Mönsterkort |
Fraunhoferforskare placerar mikrokomponenter med vattendroppar
Forskare på Fraunhoferinstitutet har tagit fram en process för att montera mikrokomponenter på mönsterkort.
Det var en gång en tid då mikrochip fortfarande kunde hanteras med pincett. Tack vare Moores lag har elektronikkomponenterna krympt så snabbt att produkter av denna typ sedan länge är föråldrade. Chip för RFID-tillämpningar mäter nu mindre än en fjärdedels millimeter, och är tunnare än ett hårstrå (50 mikrometer). Passiva komponenter som kondensatorer och motstånd är ännu mindre. Detta glädjer användarna av elektronikprodukterna, men medför växande problem för tillverkarna. Vid placeringen av dessa små komponenter räcker nämligen inte precisionen vid konventionell automatisk pick-and-place-bestyckning.
Sedan några år har därför olika tekniker för självpositionering undersökts, det vill säga kontaktlösa metoder där mini-komponenter arrangeras korrekt med hjälp av kemisk-fysiskaliska begränsningsmetoder. Metoderna utnyttjar ytans molekylära egenskaper. Fraunhofer-forskarna har nu lyckats med så kallad "electrowetting", där komponenter kostnadseffektivt kan fästas på mönsterkort.
"I denna process, som redan används i en del lab-on-chip applikationer, manipuleras ytspänningen i en vattendroppe genom ett elektriskt fält, så att droppen kan flyttas exakt inom ett område på 20 x 30 cm, säger Tanya Braun vid Fraunhofer IZM. " En komponent som placerats i en droppe kan därför lätt transporteras och inpassas inom några få mikrometer."
Den fysikaliska principen bygger på en förändring i vätningsegenskaperna för en vattendroppe. Detta gör det möjligt att flytta droppen som innehåller komponenten över ytan där den ska placeras. Ytan har gjorts superhydrofob med hjälp av nanopartiklar (liknande lotuseffekten). Mönsterkortet ligger under den separerande ytan som pålagts ett elektriskt fält där dropparna kan manipuleras med mikrometernoggrannhet över ett stort område. Specialelektroder eller lokala ändringar av substratytan säkerställer att den riktade rörelsen också stoppas igen. Dropparna får slutligen avdunsta och kvar blir mikrokomponenten, exakt placerad.
Viktiga kriterier är utformningen av mönsterkortet med tillhörande elektroder, så att den superhydrofoba ytan kan läggas på med hjälp av billig teknik. Hur det hela kommer se ut i praktiken har Tanya Brown och hennes kollegor redan räknat ut: "Vi har anpassat hela electrowettingprocessen i industriell skala genom processimulering: från den elektriska utformningen, över substratproduktion, till manipulation av den hydrofoba ytan."
För elektroniktillverkare har därför det första hindret för den kostsamma processen redan gjorts. Tillämpningar i industriell skala av electrowetting-effekten kan förväntas inom ett par år och mycket små tryckkänsliga komponenter såsom sensorer eller RFID-chips kan då placeras korrekt och utan kontakt, och därmed övervinna de nuvarande gränserna för montering.
"I denna process, som redan används i en del lab-on-chip applikationer, manipuleras ytspänningen i en vattendroppe genom ett elektriskt fält, så att droppen kan flyttas exakt inom ett område på 20 x 30 cm, säger Tanya Braun vid Fraunhofer IZM. " En komponent som placerats i en droppe kan därför lätt transporteras och inpassas inom några få mikrometer."
Den fysikaliska principen bygger på en förändring i vätningsegenskaperna för en vattendroppe. Detta gör det möjligt att flytta droppen som innehåller komponenten över ytan där den ska placeras. Ytan har gjorts superhydrofob med hjälp av nanopartiklar (liknande lotuseffekten). Mönsterkortet ligger under den separerande ytan som pålagts ett elektriskt fält där dropparna kan manipuleras med mikrometernoggrannhet över ett stort område. Specialelektroder eller lokala ändringar av substratytan säkerställer att den riktade rörelsen också stoppas igen. Dropparna får slutligen avdunsta och kvar blir mikrokomponenten, exakt placerad.
Viktiga kriterier är utformningen av mönsterkortet med tillhörande elektroder, så att den superhydrofoba ytan kan läggas på med hjälp av billig teknik. Hur det hela kommer se ut i praktiken har Tanya Brown och hennes kollegor redan räknat ut: "Vi har anpassat hela electrowettingprocessen i industriell skala genom processimulering: från den elektriska utformningen, över substratproduktion, till manipulation av den hydrofoba ytan."
För elektroniktillverkare har därför det första hindret för den kostsamma processen redan gjorts. Tillämpningar i industriell skala av electrowetting-effekten kan förväntas inom ett par år och mycket små tryckkänsliga komponenter såsom sensorer eller RFID-chips kan då placeras korrekt och utan kontakt, och därmed övervinna de nuvarande gränserna för montering.
