WO1998039230A1 - Verfahren zur herstellung und magazinierung von mikrobauteilen, magazin und montageverfahren für mikrobauteile - Google Patents

Verfahren zur herstellung und magazinierung von mikrobauteilen, magazin und montageverfahren für mikrobauteile Download PDF

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WO1998039230A1
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Heinz Lehr
Lutz Weber
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INSTITUT FüR MIKROTECHNIK MAINZ GMBH
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    • B29C39/00—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor
    • B29C39/02—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor for making articles of definite length, i.e. discrete articles
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
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    • Y10T29/00—Metal working
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    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/4998—Combined manufacture including applying or shaping of fluent material

Definitions

  • the invention relates to a method for producing and magazining microcomponents as well as a magazine for at least one microcomponent and an assembly method for microcomponents.
  • the usual procedure for magazining microcomponents so far is to deliver the components on carrier and transport devices in such a way that they can be picked up by the carrier for the assembly process by means of special gripping tools.
  • these are at a defined distance e.g. attached to one-sided adhesive tapes (bluetape) or fixed in a so-called gel pack by a gel (F&M (precision engineering, microtechnology, microelectronics) 105, (1997), 43-45).
  • Other methods consist of positioning the micro-components in checkerboard-like recesses in rectangular trays or in modular magazines in a position that is within reach and within reach (41st international scientific colloquium of the TU Ilmenau, 09/25/96).
  • the arrangement scheme allows a defined gripping or removal of these parts from the carrier.
  • a disadvantage of this method is that the ordering scheme of the manufacturing process is often not used for the relative positioning and ordering of the parts, but instead the microcomponents are first delivered as bulk goods and then time-consuming are placed on the above-mentioned means of transport in a positionally and gripping manner. This is after the Manufacturing process requires an intermediate step for magazining, the complexity of which is considerable and can be compared to the later micro-assembly step in terms of effort.
  • the object of the invention is. to provide a method and a magazine with which the handling of microcomponents is simplified.
  • the magazine is the subject of claim 14 and the assembly method is the subject of claim 22.
  • the first step of the method according to the invention relates to the shaping of one or more microcomponents, the simultaneous production of a group of microcomponents on the surface of a component base plate being preferred.
  • the micro component or the micro components and the component base plate can be produced separately.
  • the simultaneous production of the microcomponents and the component base plate is preferred because this saves a manufacturing process and the positioning of the microcomponent on the component base plate is already fixed during the production process, so that a positioning process is also saved.
  • component base plate and micro-component Another advantage of the joint production of component base plate and micro-component is that, for example, larger quantities of material (so-called shot weight) can be used in injection molding.
  • shot weight the spray nozzle can also be connected to the component base plate, which is advantageous with regard to the dimensioning of the spray nozzle because no adaptation to the much smaller microcomponents is required.
  • microcomponents and the component base plate can be produced by machining processes, a spark erosion process, an etching process or a laser ablation process.
  • Plastic, ceramic or metal as well as silicon and glass are suitable as materials for the microcomponents and / or the component base plate.
  • the component base plate is preferably produced with an outer contour that matches the outer contour of the magazine.
  • the outer contour advantageously corresponds to the outer contour of a compact disc or a 5 Inch silicon wafer, because this means that conventional gripping devices known from chip production can be used. Special gripping systems that are adapted to the shape of the microcomponents are therefore unnecessary.
  • a solidifying molding material preferably plastic, paraffin or wax, is used for the second process step, which relates to the pouring in of the microcomponent.
  • the pouring is preferably an injection molding or vacuum molding process.
  • the casting can be carried out in such a way that only the lateral surfaces of the micro-component located on the component base plate are cast in, so that the micro-component remains accessible from the front.
  • the component base plate at least partially, is cast in, so that the micro component or the micro components is or are surrounded on all sides by the component base plate and the molding material.
  • the actual magazining of the microcomponent takes place in the third process step.
  • the component base plate and / or the molding material covering the microcomponent are removed. This can be done by grinding, lapping, milling or polishing. Both the component base plate and the overlapping molding material are preferably removed, so that two opposite sides of the microcomponent are exposed. The remaining surfaces of the micro component are embedded in the molding material in a form-fitting manner. The result is a disk-shaped plate that includes one or more micro-components laterally in a form-fitting manner, which remain accessible on the front side.
  • Transport is maintained and the parts can later be used for assembly in an orderly manner that due to an adapted outer shape of the disc, such as one
  • the coating can also be carried out more cheaply because several microcomponents can be subjected to the coating process at the same time.
  • the coating can be carried out by means of a PVD or a CVD method. A plasma treatment or an immersion process can also be used.
  • a wear-resistant layer is preferably applied, which is particularly useful in the manufacture of gear wheels.
  • the wear-resistant layer can be removed in the surface area to be machined during the third process step or the third process step is controlled so that the wear-resistant layer is completely retained. In any case, the wear-resistant layer is left in the embedded areas of the micro component.
  • the magazine is characterized by a disk-shaped plate, which encloses the micro-component element in a form-fitting manner at least on its lateral surfaces.
  • the microcomponent or the microcomponents are / are preferably such arranged in the magazine that the axis of symmetry of the micro component is perpendicular to the plate plane. This ensures that the microcomponent can be removed from the magazine without any problems. If the micro-component has no axis of symmetry, the arrangement in the magazine must be selected so that the micro-component can be pushed out, ie the components must not taper in the direction of being pushed out and must not have an undercut.
  • the magazine is preferably round, the outer contour preferably corresponding to the outer contour of a compact disc or a 5-inch silicon wafer, so that known handling devices can be used. It is advantageous if the dimensions of the magazine correspond to the applicable standards, to which appropriate assembly and
  • Positioning technologies exist. This also includes stops for aligning the magazine (so-called Fiats) or holes, such as on a CD.
  • the magazine preferably consists of PMMA. In order to increase the stability, additional stabilizing elements can be embedded in the magazine material that corresponds to the molding material.
  • a magazine which is designed as a disk-shaped plate and comprises at least one micro component laterally in a form-fitting manner, is gripped and held by a magazine holder.
  • the micro component to be assembled is then pushed out of the magazine and at the same time positioned in its intended location.
  • the disk-shaped magazine is preferably positioned such that the microcomponent to be assembled is located directly above or below its assembly location.
  • the magazine is preferably held by the magazine holder by negative pressure.
  • the microcomponent can be pressed out of the magazine in a simple manner by means of a stamp. A large number of microcomponents can be handled simultaneously by this procedure.
  • micro-grippers for small and thus particularly sensitive components to pick up the components from the magazine and to position them at the installation site.
  • existing camera systems can be used for position control during micro assembly if an optically transparent material is selected as the magazine's molding material.
  • This molding material can preferably be blown out.
  • Figure 1 is a perspective view of a micro gear
  • FIG. 2a shows a plan view of a plurality of microgears on a common component base plate
  • FIG. 2b shows a section along the line II-II of that shown in FIG. 2a
  • FIG. 3 shows a section through a mold with an inserted
  • Micro gears Figure 5a.5b two assembly steps using a magazine Figure 6 a graduated micro gear in perspective and
  • FIG. 1 shows a micro component 18 in the form of a micro gear 1 with its central bore Id. Its upper end face la and the outer surface lc, which has several teeth le. The lower end face of the micro gear 1 has the reference symbol Ib.
  • FIG. 2a shows the top view of a common component base plate 2, which has a round shape.
  • Four of the micro toothed wheels 1 shown in FIG. 1 are arranged on the upper side 2a of the component base plate.
  • FIG. 2b shows a section through the arrangement shown in FIG. 2a along the line II-II.
  • the micro gear 1 on the left in the illustration is additionally provided with a coating 15 which extends over all exposed surfaces of the micro gear 1.
  • the coating 15 covers not only the lateral surfaces, that is to say the teeth le and the intermediate spaces between them, but also the upper end face la and the surfaces formed by the central bore ld.
  • the component base plate 2 and the micro gears 1 can be made of the same material and simultaneously. However, there is also the possibility of producing the component base plate 2 and the micro toothed wheels 1 separately and then arranging them on the component base plate.
  • Typical processes for the production are molding processes, such as injection molding. Reaction casting. Hot stamping or electroforming, but also processes for direct structuring such as milling. Spark erosion or laser ablation.
  • Typical dimensions of a micro gear 1 are in the range from 0.2 mm to 1 mm for diameter and height.
  • the component base plate 2 with the micro-gears 1 thereon according to FIG. 3 is inserted into a casting holder 3, which essentially has the shape of a trough.
  • the molding is done by means of a molding material 4, which is preferably a plastic.
  • a molding material 4 which is preferably a plastic.
  • so much molding material is poured into the casting holder 3 that the exposed surface of the component base plate 2 and the micro gearwheels 1 are completely embedded in the molding material.
  • the upper end faces la of the micro gears 1 are completely covered by the molding material 4.
  • the projection U is in the illustration shown here in the order of magnitude of the thickness of the gear wheels 1.
  • the overhang U and the component base plate 2 are then removed by appropriate machining, preferably machining, so that the upper side and the lower end face 1b of the micro toothed wheels 1 are exposed. This is shown in top view in FIG. 4a and in cross section in FIG. 4b.
  • the result is a disc-shaped plate 5a.
  • Figures 5a and 5b show an embodiment for the assembly of a micro gear 1.
  • the molding material in the area of the center hole ld of the micro gear 1 removed (see FIG. 5a). This is done by placing the magazine 5 on a perforated plate 11 in such a way that the area of the center hole 1d of the micro gear 1 is located directly above a hole 12 in the perforated plate 11. Subsequently, the in the region of the center bore of the microgear 1 ld molding material located by means of * perpendicular to the surface la of the microgear directed compressed air 13 through the holes 12 of the perforated plate 11 is blown out.
  • FIG. 5 b shows the mounting of a micro gear 1 pretreated in this way on a shaft 6, which is located in a corresponding shaft holder 7.
  • the magazine is located on a magazine holder 8, where it is preferably held in place via suction channels 10 by means of negative pressure.
  • a movable punch 9 is located in the magazine holder 8 above the gear 1. After positioning the micro gear 1 above the shaft 6, the annular punch 9 is moved downward and the micro gear 1 is pressed onto the shaft 6.
  • FIG. 6 shows the basic structure of a micro component 18 in the form of a stepped micro gearwheel 14 with its central bore 14c and the gearwheel mares 14a and 14b. These gear stages have a different contour and different diameters.
  • FIGS. 7a and 7b show the magazine 5 for such stepped gears 14 in plan view and in section.
  • the production of the magazine 5 corresponds to the production method explained above. The same applies to the assembly of the gear.
  • This stepped gear 14 is arranged in the magazine 5 such that the axis of symmetry 16 is perpendicular to the disc surface 17 of the magazine 5.
  • the direction in which the two-stage or multi-stage gear 14 can be pressed out of the magazine is predetermined on the basis of the structure. In the illustration 7b shown here, the gearwheels 14 can be removed downward from the magazine.

Landscapes

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  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Packages (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Um die Handhabung von Mikrobauteilen (1, 18) zu vereinfachen, wird ein Verfahren beschrieben, bei dem zunächst mindestens ein Mikrobauteil (1, 18) auf einer Bauteilgrundplatte (2) hergestellt wird. Anschliessend erfolgt das Eingiessen mindestens der freiliegenden seitlichen Flächen des Mikrobauteils (1, 18) mittels eines sich verfestigenden Formstoffs (4) und danach wird die Bauteilgrundplatte (2) und/oder der das Mikrobauteil (1, 18) überdeckende Formstoff (4) entfernt. Das Magazin (5) für mindestens ein Mikrobauteil (1, 18) umfasst eine scheibenförmige Platte (5a), die das Mikrobauteil (1, 18) mindestens an seinen seitlichen Flächen (1c) formschlüssig umfasst. Das Montageverfahren für Mikrobauteile (1, 18) sieht vor, dass ein Magazin (5), das als scheibenförmige Platte (5a) ausgebildet ist und mindestens ein Mikrobauteil (1, 18) seitlich formschlüssig umfasst, von einer Magazinhalterung (8) erfasst und gehalten wird, woraufhin das zu montierend Mikrobauteil (1, 18) aus dem Magazin (5) herausgedrückt und gleichzeitig an seinem bestimmungsgemässen Ort positioniert wird.

Description

Verfahren zur Herstellung und Magazinierung von
Mikrobauteilen. Magazin und Montageverfahren für
Mikrobauteile
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und Magazinierung von Mikrobauteilen sowie ein Magazin für mindestens ein Mikrobauteil und ein Montageverfahren für Mikrobauteile.
Die bisher übliche Vorgehensweise zur Magazinierung von Mikrobauteilen besteht darin, die Komponenten auf Träger- und Transportvorrichtungen so anzuliefern, daß sie für den Montagevorgang mittels spezieller Greifwerkzeuge von dem Träger aufgenommen werden können. Je nach Bauform der Einzelkomponenten sind diese in definiertem Abstand z.B. auf einseitig klebefähigen Bändern (Bluetape) angebracht oder in sogenannten Gelpacks durch ein Gel lagegerecht fixiert (F&M (Feinwerktechnik, Mikrotechnik, Mikroelektronik) 105, (1997), 43-45). Andere Methoden bestehen darin, die Mikrobauteile in schachbrettartigen Vertiefungen rechteckförmiger Tabletts oder in modular aufgebauten Magazinen läge- und greifgerecht zu positionieren (41. internationales wissenschaftliches Kolloquium der TU Ilmenau, 25.09.96). Das Ordnungsschema erlaubt ein definiertes Greifen oder Abnehmen dieser Teile vom Träger.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, daß zur Relativpositionierung und Ordnung der Teile häufig nicht das Ordnungsschema des Fertigungsprozesses genutzt wird, sondern statt dessen die Mikrobauteile zunächst als Schüttgut geliefert und sodann zeitraubend auf die oben genannten Transportmittel positions- und greifgerecht aufgesetzt werden. Damit wird nach dem Fertigungsprozeß ein Zwischenschritt zur Magazinierung benötigt, dessen Komplexität erheblich ist und mit dem späteren Mikromontageschritt an Aufwand vergleichbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es. ein Verfahren und ein Magazin bereitzustellen, ' mit dem die Handhabung von Mikrobauteilen vereinfacht wird.
Es ist auch Aufgabe der Erfindung, die Handhabung bei der Montage von Mikrobauteilen zu verbessern.
Das Verfahren zur Herstellung und Magazinierung von Mikrobauteilen ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:
a. Formgebung mindestens eines Mikrobauteils auf einet Bauteilgrundplatte,
b. Eingießen mindestens der freiliegenden seitlichen Flächen des Mikrobauteils mittels eines sich verfestigenden Formstoffes,
c. Entfernen der Bauteilgrundplatte und/oder des das Mikrobauteil überdeckenden Formsto-ϊs.
Das Magazin ist Gegenstand des Patentanspruchs 14 und das Montageverfahren ist Gegenstand des Patentanspruchs 22.
Der erste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft die Formgebung eines oder mehrerer Mikrobauteile, wobei die gleichzeitige Herstellung einer Gruppe von Mikrobauteilen auf der Oberfläche einer Bauteilgrundplatte bevorzugt ist. Das Mikrobauteil bzw. die Mikrobauteile und die Bauteilgrundplatte können getrennt hergestellt werden. Bevorzugt ist jedoch die gleichzeitige Herstellung der Mikrobauteile und der Bauteilgrundplatte, weil dadurch ein Fertigungsprozeß eingespart und die Positionierung des Mikrobauteils auf der Bauteilgrundplatte beim Herstellungsprozeß bereits festgelegt wird, so daß auch ein Positioniervorgang eingespart wird.
Ein weiterer Vorteil der gemeinsamen Herstellung von Bauteilgrundplatte und Mikrobauteil besteht darin, daß beispielsweise beim Spritzgießen mit größeren Materialmengen (sogenanntes Schußgewicht) gearbeitet werden kann. So kann ferner die Spritzdüse an der Bauteilgrundplatte angeschlossen sein, was hinsichtlich der Dimensionierung der Spritzdüse vorteilhaft ist, weil keine Anpassung an die weitaus kleineren Mikrobauteile erforderlich ist.
Außer dem Spritzgießen können weitere Abformverfahren, wie Heißprägen, Reaktionsgießen oder Galvanoformen genutzt werden, die eine vergleichsweise technisch einfache und gleichzeitig kostengünstige Fertigung einer großen Anzahl von Mikrobauteilen erlauben. Ferner können die Mikrobauteile und die Bauteilgrundplatte durch spanende Verfahren, ein funkenerosives Verfahren, ein Ätzverfähren oder ein Laserablationsverfahren hergestellt werden.
Als Materialien für die Mikrobauteile und/oder die Bauteilgrundplatte eignen sich Kunststoffe, Keramik oder Metall sowie Silizium und Glas.
Ferner vereinrächt die Anordnung mehrerer Mikrobauteile auf einer gemeinsamen Bauteilgrundplatte die Handhabung, weil nicht jedes einzelne Mikrobauteil transportiert werden muß.
Die Bauteilgrundplatte wird vorzugsweise mit einer Außenkontur hergestellt, die mit der Außenkontur des Magazins übereinstimmt. Die Außenkontur entspricht vorteilhafterweise der Außenkontur einer Compact Disc oder einer 5 Zoll-Silizium-Scheibe, weil dadurch herkömmliche Greifeinrichtungen, die aus der Chipfertigung bekannt sind, eingesetzt werden können. Spezielle Greifsysteme, die an die Formgebung der Mikrobauteile angepaßt sind, erübrigen sich daher.
Für den zweiten Verfahrensschritt, der das Eingießen des Mikrobauteils betrifft, wird ein sich verfestigender Formstoff, vorzugsweise Kunststoff, Paraffin oder Wachs verwendet. Das Eingießen ist vorzugsweise ein Spritzgieß- oder Vakuumgießprozeß. Das Eingießen kann so erfolgen, daß lediglich die seitlichen Oberflächen des auf der Bauteilgrundplatte befindlichen Mikrobauteils eingegossen werden, so daß das Mikrobauteil stirnseitig zugänglich bleibt. Je nach Ausgestaltung des Mikrobauteils kann es jedoch von Vorteil sein, sämtliche freiliegenden Oberflächen des Mikrobauteils einzugießen. Bei diesem Vorgang wird auch die Bauteilgrundplatte, jedenfalls teilweise, eingegossen, so daß das Mikrobauteil bzw. die Mikrobauteile allseitig von der Bauteilgrundplatte und dem Formstoff umgeben ist bzw. sind.
Im dritten Verfahrensschritt erfolgt die eigentliche Magazinierung des Mikrobauteils. Nach der Aushärtung des Formstoffs werden die Bauteilgrundplatte und/oder der das Mikrobauteil überdeckende Formstoff entfernt. Dies kann durch Schleifen, Läppen, Fräsen oder Polieren geschehen. Vorzugsweise wird sowohl die Bauteilgrundplatte als auch der überdeckende Formstoff entfernt, so daß zwei gegenüberliegende Seiten des Mikrobauteils freiliegen. Die übrigen Flächen des Mikrobauteils sind formschlüssig in den Formstoff eingebettet. Im Ergebnis entsteht eine scheibenförmige Platte, die ein oder mehrere Mikrobauteile seitlich formschlüssig umfaßt, welche stirnseitig zugänglich bleiben.
Die Vorteile dieser Magazinierung liegen darin: daß der Ordnungszustand. d.h. die definierte Position, in dem sich die einzelnen Mikrobauteile nach der Herstellung befinden, nach einem
Transport beibehalten wird und die Teile später auch für die Montage in geordneter Weise nutzbar sind, daß aufgrund einer angepaßten äußeren Form der Scheibe, wie die einer
Compact Disc oder die einer 5 Zoll-Silizium-Scheibe, dem Stand der
Technik entsprechende Handhabungsgeräte für die Weiterverarbeitung benutzt werden können und daß die in der Regel empfindlichen Seitenflächen der Mikrobauteile durch den Formstoff der Scheibe geschützt sind.
Je nach Verwendungszweck des Mikrobauteils kann es von Vorteil sein, vor dem Eingießen eine Beschichtung der freiliegenden Oberfläche des Mikrobauteils durchzuführen. Durch die Verwendung einer gemeinsamen Bauteilgrundplatte kann auch die Beschichtung kostengünstiger durchgeführt werden, weil mehrere Mikrobauteile gleichzeitig dem Beschichtungsvorgang unterzogen werden können. Die Beschichtung kann mittels eines PVD- oder eines CVD-Verfährens durchgeführt werden. Es kann auch eine Plasmabehandlung oder ein Tauchverfahren eingesetzt werden.
Vorzugsweise wird eine verschleißfeste Schicht aufgebracht, was insbesondere bei der Herstellung von Zahnrädern zweckmäßig ist. Die verschleißfeste Schicht kann während des dritten Verfahrensschrittes in dem zu bearbeitenden Oberflächenbereich abgetragen werden oder der dritte Verfahrensschritt wird so gesteuert, daß die verschleißfeste Schicht vollständig erhalten bleibt. Jedenfalls wird die verschleißfeste Schicht in den eingebetteten Bereichen des Mikrobauteils belassen.
Das Magazin ist gekennzeichnet durch eine scheibenförmige Platte, die das Mikrobauteilelement mindestens an seinen seitlichen Flächen förmschlüssig umfaßt. Vorzugsweise ist/sind das Mikrobauteil bzw. die Mikrobauteile derart im Magazin angeordnet, daß die Symmetrieachse des Mikrobauteils senkrecht auf der Plattenebene steht. Dadurch wird erreicht, daß das Mikrobauteil problemlos aus dem Magazin entfernt werden kann. Wenn das Mikrobauteil keine Symmetrieachse aufweist, muß die Anordnung im Magazin so gewählt sein, daß das Mikrobauteil herausschiebbar ist, d.h. die Bauteile dürfen sich in Richtung des Herausschiebens nicht verjüngen und dürfen keine Hinterschneidung aufweisen.
Das Magazin ist vorzugsweise rund, wobei die Außenkontur vorzugsweise der Außenkontur einer Compact Disc oder einer 5 Zoll-Silizium-Scheibe entspricht, so daß bekannte Handhabungseinrichtungen genutzt werden können. Es ist vorteilhaft, wenn die Abmessungen des Magazins den gültigen Standards entsprechen, zu denen entsprechende Montage- und
Positionierungstechnologien existieren. Hierzu gehören auch Anschläge zum Ausrichten des Magazins (sog. Fiats) oder auch Löcher, wie bei einer CD.
Als Material für das Magazin ist Kunststoff, Paraffin oder Wachs bevorzugt. Je nachdem, wie das Magazin für die weitere Handhabung der Mikrobauteile eingesetzt werden soll, kann es von Vorteil sein, wenn das Material des Magazins optisch transparentes Material aufweist. Vorzugsweise besteht das Magazin aus PMMA. Um die Stabilität zu erhöhen, können im Magazinmaterial, das dem Formstoff entspricht, zusätzlich Stabilisierungselemente eingelagert sein.
Der Vorteil dieses Magazins besteht darin, daß es für das nachfolgende Montagevertähren der Mikrobauteile eingesetzt werden kann. Erfindungsgemäß wird ein Magazin, das als scheibenförmige Platte ausgebildet und mindestens ein Mikrobauteil seitlich formschlüssig umfaßt, von einer Magazinhalterung erfaßt und gehalten. Das zu montierende Mikrobauteil wird anschließend aus dem Magazin herausgedrückt und gleichzeitig an seinem bestimmungsgemäßen Ort positioniert. Vorzugsweise wird das scheibenförmige Magazin so positioniert, daß sich das zu montierende Mikrobauteil direkt über oder unter seinem Montageplatz befindet. Das Magazin wird vorzugsweise durch Unterdruck von der Magazinhalterung gehalten. Mittels eines Stempels kann das Mikrobauteil auf einfache Weise aus dem Magazin herausgedrückt werden. Durch diese Vorgehensweise können gleichzeitig eine Vielzahl von Mikrobauteilen gehandhabt werden. Weiterhin müssen für kleine und damit besonders empfindliche Bauteile keine entsprechend komplizierte Mikrogreifer zum Aufnehmen der Bauteile aus dem Magazin sowie deren Positionierung am Montageort vorhanden sein. Außerdem können vorhandene Kamerasysteme zur Positionskontrolle bei der Mikromontage auch verwendet werden, wenn als Formstoff des Magazins ein optisch transparentes Material gewählt wird.
Je nach Ausgestaltung des Mikrobauteils ist es erforderlich, vor dem Herausdrücken des Mikrobauteils aus dem Magazin, im Inneren des Mikrobauteils befindliches Formmaterial zu entfernen. Dieses Formmaterial kann vorzugsweise herausgeblasen werden.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Mikrozahnrads
Figur 2a eine Draufsicht auf mehrere Mikrozahnräder auf einer gemeinsamen Bauteilgrundplatte Figur 2b einen Schnitt längs der Linie II-II der in Figur 2a gezeigten
Anordnung Figur 3 einen Schnitt durch eine Gießform mit eingelegter
Bauteilgrundplatte und darauf angeordneten Mikrozahnrädern Figur 4a.4b Draufsicht und Querschnitt eines Magazins mit eingebetteten
Mikrozahnrädern Figur 5a.5b zwei Montageschritte unter Verwendung eines Magazins Figur 6 ein gestuftes Mikrozahnrad in perspektivischer Darstellung und
Figuren 7a. 7b
Draufsicht und Schnitt durch ein Magazin mit eingebetteten, gestuften Mikrozahnrädern.
In der Figur 1 ist ein Mikrobauteil 18 in Form eines Mikrozahnrads 1 mit seiner Mittenbohrung Id. seiner oberen Stirnfläche la und der Mantelfläche lc dargestellt, die mehrere Zähne le aufweist. Die untere Stirnfläche des Mikrozahnrades 1 trägt das Bezugszeichen Ib.
In der Figur 2a ist die Draufsicht auf eine gemeinsame Bauteilgrundplatte 2 dargestellt, die eine runde Form aufweist. Auf der Oberseite 2a der Bauteilgrundplatte sind vier der in Figur 1 gezeigten Mikrozahnräder 1 angeordnet.
In der Figur 2b ist ein Schnitt durch die in der Figur 2a gezeigte Anordnung längs der Linie II-II dargestellt. Das in der Darstellung linke Mikrozahnrad 1 ist zusätzlich mit einer Beschichtung 15 versehen, die sich über sämtliche freiliegenden Flächen des Mikrozahnrades 1 erstreckt. Die Beschichtung 15 bedeckt nicht nur die seitlichen Flächen, also die Zähne le und die dazwischen befindlichen Zwischenräume, sondern auch die obere Stirnseite la- und die durch die Mittenbohrung ld gebildeten Flächen.
Die Bauteilgrundplatte 2 und die Mikrozahnräder 1 können aus demselben Material und gleichzeitig hergestellt sein. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Bauteilgrundplatte 2 und die Mikrozahnräder 1 getrennt anzufertigen und anschließend auf der Bauteilgrundplatte anzuordnen. Typische Verfahren zur Herstellung sind Abformverfahren, wie Spritzgießen. Reaktionsgießen. Heißprägen oder Galvanoformung, aber auch Prozesse zur Direktstrukturierung wie Fräsen. Funkenerosion oder Laserablation. Typische Abmessungen eines Mikrozahnrades 1 liegen im Bereich von 0.2 mm bis 1 mm für Durchmesser und Höhe.
Die Bauteilgrundplatte 2 wird mit den darauf befindlichen Mikrozahnrädern 1 gemäß Fig. 3 in eine Gießhalterung 3 eingesetzt, die im wesentlichen die Form eines Troges hat. Das Eingießen erfolgt mittels eines Formstoffes 4, wobei es sich vorzugsweise um einen Kunststoff handelt. In der hier gezeigten Darstellung wird so viel Formstoff in die Gießhalterung 3 eingegossen, daß die freiliegende Oberfläche der Bauteilgrundplatte 2 und die Mikrozahnräder 1 vollständig in den Formstoff eingebettet werden. Die oberen Stirnseiten la der Mikrozahnräder 1 werden vollständig vom Formstoff 4 bedeckt. Der Überstand Ü liegt in der hier gezeigten Darstellung in der Größenordnung der Dicke der Zahnräder 1. Nach dem Aushärten des Formstoffs 4 sind der Formstoff und die Mikrozahnräder 1 formschlüssig miteinander verbunden. Anschließend wird die Bauteilgrundplatte mit den Mikrozahnrädern 1 und dem Formstoff 4 aus der Gießhalterung 3 entnommen.
Anschließend wird durch eine entsprechende Bearbeitung, vorzugsweise einer spanenden Bearbeitung, der Überstand Ü und die Bauteilgrundplatte 2 abgetragen, so daß die obere la„und die untere Stirnseite lb der Mikrozahnräder 1 freiliegen. Dies ist in der Figur 4a in Draufsicht und in der Figur 4b im Querschnitt dargestellt. Im Ergebnis entsteht eine scheibenförmige Platte 5a. das Magazin 5, das die Mikrozahnräder 1 seitlich formschlüssig umfaßt, diese stirnseitig jedoch für die Umgebung zugänglich hält, wobei die Mikrozahnräder 1 derart im Magazin 5 angeordnet sind, daß die Symmetrieachse 16 senkrecht auf der Plattenebene 17 steht.
Die Figuren 5a und 5b zeigen ein Ausführungsbeispiel für die Montage eines Mikrozahnrades 1. Zunächst wird der Formstoff im Bereich der Mittenbohrung ld des Mikrozahnrades 1 entfernt (s. Figur 5a). Dies geschieht durch Auflegen des Magazins 5 auf einer Lochplatte 11 in der Weise, daß sich der Bereich der Mittenbohrung ld des Mikrozahnrads 1 unmittelbar über einem Loch 12 der Lochplatte 11 befindet. Anschließend wird der sich im Bereich der Mittenbohrung ld des Mikrozahnrads 1 befindliche Formstoff mit Hilfe von * senkrecht zur Oberfläche la des Mikrozahnrads gerichteter Druckluft 13 durch die Löcher 12 der Lochplatte 11 ausgeblasen.
Figur 5b zeigt die Montage eines derart vorbehandelten Mikrozahnrades 1 auf eine Welle 6. die sich in einer entsprechenden Wellenhalterung 7 befindet. Das Magazin befindet sich an einer Magazinhalterung 8. wo sie vorzugsweise über Ansaugkanäle 10 mittels Unterdruck festgehalten wird. Über dem Zahnrad 1 befindet sich in der Magazinhalterung 8 ein beweglicher Stempel 9. Nach Positionierung des Mikrozahnrades 1 über der Welle 6 wird der ringförmige Stempel 9 nach unten bewegt und das Mikrozahnrad 1 auf die Welle 6 gedrückt.
In der Figur 6 ist der prinzipielle Aufbau eines Mikrobauteils 18 in Form eines gestuften Mikrozahnrades 14 mit seiner Mittenbohrung 14c und den Zahnradstuten 14a und 14b dargestellt. Diese Zahnradstufen besitzen eine unterschiedliche Kontur und unterschiedliche Durchmesser.
In den Figuren 7a und 7b ist das Magazin 5 für solche gestuften Zahnräder 14 in Draufsicht und im Schnitt dargestellt. Die Herstellung des Magazins 5 entspricht der zuvor erläuterten Herstellungsweise. Das gleiche gilt auch für die Montage des Zahnrades. Dieses gestufte Zahnrad 14 ist derart im Magazin 5 angeordnet, daß die Symmetrieachse 16 senkrecht auf der Scheibenfläche 17 des Magazins 5 steht. Die Richtung, in der sich das zwei- oder mehrstufige Zahnrad 14 aus dem Magazin herausdrücken läßt, ist aufgrund der Struktur vorgegeben. In der hier gezeigten Darstellung 7b können die Zahnräder 14 nach unten aus dem Magazin entfernt werden. Bezugszeichen:
1 Mikrozahnrad la obere Stirnseite des Mikrozahnrads lb untere Stirnseite des Mikrozahnrads
1c Mantel des Mikrozahnrads ld Mittelbohrung des Mikrozahnrads le Zahn
2 Bauteilgrundplatte
2a Oberseite der Bauteilgrundplatte
Gießhalterung
4 Formstoff
5 Magazin
5a scheibenförmige Platte
6 Welle
7 Wellenhalterung
8 Magazinhalterung
9 Stempel
10 Ansaugkanal
1 1 Lochplatte
12 Löcher in der Lochplatte
13 Druckluft
14 gestuftes Zahnrad
14a Zahnradstufe
14b Zahnradstufe
14c Mittenbohrung
15 Beschichtung
16 Symmetrieachse
17 Plattenebene
18 Mikrobauteil

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zur Herstellung und Magazinieαmg von Mikrobauteilen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a. Formgebung mindestens eines Mikrobauteils auf einer Bauteilgrundplatte b. Eingießen mindestens der freiliegenden seitlichen Flächen des Mikrobauteils mittels eines sich verfestigenden Formstoffs c. Entfernen der Bauteilgrundplatte und/oder des das Mikrobauteil überdeckenden Formstoffs.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrobauteil und die Bauteilgrundplatte gleichzeitig hergestellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrobauteil und die Bauteilgrundplatte aus demselben Material hergestellt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrobauteil auf einer fertigen Bauteilgrundplatte hergestellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrobauteil und/oder die Bauteilgrundplatte durch ein Spritzgießverfähren. Reaktionsgießvertähren. Heißprägeverfahren oder ein Galvanoformungsverfahren hergestellt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrobauteil und die Bauteilgrundplatte durch ein spanendes Verfahren, ein funkenerosives Verfahren, ein Laserablationsverfahren oder ein Ätzverfahren hergestellt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteilgrundplatte mit der Außenkontur einer Compact Disc oder einer 5 Zoll-Silizium-Scheibe hergestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich als verfestigender Formstoff ein Kunststoff. Paraffin oder ein Wachs verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingießen ein Spritzgieß- oder Vakuumgießprozeß ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteilgrundplatte und/oder der das Mikrobauteil überdeckende Formstoff durch Schleifen. Läppen, Fräsen oder Polieren entfernt wird.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Eingießen des Mikrobauteils dieses an seiner freiliegenden Oberfläche beschichtet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung mittels PVD, CVD, einer Plasmabehandlung oder durch Tauchen hergestellt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine verschleißfeste Schicht aufgebracht wird.
14. Magazin für mindestens ein Mikrobauteil, gekennzeichnet durch
eine scheibenförmige Platte (5a), die das Mikrobauteil (1 , 18) mindestens an seinen seitlichen Flächen (lc) formschlüssig umfaßt.
15. Magazin nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (5a) das Mikrobauteil (1 , 18) derart umfaßt, daß die Symmetrieachse (16) des Mikrobauteils (1 , 18) senkrecht auf der Plattenebene (17) steht.
16. Magazin nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die
Platte (5a) das Mikrobauteil (1 , 18) derart umfaßt, daß es sich in Richtung des Herausschiebens aus dem Magazin (5) nicht verjüngt.
17. Magazin nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (5a) eine Außenkontur aufweist, die der einer Compact Disc oder einer 5 Zoll-Silizium-Scheibe entspricht.
18. Magazin nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte aus Kunststoff, Paraffin oder Wachs besteht.
19. Magazin nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (5a) aus optisch transparentem Material besteht.
20. Magazin nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (5a) aus PMMA besteht.
21. Magazin nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß es Stabiiisierungselemente aufweist.
22. Montageverfahren für Mikrobauteile, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Magazin, das als scheibenförmige Platte ausgebildet und mindestens ein Mikrobauteil seitlich formschlüssig umfaßt, von einer Magazinhalterung erfaßt und gehalten wird,
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