JP2013508958A - 基板上への電気部品、電子部品、またはマイクロメカニクス部品の自己組立て方法 - Google Patents

基板上への電気部品、電子部品、またはマイクロメカニクス部品の自己組立て方法 Download PDF

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アーニング，フォルカー
シュタイガー，ヨーゲン
ショーネマン，インゴ
ホッペ，アルネ
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エヴォニク ゴールドシュミット ゲーエムベーハー
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Abstract

本発明は、次の工程、すなわち、ａ）基板を提供する工程と、ｂ）部品の目標位置を構成しない基板の少なくとも１つの部分表面に撥接着性組成物を適用する工程およびそれに続く硬化工程と、ｃ）部品の目標位置を構成する基板の少なくとも１つの部分表面に接着性組成物を適用する工程であって、撥接着性組成物をそれぞれ備えた基板の部分表面は接着性組成物を備えた基板の部分表面を取り囲みかつそれに隣接する、工程と、ｄ）ｂ）またはｃ）に従ってコーティングされた部分表面に少なくとも１つの部品を適用する工程と、を含み、撥接着性組成物が、放射線硬化性非接着性コーティング配合物である、基板上での少なくとも１つの電気部品、電子部品、またはマイクロメカニクス部品の自己組立て方法と、この方法に従って製造可能な電気製品または電子製品と、に関する。
【選択図】なし

Description

本発明は、基板上への電気部品、電子部品、またはマイクロメカニクス部品の自己組立て方法に関する。
先端半導体技術は、非常に限られた空間内の小型部品中でたとえば信号処理や情報記憶に関する問題などの多種多様な電気的、電子的、または論理的問題の技術的解決の実現を可能にする。一般的な小型化の過程では、マイクロメカニクス部品が果たす役割もますます重要になってきている。本発明の趣旨の範囲内の部品とは、工業製品で使用できかつ技術的機能を実行できるがこれは他の構造体と連携させたときのみ技術的に使用可能となる特に小型の構成要素のことである。この場合、電気部品、電子部品、またはマイクロメカニクス部品とは、具体的には、集積回路、信号処理素子、ダイオード、メモリー、駆動電子回路（特に、ディスプレイ用のもの）、センサー（特に、光、熱、物質濃度、湿気に対するもの）、電気光学素子もしくは電気音響素子、無線周波数識別チップ（ＲＦＩＤチップ）、半導体チップ、光起電力素子、抵抗器、キャパシター、パワー半導体（トランジスター、サイリスター、ＴＲＩＡＣ）、および／または発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む一群の素子を意味すると理解されるべきである。
部品を使用する場合、これらの部品は、いずれの場合も、基板（たとえば、プリント回路基板または構造化フィルム）に移して電気デバイスもしくは電子デバイスまたは中間製品を形成し、より大型の技術機能ユニットを製造するようにしなければならない。
電気デバイスまたは電子デバイスおよび中間製品を意味するこれらの電気製品または電子製品は、基板上に接点接続を備えた電気部品、電子部品、またはマイクロメカニクス部品を有する。電気製品または電子製品は、電気部品、電子部品、またはマイクロメカニクス部品の通電、機能化、制御、および／または読取りが可能である。さらに、それらは、実際には、必要であれば、たとえば、プラグ接続（特にＵＳＢ端子）を利用してまたは電源ユニットもしくはケーブル式ネットワークへの接続により、それぞれの最終製品でそれらのさらなる組込みまたはそれらの接点接続が可能である。
多数の製品を基板として使用することが可能である。したがって、電気部品、電子部品、またはマイクロメカニクス部品を高分子キャリヤー基板上または金属キャリヤー基板上に適用することが可能である。この場合、キャリヤーは、可撓性または剛性であり得る。電気部品、電子部品、またはマイクロメカニクス部品は、多くの場合、膜基板に適用される。基板は、多くの場合、電気伝導性構造体（たとえば、構造化金属または導体トラック、適切であれば、それらがさらに非伝導性キャリヤー材料上、特に高分子キャリヤー材料上にあるもの）よりなる。これらは、部品と接触させるためだけでなく、たとえばＲＦＩＤラベルの場合のようにアンテナとしても役立ち得る。
電気製品または電子製品の例としては、ＲＦＩＤストラップ、ＲＦＩＤラベル、実装プリント回路基板（ほとんどすべての電気機器、したがって、たとえば、携帯電話、コンピューター、コンピューターマウス、ポケット電卓、リモコンだけでなく、ＵＳＢフラッシュメモリー、ＳＩＭカード、スマートカード、時計、目覚し時計などの比較的単純な素子にも存在するものなど）が含まれる。
電気製品または電子製品を製造する場合、部品の精密な位置決めがされたときのみ、続いて、その適正な接点接続も可能になり、したがって、それぞれの製品の適正な機能も可能になるので、基材上へのそれぞれの電気部品、電子部品、またはマイクロメカニクス部品の位置決めは、非常に重要である。
現時点では、部品は、主に「ピックアンドプレース（pick and place）」ロボットを利用して基板上に位置決めされる。しかしながら、この位置決めプロセスの複雑な機械的調整は、この場合に高い精度が必要とされるため、達成可能なプロセス速度に関しては必然的に制限される。さらに、この方法手順には、小型部品が、特に、重要性が増している静電力および毛管力と比較してその質量が小さいので、機械部品に付着する傾向を有するという欠点がある。
こうした「ピックアンドプレース」法の代替法の１つは、平面状テンプレート上にマイクロ電子部品またはマイクロメカニクス部品を組み立てるための米国特許第５，３５５，５７７号に記載の方法である。この方法では、部品をテンプレート上に配置してテンプレートを振盪し、その結果として、印加電圧により支持された部品を該部品の形状に対応するようにテンプレート上に具備された開口中に蓄積させる。しかしながら、高い技術的複雑さが必要とされるうえに、たとえば、振盪プロセス時の開口中の部品の傾斜により誤った組立てを引き起こす可能性があるので、この方法も不利である。
これらの欠点を克服するために、位置決めされる部品の自己組立てに基づく種々の方法が提案されている。すべてのこれらの方法に共通していることは、エネルギー的に不均一な表面が基板上に形成され、その表面上に続いて適用された部品が最小エネルギーの箇所に方向付けられることである。
したがって、たとえば、米国特許第６，５０７，９８９Ｂ１号には、構造的にまたは他の形で適合化された表面上に部品の自己組立てを行って複合材料を形成する方法が教示され、この方法では、影響を受ける表面は、より良好な湿潤性が得られるように化学修飾される。この場合、たとえば、付着および／または自由表面エネルギーの低下などの作用を利用して、自己組立てを行うことが可能である。そこに記載された自己組立て技術の１つは、２種の互いに不相溶性の液体（たとえば、水とペルフルオロデカリン）の系で界面作用を利用することにより部品の特定の接触表面を一体化させることに依拠する。しかしながら、この場合に不利なことは、組立て速度が接触表面のサイズに直接相関することである。さらに、液体混合物中でこの方法に必要とされる性能は、液体中で加工できない構成部品には不利である。類似のプロセスは、国際公開第２００７／０３７３８１Ａ１号（＝米国特許出願公開第２００９／０２６５９２９Ａ１号）に記載されている。この場合、自己組立て機構は、２種の液体に基づくが、接着剤の使用についての言及はなされていない。
米国特許第３，８６９，７８７号には、非湿潤性基板と流体またはワックスが片面でのみ湿潤可能なチップとが記載されており、これは、表面エネルギーに基づくチップの自己組立てに使用可能である。部品たとえば電子チップは、自己組立てに使用される流体が裏面でのみ湿潤可能になるように製造しなければならない。この教示には、放射線硬化性非接着性（abhesive）コーティングが使用可能であるという言及はない。
米国特許第４，１９９，６４９号では、種々の用途向けに非接着性表面の作製が検討され、放射線硬化について言及されているが、電気部品の自己組立てについては言及されてない。
米国特許第６，６２３，５７９Ｂ１号には、基板上への複数の素子の組立て方法が記載されている。この方法では、流体中の素子のスラリーは、基板上に方向付けられ、基板は、素子用の切抜きを形成する受容領域を有し、素子は、切抜き中に蓄積し、かつ取り込まれない過剰の素子は、振動プロセス後に引き離される。これらの方法は、組み立てられる素子が流体中に分散されて表面上に方向付けられる流体的自己組立て方法に相当する。しかしながら、この方法にも、使用される流体との相溶性がない構成部品を加工できないという欠点がある。さらに、そのような方法では、一般に、基材上の組立て箇所の数と比較して過剰の素子を使用する必要があり、不利である。
Xiongら（"Controlled part-to-substrate Micro-Assembly via electrochemical modulation of surface energy", Transducers '01 - International Conference on solid-State Sensors and Actuators, Munich, Germany, 2001）は、マイクロ部品と基板との間の組立て箇所をそれらの疎水性に関して標的化されるように設定するマイクロ組立て方法を教示している。この場合、マイクロ部品上または基板上の有効組立て箇所は、アルカンチオール被覆金で構成された疎水性表面であり、一方、不活性な組立て箇所は、親水性純金表面よりなる。この場合、アルカンチオラート単層の電気化学還元により有効組立て箇所を不活性な親水性金表面に変換することが可能である。炭化水素系「潤滑剤」を表面に適用してから部品および基板を水中に浸漬した場合、疎水性組立て箇所のみが湿潤してそこの摩擦が低減されるので、毛管力によって支持される形で基板上の特定の箇所にマイクロ部品を付着することが可能である。しかしながら、その場合も、部品および基板が必然的に耐水性でなければならないという欠点がある。さらに、それらは、不利なことに、金表面を有していなければならないので、それらの構成が制限される。さらに、その場合も、好結果を得るために基材上の組立て箇所の数と比較して過剰の素子を使用する必要があるという欠点が存在する。
基板およびその上に組み立てられる素子に相補的噛合い形体をもたせて乾燥した環境中で行われる自己組立てプロセスが、S. Park and K.F. Boehringer, "A fully dry self-assembly process with proper in-plane orientation", MEMS '08, Tucson, AZ, US, 2008により教示されている。基板上に組み立てられる素子の一様な配向を達成するために、素子および基板は、一様な配向を支援する第２の形体をさらに有する。組立てを達成するために、基板をその上に位置する素子と共に第１形体および第２形体が噛み合うまで振動させる。しかしながら、そこに記載された方法には、部品に必要とされる変更およびその組立て自体が非常に複雑であるという欠点がある。
国際公開第２００３／０８７５９０Ａ２号には、構造体の自己組立て方法が記載されている。この方法では、液体をパターン化されるように基板に適用し、次に、液体の少なくとも一部分が液体形態で残存している間に、その適用後の基板上のそのパターン化に従って液体との相互作用により構造体の少なくとも一部分の自己組立てを行う。使用される液体は、たとえば、液体半田スズ、接着剤、エポキシ樹脂、またはプレポリマーであり得る。基板上への液体のパターン化を容易にするために、液体に対して反発性または親和性を呈する前駆体を基板にさらに適用することが可能である。しかしながら、この方法は、基板上へのデバイスの自己組立て時、所望の目標位置と適用直後（すなわち、組立てプロセスの開始前）のそれぞれのデバイスの位置との間の大きな位置ずれを補償するには好適でない。しかしながら、具体的には、この方法は、中点の所望の位置およびデバイスの所望の回転配向に関するずれを再現性よく補償するには好適でない。部品はさらに、この方法で使用可能な多くの液体上に浮遊するにすぎず、該液体中に沈まないので、不適正な位置決めが起こる可能性があり、これは、文献中では「チルト」と呼ばれている。
したがって、対処する問題は、先行技術で指摘される欠点を回避する方法を提供することである。具体的には、対処する問題は、所望の位置と基板上への適用後のデバイスの位置との間での中点の位置および部品の回転配向に関する大きなずれの補正を含む、電気部品、電子部品、およびマイクロメカニクス部品の基板上での再現性のある自己組立てが可能な自己組立て方法を提供することである。
この問題は、本発明では、以下の工程、すなわち、ａ）基板を提供する工程と、ｂ）部品の目標位置を構成しない基板の少なくとも１つの部分表面に撥接着性組成物（adhesive-repelling composition)を適用する工程およびそれに続く硬化工程と、ｃ）部品の目標位置を構成する基板の少なくとも１つの部分表面に接着性組成物を適用する工程であって、撥接着性組成物をそれぞれ備えた基板の部分表面は、接着性組成物を備えた基板の部分表面を取り囲みかつそれに隣接する工程と、ｄ）ｂ）またはｃ）に従ってコーティングされた部分表面に少なくとも１つの部品を適用する工程と、を含み、撥接着性組成物が、放射線硬化性非接着性コーティング配合物である、基板上への少なくとも１つの電気部品、電子部品、またはマイクロメカニクス部品の自己組立て方法を利用して解決される。特に良好な結果を達成するために、この場合、少なくとも１つの部品は、ｃ）に従ってコーティングされた基板の部分表面上のその付着領域の少なくとも一部分に位置決めされるように適用しなければならない。
適用された液滴とその目標位置との間の距離に依存する接着剤液滴の組立てを示す。 シリコーン樹脂フレーム中の接着剤形状の描写を示す。 自己組立ての可視化を示す。 回転の角度および目標位置からの距離に依存する組立てを示す。
接着性とは、表面の粘着性、付着性、求引性を意味する。このように、感圧性ラベルは、多くの表面に粘着し、保護フィルムは、ガラス部分に付着する。
非接着性(adhesive)とは、接着性の対義語であり（国際公開第２００１／６２４８９号では、「接着防止性（anti-adhesive）」を用いて非接着性という語を説明している（４頁２１行目参照））、これは、非粘着性（non-sticky）、反発性（repulsive）、または特に剥離コーティング上のラベルに関連しては剥離性と同義である。
本発明の趣旨の範囲内の自己組立て方法は、基板上での物体（ここでは、電気部品、電子部品、またはマイクロメカニクス部品）の位置決め方法を意味すると理解されるべきである。ただし、この方法では、基板表面上への前記物体の適用後、（おそらく、基板上またはその上方の表面エネルギーの不均一分布に起因して）、この場合には外側に誘導されずに物体の最終的位置決めが行われるものとする。
この場合、以上ですでに説明したように、電気部品、電子部品、またはマイクロメカニクス部品とは、工業製品で使用できかつ技術機能を実行できるが他の構造体と連携させたときのみ技術的に使用可能となる、特に小型の構成要素（building block）を意味すると理解されるべきである。本発明の趣旨の範囲内の部品の目標位置とは、部品の付着領域の形状に実質的に対応しかつサイズが類似し（すなわち、デバイスの付着領域の０．８〜３．０倍だけサイズに関してずれがある）かつ組立てプロセス後に部品が位置するように意図された基板の部分表面を意味すると理解されるべきである。
接着性組成物とは、本発明では、表面接着および内部強度（凝集力）により基板と部品とを接合できる実質的に非金属系の物質組成物を意味すると理解されるべきである。さらに好ましくは、接着性組成物は硬化性である。すなわち、当業者にそれ自体公知である好適な手段により架橋して、基板上に部品を固定する剛性配合物を生成できる。
撥接着性組成物は、接着性組成物に対して自然混和性でなく、これに接触させると基板と接着性組成物との間の接触角（濡れ角）の増加を引き起こす。そのような撥接着性組成物は、「非接着性コーティング配合物」とも呼ばれる。本発明に従って使用される撥接着性組成物は、放射線硬化性非接着性コーティング配合物、すなわち、電磁線特にＵＶ光または電子ビームにより硬化可能である架橋性または重合性の基を有する非接着性コーティング配合物である。したがって、撥接着性組成物は、少なくとも組成物の部分硬化が達成されるまで、基板に適用された組成物に電磁線特にＵＶ光または電子ビームを照射することにより、硬化される。
本発明に係る方法では、接着性組成物および撥接着性組成物は、撥接着性組成物が、その硬化後、２つの組成物の適用後に接着性組成物を取り囲みかつそれに隣接するように、すなわち、硬化した撥接着性組成物が、基板上に位置する接着性組成物を取り囲み、接着性組成物と硬化した撥接着性組成物との相境界が、基板と接着性組成物との間の接触角が形成された実質的にすべての箇所に存在する状態になるように、基板に適用される。
この場合、本発明は、冒頭に提示した問題を解決するだけでなく、さらには、非常に単純な形で実施可能であり、印刷法を利用して十分に実現可能であり、かつさらに電気製品および電子製品を製造するための自動化法、特にロール・ツー・ロール法に単純な形で組込み可能であるという利点をも有する。この場合、それはさらに、有利なことに、可撓性基板の使用を可能にする。さらなる利点は、接着剤の好適な選択を行えば、部品が接着剤中に浮遊し（単にその上に浮遊性だけではない）、したがって、組立て後、部品が基板に対して平面状に存在し、したがって、その結果、とりわけ単純な形で接点接続が可能であることである。さらに、先行技術に係る方法を用いたときと比較して、不良率が低く、有利である。このことは、基板上への部品の組立てを実現して冒頭に記載の製品を得るために、平均してより少ない組立てプロセスまたはより少ない組立て部品数で済むことを意味する。最後に、先行技術に記載の方法とは対照的に、本方法はまた、空気中で行うことも可能である。
驚くべきことに、正確に標的化されるように位置決めされていない接着剤液滴は、部品の目標位置を構成する基板の部分表面に少なくとも部分的に突き当たりさえすれば、自発的に、すなわち、外的影響力を加えることなく、目標位置中に移動することが観測された。そのような高精度で接着剤を位置決めする必要がないので、この作用を適用に使用してより高速度で装置を操作することが可能である。
本発明に係る方法は、好ましくは、最初に、基板を提供し、その後、撥接着性組成物を適用しかつ硬化させ、次に、接着性組成物を適用し、最後に、少なくとも１つ部品を適用する。すなわち、個々の方法工程の時間的順序は、好ましくは、ａ）→ｂ）→ｃ）→ｄ）である。
特に良好な自己組立てを可能にするために、少なくとも１つの部品は、好ましくは、その底面領域の少なくとも一部分がすでにその目標位置上に位置するように、ｂ）またはｃ）に従ってコーティングされた部分表面に適用される。この目的に合った対応方法は、公知である。工程ｄ）での少なくとも１つの部品の適用は、好ましくは、ｉ）複数の電子部品を有する供給物を電子部品の送出箇所に提供することと、ｉｉ）部品の目標位置を構成しかつ撥接着性組成物および接着性組成物でコーティングされた基板の部分を送出箇所に対して少なくとも近傍内に移動することと、ｉｉｉ）部品の目標位置を構成する基板の部分表面が送出箇所の近傍に位置する間に、遊離相（free phase）後に電子デバイスが接着性組成物を備えた基板の部分表面に少なくとも部分的に接触するように、送出箇所から電子デバイスの１つを非接触で送出することと、ｉｖ）電子デバイスが目標位置上に配向している間に、この時点では部品を備えた基板の部分表面を下流の加工箇所に移動することと、により行うことが可能である。
特に有利には、自己組立て方法は、弾性または塑性変形可能な材料で構成された基板および電気伝導性パターン化を用いて行うことが可能であり、パターン化は、部品の目標位置に延在するように形成された少なくとも１つのパス（path）を有し、かつ以下の工程、すなわち、ｉ）パスの部分を含むフラップを形成する目的で部品の目標位置の周りおよびパターン化のパスの部分の周りの基板の領域内に穿孔箇所または脆弱箇所を設ける工程と、ｉｉ）基板からフラップを持ち上げる工程と、ｉｉｉ）フラップを折り重ねて、ｉｖ）フラップ上に位置する部品が、前記部品の端子接点の少なくとも１つを利用してパターン化のパスの少なくとも一部分に接触するようにする工程と、が行われる。この方法に従って自己組立てされた部品は、フラップを折り重ねることにより形成されたポケット内に内蔵されるので特に保護され、その結果、特に耐久性および安定性のある電気製品および電子製品ならびに中間製品が得られる。
好ましくは、放射線硬化性非接着性コーティング配合物は、放射線硬化性シリコーン樹脂（すなわち、放射線硬化性側鎖を有し、所望によりポリエステルまたはポリアクリレートと共縮合された、遊離ＯＨ基を含むまたは含まない、ポリアルキル−、ポリアリール−、および／またはポリアリールアルキル−シロキサンポリマーを実質的に含む組成物）ならびにポリフッ素化アルキル（メタ）アクリレート系またはポリフルオロオキシアルキレン（メタ）アクリレート系の放射線硬化性樹脂を含む群から選択されるコーティング配合物である。
好ましく使用可能なポリフッ素化アルキル（メタ）アクリレート系またはポリフルオロオキシアルキレン（メタ）アクリレート系の放射線硬化性樹脂は、５５〜７５重量％のポリエチレン性不飽和架橋剤と、２０〜４０重量％の少なくとも１種の脂肪族アクリル酸エステルと、１〜２０重量％の少なくとも１種の架橋性ポリフッ素化アルキル（メタ）アクリレートまたはポリフルオロオキシアルキレン（メタ）アクリレートと、を含む架橋性コーティング組成物を含む。
さらに、驚くべきことに、接着性組成物の接触角の特に顕著な増加ひいては目標位置での部品の良好な自己組立てをもたらす特に精密な相境界は、放射線硬化性シリコーン樹脂を用いて得ることができることが確証された。熱硬化性シリコーン樹脂を用いた場合では、特に、満足のいく自己組立ては達成できない。放射線硬化性シリコーン樹脂はまた、ポリフッ素化アルキル（メタ）アクリレート系またはポリフルオロオキシアルキレン（メタ）アクリレート系の放射線硬化性樹脂よりも好ましい。
放射線硬化性非接着性コーティング配合物、具体的には、放射線硬化性シリコーン樹脂は、好ましくは、（メタ）アクリレート基、エポキシド基、ビニルエーテル基、またはビニルオキシ基であるまたはそれらを含有する放射線硬化性側鎖を有する。特に良好な結果は、放射線硬化性非接着性コーティング配合物がアクリレート基を含む場合に得ることができる。
特に良好な結果は、放射線硬化性非接着性コーティング配合物、具体的には、放射線硬化性シリコーン樹脂が１００〜１５００ｍＰａ・ｓ、特に好ましくは４５０〜７５０ｍＰａ・ｓの粘度（ＤＩＮ１３４２により定義された粘度、ＤＩＮ５３０１９に準拠して２５℃で測定）を有する場合に得ることができる。使用可能な放射線硬化性シリコーン樹脂の例は、たとえば、TEGO（登録商標）RC 706、RC 708、RC 709、RC 711、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、およびRC 1422という商品名で入手可能なEvonik Goldschmidt GmbH製のシリコーン樹脂である。Evonik Goldschmidt GmbH製のシリコーン樹脂TEGO（登録商標）XP 8019およびTEGO（登録商標）XP 8020は、特に好適である。
硬化を改良するために、光開始剤、すなわち、たとえば電磁線の作用下で反応性成分に分解する物質を、撥接着性組成物、具体的には、放射線硬化性シリコーン樹脂にさらに添加することが可能である。この場合、フリーラジカル光開始剤は、光の影響下でフリーラジカルに分解する。対応する光開始剤は、主に、ベンゾフェノンの化学物質クラスに由来し得るものであり、Irgacure（登録商標）651、Irgacure（登録商標）127、Irgacure（登録商標）907、Irgacure（登録商標）369、Irgacure（登録商標）784、Irgacure（登録商標）819、Darocure（登録商標）１１７３（すべてCiba製）、Genocure（登録商標）LTM、Genocure（登録商標）DMHA、またはGenocure（登録商標）MBF（Rahn製）という商品名で入手可能である。Evonik Goldschmidt GmbHからTEGO（登録商標）A17およびTEGO（登録商標）A18という商品名で入手可能な芳香族ケトンは、光開始剤として好ましく使用される。カチオン性光開始剤は、光の作用下で強酸を生成し、主に、スルホニウム化合物またはヨードニウム化合物、具体的には、芳香族スルホニウム化合物または芳香族ヨードニウム化合物の物質クラスに由来し得るものであり、たとえば、Irgacure（登録商標）250（Ciba製）という名称で入手可能である。Evonik Goldschmidt GmbHからTEGO（登録商標）PC 1466という商品名で入手可能なカチオン性光開始剤は、好ましく使用される。
放射線硬化性シリコーン樹脂の量に対する撥接着性組成物中の少なくとも１種の光開始剤の割合は、この場合、好ましくは０．１〜１５重量％、好ましくは２〜４重量％である。
本発明に従って使用される接着性組成物は、原理的には、電気部品、電子部品、またはマイクロメカニクス部品を基板表面上の永久固定可能な任意の接着性組成物であり得る。好ましく使用可能な接着性組成物は、硬化可能なエポキシ接着剤、ポリウレタン接着剤、メタクリレート接着剤、シアノアクリレート接着剤、またはアクリレート接着剤である。この場合、エポキシ接着剤は、数秒間で熱硬化可能であるので特に有利である。さらに、アクリレート接着剤は、電磁波照射により開始される形で非常に迅速に硬化可能であるので特に有利である。
対応する組成物は、DELO Industrie Klebstoffe（Windach）からMonopox（登録商標）AD VE 18507（エポキシ接着剤）または3MからRiteLok（登録商標）UV011（アクリレート接着剤）という商品名で入手可能である。
この場合、接着剤の利用粘度はできるかぎり低いほうが望ましい。なぜなら、そうすれば、接着剤は、できるかぎり速く加工可能であり、自己組立ては、特に良好に機能するからである。この場合、１０〜２００ｍＰａ・ｓ（ＤＩＮ５３０１９に準拠して２５℃で測定）の粘度が好ましい。
接着性組成物は、硬化された接着剤の電気伝導率を増大させるために、具体的には、等方性伝導率または異方性伝導率を得るために、添加剤を追加的に含有し得る。これらの接着剤は、好ましくは、金属粒子（具体的には、フレーク、ビーズ、またはプレートレット）、金属ナノワイヤー、金属化ガラスで構成された粒子、金属化ポリマービーズ、または伝導性有機ポリマー（具体的には、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、ポリアニリン、およびカーボンナノワイヤー、特に、グラファイト系またはグラフェン系のもの）である。それにより、部品はまた、機械的固定以外に電気的接点接続が可能である。
等方性伝導率を得るために、硬化された接着剤の電気伝導率を増大させる添加剤の割合は、パーコレーション限界を超える系が得られることを条件として、この場合、好ましくは、接着性組成物の質量を基準にして２５〜８５重量％である。当業者が系のパーコレーション限界をどのように決定し得るかに関する対応手段は、当該先行技術の一部をなす。
異方性伝導率を得るために、添加剤の割合は、系のパーコレーション限界未満の系が得られることを条件として、接着性組成物の質量を基準にして５〜２０重量％である。具体的には、対応する微粒状粒子を添加することにより、部品を固定したときに異方性伝導率を生じるように系を装備することが可能である。それにより、部品はまた、２つの空間に離れた接点間に短絡を生じることなく、機械的固定以外に電気的接点接続が可能である。
本発明に従って使用可能な基板は、原理的には、任意の基板であり得る。好ましい基板は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）で構成されたフィルムまたはラミネートおよびこれらのポリマーに基づく構造強化複合材料である。
好ましく使用可能な市販の基板の例は、以下のとおりである。
特に好ましくは、本方法で使用される基板は、ＰＥＴフィルムである。
特に良好な結果を得るために使用される接着剤およびシリコーン樹脂の量は、適用される部品の幾何形状ひいては目標位置のサイズにも大きく依存する。言うまでもないが、フレーム自体も、さまざまな幅で印刷可能であるので、印刷されるシリコーンの量は、同一の目標位置部分表面に対してさまざまであり得る。部品の目標位置を構成しない基板の部分表面の幾何形状は、部品の目標位置を構成する基板の部分表面の幾何形状と同じように、必ずしも正方形である必要はなく、適用される部品の底面領域にも依存し得る。具体的には、両方の領域に対して、矩形、六線星形様、または丸形の幾何形状も考えられる。
特に良好な結果は、部品の目標位置を構成しない基板の部分表面と部品の目標位置を構成する基板の部分表面との面積比が５〜１０（μｍ２単位の２つの面積の商を利用して決定可能）、好ましくは７〜９の値になる場合に得ることができる。対応するサイズ比では、６４０μｍの辺の長さを有する正方形の底面領域の形状の目標位置を仮定すれば、典型的には、１〜２ｎｌの量のシリコーン樹脂および５〜５０ｎｌの量の接着剤が必要とされる。
さらに、部品の目標位置を構成する基板の部分表面と、部品の付着領域、すなわち、組立て後に基板の方向に配向される領域との面積比（μｍ２単位の２つの面積の商を利用して決定可能）は、（μｍ２単位の２つの面積の商を利用して決定可能）好ましくは０．９〜２．０、好ましくは１．３〜１．６、特に好ましくは１．４〜１．５の値である。
さらに、本発明のさらなる利点は、本発明に係る方法では基板のコロナ処理を行う必要がないことである。なぜなら、それにもかかわらず、シリコーンの接着が十分であるからである。
本発明はさらに、本方法に従って製造可能な組み立てられた電気製品または電子製品に関する。具体的には、本発明は、本方法により製造可能な組み立てられたＲＦＩＤストラップまたは本発明に係る方法に従って基板上に組み立てられたＲＦＩＤチップを有する組み立てられたＲＦＩＤラベルに関する。
以下の実施例は、より詳細に本発明の保護対象を明らかにするように意図されたものであり、例示的な実施形態に限定されるものではない。
実施例１：
タイプEF 410の印刷装置（MPS製）ならびにスリーブ、スリーブアダプター、および空気シリンダー（COE製）を用いて、ＰＥＴフィルム（Mylar ADS、Dupon Teijin）上の３％の光開始剤A17（Evonik Industries製）を有する２５℃で測定された５９０ｍＰａ・ｓの粘度を有するアクリレート変性放射線硬化性シリコーン樹脂（Evonik Industries製のTEG（登録商標）XP 8019）を基板上に印刷し、いずれの各場合もシリコーン樹脂配合物が印刷されていない６４０μｍの辺の長さを有する自由内側正方形の周りに３００μｍのフレーム幅を有する複数のシリコーン樹脂フレームを作製した。その後、同一の印刷装置内で、紫外線照射で不活性とするランプ（窒素を供給することにより酸素含有率を５０ｐｐｍに低減させた）を用いてシリコーン樹脂を硬化させた。シリコーン樹脂層の層厚さは、１ｇ／ｍ２の適用重量に対応する１μｍであった。続いて、次に、１７ｎｌの体積を有するDELO Industrie Klebstoffe製の接着剤Monopox（登録商標）AD VE 18507の液滴をいずれの各場合もシリコーンフレーム上または内側正方形上のさまざまな位置、具体的には、内側正方形近傍のシリコーンフレーム上の位置に適用した。この際、次に、接着剤は、接着剤液滴のごく一部が内側正方形に接触しないかぎり、内側正方形の中心に移動することが観測された（図１参照；「＋」＝目標位置への液滴の移動、「ｏ」＝目標位置への液滴の移動なし）。接着剤液滴は、目標位置の周りの１３００×１３００μｍ２の領域上に計量供給した場合、目標位置の適正な箇所（数μｍ（＜１０μｍ）まで正確に規定される）に移動することが観測された。これは、シリコーン樹脂による接着剤の適用が高速で堆積可能であり、それにもかかわらず、接着剤が所望の形状で適正な箇所に正確に着座するという利点を有する（図２参照）。
約４４０μｍの辺の長さ、約１５０μｍの高さ、および約６７μｇの重量を有する正方形NXP Ucode G2XM SL31CS 1002部品を、正方形底面を有するこれらの接着剤堆積物中に導入した。自己組立て作用の結果として、適正な位置に降着しなかったチップは目標領域の中心に牽引され、回転は自律的に補正された（図３および４を参照されたい；そこでは、うまく行われた配向は、黒四角で表され、うまく行われなかった配向は、白三角で表される）。
異なる降着位置の評価から、チップは、目標位置から３００μｍの距離（中心−中心）を超えないかぎり、確実に目標位置の中心に牽引されることが判明した。回転は、４５°（すなわち、正方形チップの配向の定義上の上限）まで補償された。
配向は、目標位置からの距離に依存して、１０秒間未満で行われ、一方、基板は、静止状態にあった。静止状態にない装置では、可動装置の振動によりプロセスが加速されるので、配向はより高速に行われるであろう。
実施例２：
構造体の適用にReproflex製の印刷プレートを使用したこと以外は実施例１の場合と同様の実験。
実施例３：
撥接着性コーティング配合物としてカチオン架橋性シリコーン樹脂配合物（TEGO（登録商標）XP 8020）を使用したこと以外は実施例１の場合と同様の実験。
実施例４：
撥接着性コーティング配合物としてカチオン架橋性シリコーン樹脂配合物（TEGO（登録商標）XP 8020）を使用したこと以外は実施例２の場合と同様の実験。
実施例５：
４００μｍの幅を有するシリコーン樹脂フレームが追加的に印刷される実施例１と同様の実験。
実施例６：
DELO Industrie Klebstoffe製の接着剤Monopox AD VE 18507の代わりに3M製の接着剤RiteLok UV011を使用したこと以外は実施例１の場合と同様の実験。この場合も、チップはそれ自体で配向したが、Monopox AD VE 18507と比較してより遅い配向速度が観測された。その代わり、ＵＶ光によりすぐに接着剤を硬化させることが可能である。
実施例７：
3M製の接着剤RiteLok UV011と共にカチオン硬化性シリコーン樹脂配合物を使用したこと以外は実施例６の場合と同様の実験。この組合せの場合も同様に、接着剤およびチップの配向は機能する。
実施例８：
よく見えるように赤色着色シリコーン樹脂配合物（TEGO（登録商標）XP 8014）を使用したこと以外は実施例１の場合と同様の実験。それは配向に悪影響を及ぼさない。
実施例９：
シリコーン樹脂配合物で被覆されないさまざまな内側正方形を印刷したこと以外は実施例１と同様の実験。チップサイズと内側正方形との比を０．９〜２にすると、配向は特に確実に行われる。中心間距離および回転の補償に関して最も高い信頼性は、１．４５の比で観測された。
実施例１０：
異なる適用重量のシリコーン樹脂配合物を適用したこと以外は実施例１と同様の実験。DELO Industrie Klebstoffe製のMonopox（登録商標）AD VE 18507の接着剤液滴を導入することによる後続の試験の際に、シリコーン樹脂配合物を密閉（closed)層中に適用した場合に配向挙動の信頼性が幾分よくなることが観測された。実験時、約１ｇ／ｍ２の単位面積重量（Oxford Instruments製のtwin-X Ｘ線蛍光測定装置を用いて測定）から始めて密閉構造を同定した（M-Service製の同軸顕微鏡（CV STミニタイプ）を介して観測）。
実施例１１：
異なる強度のコロナ前処理を使用したこと以外は実施例１と同様の実験。放射線硬化性コーティング配合物は、前処理されていない基板上でさえも良好な接着性を示すことが確証されたので、この工程は省略可能である。それに加えて、コロナ前処理されていない基板は、全過程を通じてより安定な性質を示すことが観測されたので、より良好な貯蔵寿命を有する。
実施例１２：
より大きいチップ（２ｍｍの辺の長さまで）を使用したこと以外は実施例１と同様の実験。より大きいチップを用いたときでさえも、特に撥接着性コーティング配合物のフレームサイズをチップのサイズに適合化させれば、確実に配向が可能である。実施例９に挙げたように内側正方形とチップサイズとの比を約１．４５にしたところ、この場合も最良の結果が得られた。
実施例１３：
いくつかの箇所でフレームを中断したこと以外は実施例１と同様の実験。この中断は、たとえば、印刷プロセスを利用してチップを導体トラックに接続するために使用可能である（たとえば、センサーまたは不正加工検査に関して）。中断は、自由状態のままのフレームの部分が内側正方形に対して大きくなりすぎないかぎり、配向挙動を妨害しない。最大許容中断は、接着剤の表面エネルギーに依存する。DELO Industrie Klebstoffe製のMonopox（登録商標）AD VE 18507を用いた場合、中断が内側正方形の辺の長さの１／１０未満であるかぎり、配向挙動に及ぼす悪影響は観測されなかった。しかしながら、図１に示される接着剤の捕獲半径の図は、中断により影響を受ける。中断の近傍に降着した液滴は、より不十分に配向する傾向がある。

Claims (14)

  1. ａ）基板を提供する工程と、
    ｂ）部品の目標位置を構成しない前記基板の少なくとも１つの部分表面に撥接着性組成物を適用する工程およびそれに続く硬化工程と、
    ｃ）前記部品の目標位置を構成する前記基板の少なくとも１つの部分表面に接着性組成物を適用する工程であって、前記撥接着性組成物をそれぞれ備えた前記基板の部分表面は、前記接着性組成物を備えた前記基板の部分表面を取り囲みかつそれに隣接させる工程と、
    ｄ）ｂ）またはｃ）に従ってコーティングされた部分表面に少なくとも１つの部品を適用する工程と、
    を含む、基板上への少なくとも１つの電気部品、電子部品、またはマイクロメカニクス部品の自己組立て方法であって、
    前記撥接着性組成物が、放射線硬化性非接着性コーティング配合物であることを特徴とする、方法。
  2. 前記個々の方法工程の時間的順序が、ａ）→ｂ）→ｃ）→ｄ）であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 工程ｄ）での少なくとも１つの部品の適用が、
    ｉ）複数の電子部品を有する供給物を前記電子部品の送出箇所に提供することと、
    ｉｉ）前記部品の目標位置を構成しかつ前記撥接着性組成物および前記接着性組成物でコーティングされた前記基板の部分を前記送出箇所に対して少なくとも近傍に移動することと、
    ｉｉｉ）前記部品の目標位置を構成する前記基板の部分表面が前記送出箇所の近傍に位置する間に、遊離相後に電子デバイスが前記接着剤組成物を備えた前記基板の部分表面に少なくとも部分的に接触するように前記送出箇所から前記電子デバイスの１つを非接触で送出することと、
    ｉｖ）前記電子デバイスが前記目標位置上に配向している間に、この時点で前記部品を備えた前記基板の部分表面を下流の加工箇所に移動することと、
    により行われることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記基板が、弾性または塑性変形可能な材料から形成され、かつ前記部品の目標位置に延在するように形成された少なくとも１つのパスを有する電気伝導性パターン化を備え、以下の工程：
    ｉ）前記パスの部分を含むフラップを形成する目的で、前記部品の目標位置の周りおよび前記パターン化のパスの部分の周りの前記基板の領域内に穿孔箇所または脆弱箇所を設ける工程と、
    ｉｉ）前記基板から前記フラップを持ち上げる工程と、
    ｉｉｉ）前記フラップを折り重ねて、
    ｉｖ）前記フラップ上に位置する部品が、前記部品の端子接点の少なくとも１つを用いて前記パターン化のパスの少なくとも一部分に接触させる工程と、
    が行われることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
  5. 前記放射線硬化性非接着性コーティング配合物が、放射線硬化性シリコーン樹脂およびポリフッ素化アルキル（メタ）アクリレート系またはポリフルオロオキシアルキレン（メタ）アクリレート系の放射線硬化性樹脂を含む群から選択されるコーティング配合物であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 前記放射線硬化性非接着性コーティング配合物が、（メタ）アクリレート基、エポキシド基、ビニルエーテル基、またはビニルオキシ基であるまたはそれらを含有する放射線硬化性側鎖を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 前記放射線硬化性非接着性コーティング配合物が、ＤＩＮ５３０１９に準拠して２５℃で測定される１００〜１５００ｍＰａ・ｓの粘度を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
  8. 前記接着性組成物が、エポキシ、ポリウレタン、メタクリレート、シアノアクリレート、またはアクリレート接着性組成物であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
  9. 前記接着性組成物の粘度が、ＤＩＮ５３０１９に準拠して２５℃で測定される１０〜２００ｍＰａ・ｓであることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
  10. 前記接着性組成物が、金属粒子、金属ナノワイヤー、金属化ガラスで構成された粒子、金属化ポリマービーズ、および伝導性有機ポリマーを含む群から選択される添加剤を有することを特徴とする、請求項８または９に記載の方法。
  11. 前記基板が、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、もしくはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）で構成されたフィルムもしくはラミネートまたは前記ポリマーの少なくとも１種に基づく構造強化複合材料であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
  12. 前記部品の目標位置を構成しない前記基板の部分表面と前記部品の目標位置を構成する前記基板の部分表面との面積比が５〜１０の値になることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
  13. 前記部品の目標位置を構成する前記基板の部分表面と前記部品の付着領域との面積比が０．９〜２．０の値になることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
  14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法に従って基板上に組み立てられた部品を有することを特徴とする、電気製品または電子製品。
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