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Lilliput-Lösungen für die Mikroproduktion

04.11.2003


Dünne Siliziumchips auf flexiblem Träger. © Fraunhofer ISIT


Ultra-dünner, flexibler Siliziumwafer fur Anwendungen in Handys, Hörgeraten und Smart Labels. © Fraunhofer ISIT


Bauteile geht es um tausendstel Millimeter. Neue, hochpräzise Fertigungsverfahren und -geräte präsentieren die Institute der Fraunhofer-Gesellschaft auf der Productronica in München vom 11. bis 14. November, Halle B6 Stand 504.

Die Miniaturisierung verändert die Welt. Elektronische Bauteile, mechanische Komponenten und Endgeräte werden von Jahr zu Jahr kleiner. Ein Ende der Entwicklung ist noch nicht in Sicht. Durch die Miniaturisierung werden neue technische Anwendungen möglich, die noch vor kurzem undenkbar gewesen wären: Micro-Chips zum Beispiel, die sich in die Verpackungen von Lebensmitteln oder in Kleidungsstücke integrieren lassen. Als Herzstück intelligenter Etiketten könnten sie Produktdaten wie Preis, Herstellungsdatum oder Pflegeanleitungen speichern.

Hauchdünne Chips



Weltweit arbeiten die Forscher derzeit an der Entwicklung intelligenter Etiketten, die Mikrochips enthalten. Der Rohstoff Silizium galt bisher als problematisch, weil die hauchdünnen Wafer bei der Fertigung leicht brechen. Ingenieure vom Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT haben den Produktionsprozess so modifiziert, dass sich jetzt superdünne, filigrane Wafer auf professionellen Standardmaschinen weiter verarbeiten lassen: In einem ersten Schritt laminieren die Ingenieure die Wafer auf eine Folie und spannen diese anschließend in einen Rahmen. Die Wafer bekommen auf diese Weise Stabilität und können mit herkömmlicher Sägetechnik zerschnitten werden. Die einzelnen nur 50 Mikrometer dünnen Chips werden nach dem Aussägen durch einen chemischen Prozess abgelöst und abgehoben. Den kompletten Fertigungsprozess zeigen die ISIT-Forscher in einer Demonstrationslinie auf der Productronica.

Energie für alle Fälle

Für die Versorgung mobiler elektronischer Einheiten entwickeln die Experten vom Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC wiederaufladbare Lithiumpolymerbatterien. Dank neuer Elektrodenmaterialien und Elektrolyte sind sie leichter als herkömmliche Akkus, speichern mehr Energie, lassen sich in jede beliebige Form bringen und sind noch dazu biegsam. Innovativ sind zum einen die dünnen und porösen Kathodenmaterialien, die eine außergewöhnlich hohe Kapazität haben. Zum anderen die Polymerelektrolyten aus ORMOCER®, die eine gute Leitfähigkeit aufweisen, ohne die mechanische Stabilität zu beeinträchtigen.

Verbindungen schaffen

Bei der Produktion mikroelektronischer und mikromechanischer Bauteile spielen Klebstoffe eine große Rolle. Ein Problem für die Anwender ist jedoch oft die Dosierung. Sie muss nicht nur sehr präzise, sondern auch flexibel sein, weil die Losgrößen nicht immer gleich sind und die Bauteilvarianten häufig wechseln.

Ein Dosiersystem, das sehr genau arbeitet, einfach zu bedienen und flexibel einstellbar ist, stammt vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA. Für die Dosierung sorgt ein Förderkolben, der durch einen Schrittmotor angetrieben wird. Im Kolben sind Sensoren integriert, mit denen die Betriebsparameter, wie Druck und Medientemperatur, direkt in der Kartusche überwacht werden. Auf diese Weise kann das System automatisch auf sich ändernde Bedingungen während des Betriebs reagieren und sichert eine hohe Qualität.

Um die Klebeverbindung zu prüfen, haben die Forscher am IPA einen eigenen Messplatz entwickelt, mit dem elektronische Baugruppen in kleiner und mittlerer Stückzahl wirtschaftlich getestet werden können. Der Messplatz ist ebenfalls auf dem Fraunhofer-Stand zu sehen.

Eine Alternative zum Kleben ist das Laserlöten. Mithilfe eines Laserstrahls wird Gold oder Zinn aufgeschmolzen und auf die Verbindungsstelle aufgebracht. Mit diesem Verfahren, das Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF entwickelt haben, lassen sich beispielsweise elektrische Kontakte auf mikroelektronische Bauteile löten. Die so geschaffenen Verbindungen sind stabiler als Klebungen, unempfindlich gegenüber Feuchtigkeit und auch im Hochvakuum beständig. Hervorragend geeignet ist das Laserlöten für die Produktion von Geräten, von denen hohe Zuverlässigkeit erwartet wird - beispielsweise in der Medizintechnik und der Telekommunikationsbranche.

Ein weiteres Problem der Mikro-Produktionstechnik ist die genaue Positionierung von Bauteilen. Wenn bei der Herstellung optischer Baugruppen Glasfasern miteinander verbunden werden, geht es um tausendstel Millimeter. Der Stoßjustierer vom IOF bringt die Glasfaserverbindung exakt in die gewünschte Lage, indem er leichte Erschütterungen ausübt: 24 Aktoren bearbeiten die eingespannte Faser so lange, bis die Lichtdämpfung einen Minimalwert erreicht - damit ist sichergestellt, dass beim Übergang des Lichts von einer Faser auf die nächste möglichst wenig Licht verloren geht.

Computertomographie für Mikro-Bauteile

Speziell für die zerstörungsfreie Untersuchung kleiner Bauelemente zwischen fünf und fünfzig Millimetern haben Wissenschaftler und Ingenieure vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS ein dreidimensionales Mikro-Computertomographie-System entwickelt. Mit dem schnellen und kompakten Gerät lassen sich winzige Defekte mit einer Detailerkennbarkeit bis zu zehn Mikrometern aufspüren. Die Untersuchung des gesamten Bauteils dauert mit dem Mikro-CT-System nur eine Minute bei geringer und drei bis zehn Minuten bei hoher Auflösung.

Fachkoordinator des Messestands:
Dirk Schlenker
Telefon 07 11 / 9 70 15 08, drs@ipa.fraunhofer.de


Dr. Johannes Ehrlenspiel | Fraunhofer-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/german/events/exhibitions
http://www.productronica.de

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