Fluidische Selbstanordnungsbasierende Chip Montage: Ausbau der Grundlagen, Skalierungsgesetze und Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr. Heiko Jacobs
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Mikrosysteme ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 239166543

Hintergrund und Motivation: Die Produktion von fast allen durch den Menschen konzipierten Produkten, wie zum Beispiel kleine Mikrosysteme, Smartphones oder Tablets, verwendet robotische Verfahren, um die unterschiedlichen Komponenten zu verbinden. Trotz der Anwendungsvielfalt gibt es Bereiche, in denen das etablierte, serielle Verfahren des pick&place Skalierungsgrenzen erreicht. Ein Beispiel liefern Anwendungen, welche effizientes Anordnen und Verbinden von mikroskopisch kleinen Objekten (<300 mikrometer) bei hohem Durchsatz (>10000 Objekte/h) und hohe Präzision erfordern. Im Gegensatz dazu produziert die Natur Materialien, Strukturen und lebende Systeme durch hierarchische Selbstorganisation auf verschiedenen Längenskalen. Inspiriert von der Natur werden speziell in Bereichen der Nanotechnologie selbstorganisationsbasierende Herstellungsverfahren als unabkömmlich eingeschätzt, da sie es bereits heute ermöglichen, Objekte mit Größen unter 100 nm in einer massiven parallelen Weise anzuordnen. Handelt es sich allerdings um mikroskopisch große Objekte im Bereich von 100 nm bis 300 µm, lassen sich diese zurzeit noch nicht mit hoher Ausbeute, Durchsatz, und Präzision montieren und elektrisch verbinden. Es wird von einer Assemblierungslücke gesprochen.Ziele: Das grundsätzliche Ziel dieser Forschung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, welches die beschriebene Assemblierungslücke reduziert und es ermöglicht, mikroskopisch kleine Halbleiterchips auf Oberflächen in einer massiv parallelen Weise anzuordnen und elektrisch zu verbinden. Das erste Ziel ist es, die minimale Chipgröße unter Beibehaltung der elektrischen Kontaktierbarkeit voranzutreiben und die Assemblierungsrate über das bestehende Niveau zu steigern. Im Gegensatz zu den meist verwendeten robotischen Methoden konzentriert sich das Forschungsvorhaben auf steuerbare Selbstassemblierungsprozesse. Der wissenschaftliche Verdienst des ersten Zieles liegt darin eine Wissensbasis zu erarbeiten, welche das Engineering von Self-Assembly-Prozessen ermöglicht. Dazu sind grundlegende Untersuchungen der relevanten Elemente wie Assemblierungskräfte, Rezeptor- und Bindungsstellendesigns, Komponentendesign, Transport, mechanische Anregung, etc. notwendig, welche Assemblierung mit hoher Ausbeute und großem Durchsatz ermöglicht. Das zweite Ziel ist es, Anwendungen aufzuzeigen. Das zweite Ziel ist spezifischer und weniger Grundlagen orientiert. Ziel ist es, einen ersten Prototyp eines anwendungsspezifischen Selbst-Montageautomaten zu realisieren. Hier sollen fortgeschrittene und erprobte Verfahren der Selbstorganisation zur Anwendung gebracht werden. Die vorgeschlagene Montagemaschine soll zur Produktion von LED basierenden Leuchtpanelen eingesetzt werden, die eine Montage von LEDs mit hohem Durchsatz (> 10.000 Teile pro Stunde) erfordert. Der wissenschaftliche Verdienst des zweiten Ziels liegt in der Konzeption einer solchen Maschine, die heute noch nicht existiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen