Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Tetris im Zwergenreich - Wassertropfen platziert winzigste Bauteile auf nanobeschichteten Leiterplatten

01.10.2009
Schön war die Zeit, als man Mikrochips noch mit Pinzetten handhaben konnte. Doch dank des Moore'schen Gesetzes schrumpfen Elektronikbauteile so rapide, dass Vorrichtungen dieser Art längst ausgedient haben.

Chips für RFID-Anwendungen etwa besitzen mittlerweile Kantenlängen von weniger als einem Viertel Millimeter und sind dünner als ein Haar (50 µm). Passive Bauelemente wie Kondensatoren oder Widerstände sind sogar noch um Einiges kleiner.

Was Anwender immer grazilerer Elektronikprodukte freut, wird für Mikroelektronik-Hersteller allerdings zunehmend zum Problem. Denn bereits bei der Positionierung solch winziger Bauteile stoßen herkömmliche automatische Pick-and-Place-Bestücker in punkto Genauigkeit an Ihre Grenzen.

Seit einigen Jahren werden daher weltweit Selbstassemblierungstechniken untersucht - kontaktlose Verfahren also, bei denen sich die Mini-Bauteile durch rein chemisch-physikalische Zwänge punktgenau anordnen. Hierbei macht man sich die Ladung von Molekülen oder charakteristische Oberflächeneigenschaften zunutze.

Fraunhofer-Forschern ist es nun gelungen, das so genannte "Electrowetting" für solche Zwecke auf Basis kostengünstiger Leiterplattentechnologie einzusetzen. "Bei diesem Verfahren, das auch bereits bei einigen Lab-on-Chip-Anwendungen zum Einsatz kommt, wird die Oberflächenspannung eines Wassertropfens mittels eines elektrischen Feldes derart manipuliert, dass dieser auf einer Fläche von 20 x 30 cm² exakt bewegt werden kann", erklärt Tanja Braun vom Fraunhofer IZM. "Ein im Tropfen befindliches Bauelement lässt sich somit problemlos transportieren und auf wenige µm genau ausrichten."

Methode
Das physikalische Prinzip beruht auf einer Veränderung der Benetzungseigenschaften eines Wassertropfens. Um diesen möglichst barrierefrei zu bewegen, besitzt das Substrat, auf welches das Bauelement platziert werden soll, eine mit Nanopartikeln modifizierte superhydrophobe Oberfläche, ähnlich dem Lotuseffekt.

Die unter der superhydrophoben Oberfläche liegenden Leiderplattenstrukturen können so beschaltet werden, dass sich zwischen zwei benachbarten Strukturen ein elektrisches Feld ausbildet. Der über diesen Strukturen liegende Tropfen verformt sich in diesem Feld. Schaltet man nun das elektrische Feld auf benachbarte Strukturen weiter zieht sich der Tropfen dem Feld folgend in Richtung der nächsten Struktur - der Wassertropfen beginnt gewissermaßen "zu laufen". Somit kann der Tropfen und mit ihm das Bauelement mikrometergenau über eine große Fläche bewegt werden. Spezielle Elektrodenstrukturen oder lokale Veränderungen der Substratoberfläche sorgen in der Folge dafür, dass die gezielte Bewegung auch wieder gestoppt wird. Der Tropfen verdampft schließlich; übrig bleibt das exakt positionierte Mikrobauteil.

Theoretisch könnte man hierdurch auch Wasser aufwärts fließen lassen, doch die Fraunhofer-Forscher interessiert nicht die Richtung, sondern die Positioniergenauigkeit. Wesentliche Kriterien hierbei sind das Design der Leiterplatten mit den Elektroden sowie das großflächige Aufbringen einer superhydrophoben Oberfläche mit kostengünstigen Technologien. Wie das Ganze in der Praxis aussehen könnte, haben Braun und ihre Kollegen bereits durchgespielt: "Vom elektrischen Layout über die Substratherstellung oder die Manipulation der hydrophoben Oberfläche bis zur gesamten Prozesssimulation haben wir das Electrowetting an industrielle Maßstäbe angepasst."

Für Elektronikhersteller sind daher die ersten Hürden des aufwändigen Prozesstransfers bereits genommen. Durch die Anwendung des Electrowetting-Effekts lassen sich voraussichtlich in wenigen Jahren auch im industriellen Maßstab besonders kleine und berührungsempfindliche Bauteile wie z.B. Sensoren oder RFID-Chips berührungslos und präzise platzieren und so die bestehenden Grenzen der Bestückung überwinden.

Weitere Informationen:
http://www2.izm.fhg.de/Bilder/Video_Electrowetting.mov
- Film Electrowetting
http://www.izm.fhg.de/abteilungen/siit/gruppen/aet.jsp
- Zusätzliche Informationen
http://www2.izm.fhg.de/Bilder/Electrowetting.zip
- Bilder Electrowetting

Georg Weigelt | Fraun
Weitere Informationen:
http://www.izm.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Forscher verwandeln Diamant in Graphit
24.11.2017 | Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY

nachricht Proton-Rekord: Magnetisches Moment mit höchster Genauigkeit gemessen
24.11.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Metamaterial mit Dreheffekt

Mit 3D-Druckern für den Mikrobereich ist es Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gelungen ein Metamaterial aus würfelförmigen Bausteinen zu schaffen, das auf Druckkräfte mit einer Rotation antwortet. Üblicherweise gelingt dies nur mit Hilfe einer Übersetzung wie zum Beispiel einer Kurbelwelle. Das ausgeklügelte Design aus Streben und Ringstrukturen, sowie die zu Grunde liegende Mathematik stellen die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Science vor.

„Übt man Kraft von oben auf einen Materialblock aus, dann deformiert sich dieser in unterschiedlicher Weise. Er kann sich ausbuchten, zusammenstauchen oder...

Im Focus: Proton-Rekord: Magnetisches Moment mit höchster Genauigkeit gemessen

Hochpräzise Messung des g-Faktors elf Mal genauer als bisher – Ergebnisse zeigen große Übereinstimmung zwischen Protonen und Antiprotonen

Das magnetische Moment eines einzelnen Protons ist unvorstellbar klein, aber es kann dennoch gemessen werden. Vor über zehn Jahren wurde für diese Messung der...

Im Focus: New proton record: Researchers measure magnetic moment with greatest possible precision

High-precision measurement of the g-factor eleven times more precise than before / Results indicate a strong similarity between protons and antiprotons

The magnetic moment of an individual proton is inconceivably small, but can still be quantified. The basis for undertaking this measurement was laid over ten...

Im Focus: Reibungswärme treibt hydrothermale Aktivität auf Enceladus an

Computersimulation zeigt, wie der Eismond Wasser in einem porösen Gesteinskern aufheizt

Wärme aus der Reibung von Gestein, ausgelöst durch starke Gezeitenkräfte, könnte der „Motor“ für die hydrothermale Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus sein....

Im Focus: Frictional Heat Powers Hydrothermal Activity on Enceladus

Computer simulation shows how the icy moon heats water in a porous rock core

Heat from the friction of rocks caused by tidal forces could be the “engine” for the hydrothermal activity on Saturn's moon Enceladus. This presupposes that...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mathematiker-Jahrestagung DMV + GDM: 5. bis 9. März 2018 an Uni Paderborn - Über 1.000 Teilnehmer

24.11.2017 | Veranstaltungen

Forschungsschwerpunkt „Smarte Systeme für Mensch und Maschine“ gegründet

24.11.2017 | Veranstaltungen

Schonender Hüftgelenkersatz bei jungen Patienten - Schlüssellochchirurgie und weniger Abrieb

24.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mathematiker-Jahrestagung DMV + GDM: 5. bis 9. März 2018 an Uni Paderborn - Über 1.000 Teilnehmer

24.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Maschinen über die eigene Handfläche steuern: Nachwuchspreis für Medieninformatik-Student

24.11.2017 | Förderungen Preise

Treibjagd in der Petrischale

24.11.2017 | Biowissenschaften Chemie