WO2001050198A2 - Verfahren zur herstellung dreidimensional angeordneter leit- und verbindungsstrukturen für volumen- und energieströme - Google Patents

Verfahren zur herstellung dreidimensional angeordneter leit- und verbindungsstrukturen für volumen- und energieströme Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing three-dimensionally arranged conductor and connection structures for volume and energy flows.
  • the volume flows can be gaseous, liquid, solid or a mixture of these physical states.
  • the energy flows can have an acoustic, electrical, magnetic or electromagnetic character.
  • volume and energy flows are usually realized today using many different technologies.
  • conductor tracks and bond wires are the most frequently used transport routes.
  • glass fibers are also used to transport electromagnetic energy.
  • Volume flows are realized through ducts, hoses and pipes. With increasing miniaturization, these guidance and connecting elements are very difficult to combine.
  • the invention solves the problem by using a structured layered structure.
  • Layer construction methods are known from microtechnology.
  • DE-PS 44 20 996 describes a method in which a small amount of the light-curable plastic is held between two mutually parallel plates, at least one of which is permeable to electromagnetic waves, due to the surface tension.
  • the surface of the plastic liquid below the plate permeable to electromagnetic waves cured by means of a laser beam which is guided over the surface in accordance with a 3-layer model of the structure to be generated which is stored in a connected computer.
  • the laser light hardens the plastic liquid according to the 3-D layer model, whereby the distance between the plates is increased by one layer thickness, so that fresh plastic material flows into the gap between the hardened layer and the plate solely due to its surface tension can. In this way, structures in the micrometer range can be produced very precisely.
  • Different light-curing materials are used to create the layers. These materials can have a wide variety of physical, chemical and biological properties, for example: electrically conductive, electrically insulating, different optical calculation indices.
  • the layer segments are also filled with new material, in which no hardening took place during the previous hardening process, so that during the subsequent hardening not only the top layer is connected to the one below, but also material of the top layer with the material of one is connected below the penultimate layer.
  • these are uncured areas that are available as channels after curing and rinsing. These channels can also be used as waveguides for the high frequency if the walls of the channels are produced from material with appropriate properties.
  • Materials with different refractive index can also be used to create light-guiding structures. These light-guiding structures can be used in conjunction with light transistors (Keyword: light switches light) to optical integrated
  • IC integrated circuits

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dreidimensional angeordneter Leit- und Verbindungsstrukturen für Volumen- und Energieströme. Dabei werden zur Erzeugung der Schichten unterschiedliche lichtaushärtende Materialien verwendet. Beim Austausch der Materialien werden auch die Schichtenbereiche mit neuem Material gefüllt, in denen bei der vorhergehenden Aushärtung keine Aushärtung stattfand, so dass bei der darauffolgenden Aushärtung nicht nur die oberste Schicht mit der darunterliegenden verbunden wird, sondern auch Material der obersten Schicht mit dem Material einer unterhalb der vorletzten Schicht liegenden Schicht verbunden wird. Damit ist es möglich, innerhalb der Schichtenfolge eine Struktur mit anderen Eigenschaften von Lage zu Lage miteinander zu verbinden.

Description

Verfahren zur Herstellung dreidimensional angeordneter Leit- und VerbindungsStrukturen für Volumen- und Energieströme
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dreidimensional angeordneter Leiter- und VerbindungsStrukturen für Volumen- und Energieströme . Die Volumenströme können gasförmig, flüssig, fest oder aus einem Gemisch dieser Aggregatzustände bestehen. Die Energieströme können akustischen, e- lektrischen, magnetischen, oder elektromagnetischen Charakter haben .
Derartige Volumen- und Energieströme werden heute in der Regel durch viele unterschiedliche Technologien realisiert. Für die Mikrosystemtechnik sind Leiterbahnen und Bonddrähte die am häufigsten benutzten Transportwege. Für den Transport elektromagnetischer Energien werden neben Hohlleiter auch Glasfasern eingesetzt. Volumenströme realisiert man durch Kanäle, Schläuche und Rohrleitungen. Bei zunehmender Miniaturisierung lassen sich diese Leit- und Verbindungselemente nur noch sehr schwer zusammenführen .
Die Erfindung löst die Aufgabe durch den Einsatz eines strukturierten schichtweisen Aufbaus . Schichtaufbauverfahren sind aus der Mikrotechnologie bekannt. So beschreibt die DE-PS 44 20 996 ein Verfahren, bei dem zwischen zwei einander parallelen Platten, von denen mindestens eine für elektromagnetische Wellen durchlässig ist, eine geringe Menge des lichtaushärtbaren Kunststoffs aufgrund der Oberflächenspannung gehalten ist. Die Oberfläche der Kunststoffflüssigkeit unterhalb der für elektromagnetische Wellen durchlässigen Platte wird beispielsweise mittels Laserstrahl, der nach Maßgabe eines in einem angeschlossenen Rechner gespeicherten 3-SchichtModells der zu generierenden Struktur über die Oberfläche geführt wird, ausgehärtet. Schicht für Schicht härtet das Laserlicht die Kunststoff- flüssigkeit entsprechend dem 3-D Schicht Modell, wobei der Abstand der Platten jeweils um eine Schichtdicke vergrößert wird, so daß frisches Kunststoffmaterial allein aufgrund seiner Oberflächenspannung in den entstehenden Zwischenraum zwischen der ausgehärteten Schicht und der Platte nachfließen kann. Auf diese Weise können Strukturen im Mikrometerbereich sehr exakt erzeugt werden.
Diese Technologie macht sich die Erfindung zu nutze.
Dabei werden zur Erzeugung der Schichten unterschiedliche lichtaushärtende Materialien verwendet. Diese Materialien können unterschiedlichste physikalische, chemische und biologische Eigenschaften haben, zum Beispiel: elektrisch leitend, elektrisch isolierend, unterschiedliche optische Berechnungsindices . Beim Austausch der Materialien werden auch die Schichtsegmente mit neuem Material gefüllt, in denen bei dem vorhergehenden Aushartungsprozess keine Aushärtung stattfand, so dass bei der darauffolgenden Aushärtung nicht nur die oberste Schicht mit der darunterliegenden verbunden wird, sondern auch Material der obersten Schicht mit dem Material einer unterhalb der vorletzten Schicht liegenden Schicht verbunden wird. Damit ist es möglich, innerhalb der Schichtenfolge eine Struktur mit anderen Materialeigenschaften von Layer zu Layer miteinander zu verbinden. Für einen Volumentransport sind dies nichtausgehärtete Bereiche, die nach Aushärtung und Spülvorgang als Kanäle zur Verfügung stehen. Ebenso können diese Kanäle als Hohlleiter für die Hochfrequenz benutzt werden, wenn die Wandungen der Kanäle aus Material mit entsprechenden Eigenschaften produziert werden.
Auch lassen sich durch Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex lichtleitende Strukturen erzeugen. Diese lichtleitenden Strukturen können in Verbindung mit Lichttransistoren (Stichwort: Licht schaltet Licht) zu optischen integrierten
Schaltungen benutzt werden.
Auf diese Weise lassen sich auch herkömmliche integrierte Schaltungen (IC) miteinander verbinden. Denn wurde unter der letzten Oberfläche ein IC in einer Kavität integriert, so kann über den Anschlüssen (Pads) ein Kanal mit leitendem Material erzeugt werden, der dann bis zu einem weiteren IC oder aber auch zu Steckverbindern, die auf diese Weise gefertigt wurden, geführt werden kann.

Claims

Verfahren zur Herstellung dreidimensional angeordneter Leit- und Ver indungsStrukturen für Volumen- und EnergieströmePatentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung dreidimensional angeordneter Leit- und Verbindungsstrukturen für Volumen- und Energieströme. Dabei werden zur Erzeugung der Schichten unterschiedliche lichtaushärtende Materialien verwendet. Beim Austausch der Materialien werden auch die Schichtenbereiche mit neuem Material gefüllt, in denen bei der vorhergehenden Aushärtung keine Aushärtung stattfand, so dass bei der darauffolgenden Aushärtung nicht nur die oberste Schicht mit der darunterliegenden verbunden wird, sondern auch Material der obersten Schicht mit dem Material einer unterhalb der vorletzten Schicht liegenden Schicht verbunden wird. Damit ist es möglich, innerhalb der Schichtenfolge eine Struktur mit anderen Eigenschaften von Lage zu Lage miteinander zu verbinden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte
a) durch strukturierte Verfestigung eines flüssigen lichtaushärtenden Materials mit ausgewählten physikalischen, chemischen oder biologischen Eigenschaften wird eine strukturierte Schicht generiert;
b) Die strukturierte Schicht wird vom nichtausgehärteten Mterial mittels Spülvorgang gereinigt und mit flüssigem lichthärtendem Material mit anderen physikalischen, chemischen oder biologischen Eigenschaften aufgefüllt und mit definierter Schichtdicke nach DE- PS 44 20 996 abgedeckt; c) durch strukturierte Verfestigung werden Bereiche der ersten Schicht und die neue Schicht strukturiert ausgehärtet .
d) die strukturierten Schichten werden vom nichtausge- härteten Material der letzten Strukturierung mittels Spülvorgang gereinigt und mit flüssigem lichthärtendem Material mit anderen physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften aufgefüllt und mit definierter Schichtdicke nach DE-PS 44 20 996 abgedeckt ;
e) durch strukturierte Verfestigung werden Bereiche der zweiten Schicht und die neue Schicht strukturiert ausgehärtet, womit eine Verbindung von Materialien mit gleichen physikalischen, chemischen oder biologischen Eigenschaften oder eine Isolierung dieser generiert wird;
f) die strukturierten Schichten werden vom nichtausge- härteten Material der letzten Strukturierung mittels Spülvorgang gereinigt;
g) nicht mit Material aufgefüllte Bereiche werden entsprechend dem zu erstellenden System mit elektronischen, mechanischen, optischen oder chemischen Bauteilen bestückt;
h) die strukturierten Schichten und die Bauteile werden mit flüssigem lichthärtendem Material mit anderen physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften aufgefüllt und mit definierter Schichtdicke nach DE-PS 44 20 996 abgedeckt;
i) durch strukturierte Verfestigung werden Bereiche der vorletzten Schicht und die neue Schicht strukturiert ausgehärtet, womit eine Verbindung von Materialien und Bauteilen mit gleichen physikalischen, chemischen oder biologischen Eigenschaften oder eine Isolierung dieser generiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß mehrere elektronische, mechanische, chemische oder biologischer/elektrischer Bauteile miteinander verbunden werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen zwischen den Bauteilen und der Umwelt des Systems für Volumen- und Energieströme benutzt werden können .
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