplastische und hitzeaktivierbare klebstofffolie
DE112019000385T5 (de) Beschichtetes Teilchen
KR20140142285A (ko) 회로 접속 재료, 및 그것을 사용한 실장체의 제조 방법
DE102017129541A1 (de) Elektronische vorrichtung und anzeigevorrichtung damit
KR20100020029A (ko) 회로 접속용 필름상 접착제
JP5099284B2 (ja) 異方性接続シート材料
KR20140035993A (ko) 회로 접속 재료 및 회로 기판의 접속 구조체
TWI775562B (zh) 異向性導電膜之製造方法、異向性導電膜、異向性導電膜捲裝體、連接構造體之製造方法、連接構造體、填料配置膜之製造方法、及填料配置膜
JP2007217503A (ja) 異方導電性接着フィルム
US20160100481A1 (en) Anisotropic conductive film, method of manufacturing the same, and printed circuit board using the same
JP2006233203A (ja) 異方導電性接着剤フィルム
JP2009001661A (ja) 接着剤及び接合体
JP2007009176A (ja) 異方導電性接着フィルム
DE19912628A1 (de) Elektrisch leitfähige, thermoplastische und hitzeaktivierbare Klebstoffolie
DE102008046871A1 (de) Klebemasse mit hohem Repulsionswiderstand
JP6493968B2 (ja) 接続方法、接合体、異方性導電フィルム、及び接合体の前駆体
KR102758192B1 (ko) 접착제 조성물

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20120419

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: EVONIK DEGUSSA GMBH

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20150501