DE19840387A1

DE19840387A1 - Accurate positioning of micro-parts to tolerances of few microns on microstructure using pneumatic grippers

Info

Publication number: DE19840387A1
Application number: DE19840387A
Authority: DE
Inventors: Klaus Pollak; Klaus-Dieter Mueller; Mathias Heckele
Original assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 1998-04-08
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 1999-10-14
Anticipated expiration: 2018-09-05
Also published as: DE19840388B4; DE19840387C2; DE19840388A1

Abstract

The connected micro-parts (2) are sucked onto a supporting plate (4) and held in a desired position and arrangement. Individual components are then separated while the vacuum maintains their individual positions. A gripper is then located above a component and a fluid introduced between the component and gripper surface to center the component. The gripper then lifts and accurately locates the component on a microstructure before releasing. Preferred Features: Vacuum is maintained on remaining components during the lifting and positioning of a component. The quantity of water viscosity fluid required for lifting a micro-component weighing 1 g is 20-60 nl/mm<2>.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fein positionierung von Mikroteilen im Toleranzbereich von eini gen µm bei der Einzelmontage einer Vielzahl mittels einer Trägerschicht verbundener Mikroteile mit Abmessungen im un teren Millimeterbereich auf Mikrostrukturen, unter Anwen dung pneumatischer und adhäsiver Greifer oder Halterungen, z. B. bei der Montage von Mikroabformteilen mit Kantenlän gen im Bereich von 2-3 mm oder darunter.The present invention relates to a method for fine positioning of micro parts within the tolerance range of one gen µm for the individual assembly of a large number using a Carrier layer of connected micro parts with dimensions in the un lower millimeter range on microstructures, among users pneumatic and adhesive grippers or holders, e.g. B. when assembling micro impression parts with edge length in the range of 2-3 mm or less.

Die Erfindung befasst sich dabei speziell mit der Einzel montage von zunächst als Abformfolie vorliegenden, zusam menhängenden Mikroteilen mit einer sie verbindenden Träger schicht auf dem Substrat einer Mikrostruktur. Die Abformfo lien werden unter anderem durch Heißprägen hergestellt. Die zusammenhängenden Mikroteile müssen voneinander getrennt, das heisst vereinzelt werden, bevor sie durch einen ent sprechenden Greifer erfasst, durch diesen zum Montageort gebracht und dort abgesetzt werden. Ein Problem besteht nun darin, daß die zwar zunächst mit der hohen Genauigkeit von wenigen µm auf der Abformfolie positionierten Mikroteile beim Trennen bezogen auf diese ihre Lage verändern. Erfor derlich ist es jedoch, die Mikroteile in einer Position zu haben, die ein genaues Umsetzen der einzelnen Mikroteile in die spätere Montageposition in der ursprünglichen Genauig keit der Abformfolie ermöglicht.The invention deals specifically with the individual assembly of existing as an impression film, together hanging micro parts with a carrier connecting them layer on the substrate of a microstructure. The impression fo Lines are manufactured by hot stamping, among other things. The contiguous micro parts must be separated from each other, that means being isolated before they are replaced by an ent speaking gripper detected by this to the installation site brought and dropped off there. Now there is a problem in the fact that the first with the high accuracy of Micro parts positioned a few µm on the impression film change their position when separating them. Inquire However, it is necessary to close the micro parts in one position have an accurate implementation of the individual micro parts in the later assembly position in the original exact speed of the impression film.

Die Erfindung hat daher zur Aufgabe ein durchgehendes Hand habungsverfahren für Mikroteile anzugeben, das es ermög licht, diese vor, während und nach der Vereinzelung, beim Greifen und Absetzen immer in einer Position innerhalb be stimmter Toleranzen zu halten. Das bedeutet, daß die hohe Lagegenauigkeit der Mikroteile im Folienverbund beim Ab setzvorgang auf einer Mikrostruktur wieder vorhanden sein muß, obwohl während der Zwischenschritte im Magazin, beim Transport, bei der Zwischenlagerung usw. eine Verlagerung weit über die Toleranzen für die endgültige Lage auf dem Substrat der zu bestückenden Mikrostruktur hinaus stattfin den kann.The invention therefore has the task of a continuous hand to specify the micro-parts handling method that made it possible light, before, during and after the separation, at Gripping and depositing always in one position within be keeping tolerances. That means the high Positional accuracy of the micro parts in the film composite when Ab setting process on a microstructure again must, although during the intermediate steps in the magazine, at Transport, during interim storage etc. a relocation far beyond the tolerances for the final location on the The substrate of the microstructure to be populated also takes place that can.

Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen vor, die im kennzeichnenden Teil des Pa tentanspruches 1 angeführt sind. Weitere, vorteilhafte Aus gestaltungen des Verfahrens sind in den Merkmalen der Un teransprüche angegeben.To achieve the object, the invention proposes a method with the features specified in the characterizing part of Pa Tent claim 1 are listed. Further advantageous out The process is described in the characteristics of the Un claims specified.

Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden im folgenden und anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Es zeigen:Details of the present invention are explained in more detail below and with reference to FIGS. 1 to 3. Show it:

die Fig. 1a-d die Verfahrensschritte bis zum Abheben, wo bei in der Fig. 3d das abgehobene Teil ohne Greifer darge stellt ist und Figs. 1a-d, the process steps up to take off, where in is shown in FIG. 3d illustrates the lifted portion without gripper Darge and

die Fig. 2a-c das Verfahrensschema vom Abheben bis zum Absetzen, FIGS. 2a-c, the process scheme to lift off until weaning,

die Fig. 3a-d die Situation am Greifer beim Abheben FIGS. 3a-d the situation on the gripper at liftoff

die Fig. 4a-d die Situation am Greifer beim Absetzen. FIGS. 4a-d, the situation on the gripper when placing.

Der in den einzelnen Stufen a bis d gemäß der Fig. 1 sche matisch dargestellte erste Teil des Verfahrens besteht aus der Magazinierung, der Positionierung sowie der Vereinze lung einer Vielzahl von, mittels einer Trägerschicht 3 ver bundenen Abformteilen 2, wobei diese in der Höhe struktu rierte, sogenannte Mikrobauteile mit Abmessungen im mm-Be reich sind. Die Mikroteile sind auf der Abformfolie posi tioniert und sollen nach ihrer gegenseitigen Trennung durch einen zum Montageort genau positionierten Mikrogreifer ab gehoben und mit diesem unter Aufrechterhaltung geringster Toleranzen im Bereich von wenigen um an ihrem Montageort wieder abgesetzt werden. Dazu müssen die Mikrobauteile, die zunächst mit einer Lageabweichung von +/-2 µm positioniert und zusammenhängend als in Reihen angeordnete Abformteile 2 in Form einer Abformfolie 1 vorliegen, nach ihrer Trennung voneinander möglichst genau in ihrer Ausgangslage verblei ben. Dazu können zusätzlich zwischen ihnen Zwischenstege 7 mit ebenfalls glatten Flächenanteilen vorhanden sein, die ebenfalls Bestandteile der Abformfolie 1 sind. Die Verein zelung erfolgt nun dadurch, daß die Abformteile 2 zusammen im verbundenen Zustand, jedoch jedes für sich einzeln mit tels Unterdruck auf einer Magazinplatte 4 angesaugt, da durch in vorbestimmter Position gemeinsam festgehalten, da nach unter Aufrechterhaltung des Unterdruckes voneinander getrennt und ebenfalls unter Aufrechterhaltung des Unter druckes jeweils für sich auf später beschriebene Weise von der Magazinplatte 4 wieder abgehoben werden. Bei der Ab formfolie 1 wird die Seite der Trägerschicht 3 als Unter seite 5, die strukturierte Seite mit den Abformteilen 2 als Oberseite 6 bezeichnet, wobei diese Oberseite 6 glatte, an saugfähige Flächenanteile aufweist. Bei einer speziellen Ausführungsform der Abformfolie 1 sind die Abformteile 2 in einer Matrix angeordnet, wobei zwischen ihnen Zwischenstege 7 mit ebenfalls glatten Flächenanteilen an der Oberseite 6 vorhanden sind. In dieser Konfiguration können die verein zelten Mikrokomponenten auch ohne Unterdruck hochgenau aus dem Magazin entnommen werden. Solche Abformfolien der Mi krotechnik weisen eine typische Dicke im Bereich von eini gen 100 µm, die einzelnen Abformteile Abmessungen im Bereich von mehreren 100 µm auf.1 in the individual stages a to d according to FIG. 1, the first part of the method consists of the magazine, the positioning and the isolation of a multiplicity of, by means of a carrier layer 3 connected impression parts 2 , these in height rated, so-called micro components with dimensions in the mm-Be are rich. The micro parts are positioned on the impression film and, after their mutual separation, are to be lifted off by a micro-gripper that is precisely positioned at the installation location and are then placed back at their installation location while maintaining the smallest tolerances in the range of a few. For this purpose, the microcomponents, which are initially positioned with a positional deviation of +/- 2 µm and are present continuously as impression parts 2 arranged in rows in the form of an impression film 1 , must remain as exactly as possible in their starting position after their separation from one another. For this purpose, intermediate webs 7, which are likewise smooth surface portions and are also components of the impression film 1 , can additionally be present between them. The Verein zelung now takes place in that the impression parts 2 together in the connected state, but each individually sucked by means of vacuum on a magazine plate 4 , as held together by in a predetermined position, since separated while maintaining the vacuum and also under maintenance of the under pressure can be lifted off from the magazine plate 4 in a manner described later. In the case of the form sheet 1 , the side of the carrier layer 3 is referred to as the lower side 5 , the structured side with the impression parts 2 as the upper side 6 , this upper side 6 having smooth, absorbent surface portions. In a particular embodiment of the impression film 1, the casting parts 2 are arranged in a matrix, wherein the intermediate webs 7 are present between them, also with flat surface portions on the upper side. 6 In this configuration, the isolated micro components can be removed from the magazine with high precision even without negative pressure. Such impression films from micro technology have a typical thickness in the range of some 100 µm, the individual impression parts have dimensions in the range of several 100 µm.

Wie in der Fig. 1a dargestellt, wird die Abformfolie 1 nach einem Prägevorgang in die Ausnehmung 8 auf der Oberfläche der Magazinplatte 4 mit ihrer Oberseite 6 nach unten mit einer Toleranz ihrer Position von etwa +/-0,2 mm so einge legt, daß sie mit den glatten Oberflächenanteilen über die Saugbohrungen 9 und 10 zu liegen kommt, die durch die Maga zinplatte 4 hindurchgehen und von deren Unterseite her mit Unterdruck beaufschlagt werden. Nach Aufbringen dieses Un terdruckes wird die Abformfolie 1 in der Ausnehmung 8 auf der Magazinplatte 4 als Ganzes festgesaugt und somit genau positioniert. Zum Ansaugen wird die Magazinplatte 4 auf den Saugtisch 11 z. B. einer Wafersäge aufgesetzt, dessen Sau göffnungen 12 mit dem Hohlraum 13 der Magazinplatte 4 unter deren Saugbohrungen 9 und 10 in Verbindung stehen. Danach wird die Trägerschicht 3 von deren Unterseite 5 her, z. B. mit dem Sägeblatt 14 der Wafersäge zwischen den Abformtei len 2 durchgesägt, siehe die Fig. 1b. Dabei entspricht die Sägetiefe der Dicke der Trägerschicht 3 zuzüglich eines Aufmaßes, das im Bereich von wenigen µm liegt. Danach sind die Abformteile 2 voneinander getrennt, werden jedoch durch den unter ihnen mittels der Saugbohrungen 9 an ihren glat ten Flächen angreifenden Unterdruck weiterhin in der durch ihre ehemalige Lage auf der Abformfolie 1 vorgegebenen Po sition mit der erwähnten Positionstoleranz von +/-0,2 mm durch das Einlegen der Abformfolie in die Ausnehmung 8 ge halten, siehe die Fig. 1c.As shown in Fig. 1a, the impression film 1 after an embossing process in the recess 8 on the surface of the magazine plate 4 with its top 6 down with a tolerance of its position of about +/- 0.2 mm so that it comes to lie with the smooth surface portions over the suction bores 9 and 10 , which pass through the zinplatte 4 and are subjected to negative pressure from the underside thereof. After applying this un vacuum, the impression film 1 is sucked into the recess 8 on the magazine plate 4 as a whole and thus positioned exactly. For suction, the magazine plate 4 on the suction table 11 z. B. a wafer saw, the sow openings 12 with the cavity 13 of the magazine plate 4 under the suction holes 9 and 10 are in communication. Then the carrier layer 3 from the underside 5 ago, z. B. sawn with the saw blade 14 of the wafer saw between the Abformtei len 2 , see Fig. 1b. The sawing depth corresponds to the thickness of the carrier layer 3 plus an oversize which is in the range of a few μm. Thereafter, the impression parts 2 are separated from each other, however, by the vacuum engaging under them by means of the suction bores 9 on their smooth surfaces, in the position predetermined by their former position on the impression film 1, with the position tolerance of +/- 0.2 mentioned mm hold ge by inserting the impression film into the recess 8 , see Fig. 1c.

Bei der in den Fig. 1a bis 1d dargestellten Form der Ab formfolie 1 sind die Abformteile 2 in einer Matrix angeord net, wobei zwischen ihnen die bereits erwähnten Zwischen stege 7 mit ebenfalls glatten ansaugfähigen Flächenanteilen wie bei den Abformteilen 2 vorhanden sind. Diese Zwischen stege 7 sind mit den Abformteilen 2 durch die aufzutren nende Trägerschicht 3 verbunden. Der im vorstehenden be schriebene Trennvorgang ist hier ähnlich, der Schnitt des Sägeblattes 14 erfolgt zwischen jedem Abformteil 2 und den Zwischenstegen 7. Danach werden auch sie über den Saugboh rungen 10 durch den Unterdruck im Hohlraum 13 in ihrer ur sprünglichen Lage festgehalten, wodurch die Positionierung der Abformteile 2 nach dem Sägeschnitt noch verbessert und der Ordnungsgrad der vereinzelten Abformteile 2 durch das Gitter der auf der Abformfolie 1 mitgeprägten Zwischenstege 7 erhalten bleibt. Nach dem Trennvorgang und einem eventu ellen Weitertransport der Magazinplatte 4 erfolgt die Ent nahme der Abformteile 2 von der Magazinplatte 4 mit oder ohne Aufrechterhaltung des Unterdruckes, siehe die Fig. 1d. Dies kann an einer getrennten Stelle z. B. an der Bereit stellungsposition des des Adhäsionsgreifers 15 eines in der Fig. 1 nicht dargestellten Handhabungsgerätes erfolgen, wodurch dieser so die magazinierten Abformteile 2 an einer festen Position übernehmen kann.In the sheet-form in Figs. 1a to 1d illustrated form of Ab 1, the casting parts 2 in a matrix angeord net, wherein present between them already mentioned intermediate webs 7 having also smooth ansaugfähigen surface portions as in the impression items 2. These intermediate webs 7 are connected to the impression parts 2 through the carrier layer 3 to be opened. The separation process described above be similar here, the saw blade 14 is cut between each impression part 2 and the intermediate webs 7 . Thereafter, they are held on the Saugboh stanchions 10 by the negative pressure in the cavity 13 in their original position, whereby the positioning of the impression parts 2 after the saw cut is further improved and the degree of order of the isolated impression parts 2 through the grid of the intermediate webs co-embossed on the impression film 1 7 remains. After the separation process and a possible further transport of the magazine plate 4 , the impression parts 2 are removed from the magazine plate 4 with or without maintaining the negative pressure, see FIG. 1d. This can be done at a separate location e.g. B. at the ready position of the adhesion gripper 15 of a handling device, not shown in FIG. 1, so that it can take over the stored impression parts 2 at a fixed position.

Der Vorgang ist in den Fig. 2a-c dargestellt.The process is shown in Figs. 2a-c.

Über einem Maschinentisch 21 ist ein Handhabungsgerät 22 mit einem Arbeitsarm 23 angeordnet, der mit einem Adhäsi onsgreifer 15 ausgestattet ist, dessen genauere Funktion in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Auf dem Maschinentisch 21 ist an einer Seite die Magazinplatte 4 mit den ordnungs gradbestimmenden Merkmalen gemäß den Fig. 1a-d fixiert, an einer anderen Stelle die Mikrostruktur bzw. das Substrat 19, auf welchem die im Magazin 4 gehaltenen Mikroteile 2 in genauer Position abgesetzt werden sollen. Das Substrat 19 ist dabei genau zu dem Handhabungsgerät 22 bzw. zu dem Greifer 15 ausgerichtet, so daß bei dem Aufnehmen des Mi kroteiles 2 gemäß der Fig. 2a eine Zentrierung am Greifer 15 nötig ist, um die spätere genaue Absetzposition auf dem Substrat 19 zu erreichen. Diese geschieht durch den in den Fig. 3 und 4 dargestellten Prozeß. Die Fig. 2b zeigt das Bewegen des Arbeitsarmes 23 mit dem daran hängenden und zum Greifer 15 zentrierten Mikroteiles 2 zum Substrat 19 hin und die Fig. 2c sein Absetzen auf diesem mit der er wünschten hohen Genauigkeit.Above a machine table 21 , a handling device 22 is arranged with a working arm 23 , which is equipped with an adhesion gripper 15 , the more precise function of which is shown in FIGS . 3 and 4. On the machine table 21 , the magazine plate 4 is fixed on one side with the features determining the degree according to FIGS . 1a-d, and at another location the microstructure or the substrate 19 on which the micro parts 2 held in the magazine 4 are deposited in an exact position should be. The substrate 19 is precisely aligned to the handling device 22 or to the gripper 15 , so that when picking up the mi croteiles 2 as shown in FIG. 2a, centering on the gripper 15 is necessary in order to determine the later exact placement position on the substrate 19 to reach. This is done by the process shown in FIGS. 3 and 4. FIG. 2b shows the movement of the working arm 23 with the hanging thereon and centered to the gripper 15 microseconds part 2 to the substrate 19 back and FIGS. 2c to be settling on this with which he wished high accuracy.

In den Fig. 3a-d und 4a-d ist der Greifzyklus als zweiter Teil des Verfahrens genauer gezeigt. Wie bereits erwähnt, kann die Lageabweichung der Mikroteile nach dem eingangs beschriebenen Trennprozeß um mehrere Zehnerpoten zen größer sein, als die Toleranz von etwa 2 µm ihrer Posi tion auf der Trägerschicht 3. Diese Abweichung muß nun wie der korrigiert werden, um das Mikroteil 2 mit einem ent sprechend genau vorpositionierten Greifer mit der ursprüngli chen Genauigkeit von etwa 2 µm in einer Position auf dem Substrat einer Mikrostruktur absetzen zu können. Dies er fordert eine Zentrierung des Mikroteiles 2 zu der Greifflä che 16 des Greifers 15. Dazu wird ein adhäsiver Greifer 15 mit seiner Greiffläche 16 über der Oberfläche 17 jeweils eines einzelnen Mikroteils 2 in den Adhäsionsbereich des zum adhäsiven Greifen zwischen den beiden Flächen 16 und 17 notwendigen Flüssigkeitsfilms des Adhäsives 18 gebracht und dadurch die Flächen 16 und 17 von Greifer 15 und Mikroteil 2 durch diesen Flüssigkeitsfilm in der Adhäsionsebene bezo gen auf ihre Umrisse gegenseitig zentriert. Danach wird das einzelne am Greifer 15 zentrierte und damit zu ihm genau positionierte Mikroteil 2 durch adhäsives Greifen von der Unterlage 4 abgehoben und durch den Greifer 15 zu der vor gegebenen Montageposition über der zu bestückenden Mi krostruktur gebracht sowie dort positionsgenau abgesetzt und vom Greifer wieder getrennt.In FIGS. 3a-d and 4a-d of the gripping cycle is shown in greater detail as the second part of the process. As already mentioned, the positional deviation of the micro parts after the separation process described in the introduction can be several tens of potences larger than the tolerance of about 2 μm of their position on the carrier layer 3 . This deviation must now be corrected like that in order to be able to deposit the micro part 2 with a correspondingly precisely pre-positioned gripper with the original accuracy of approximately 2 μm in one position on the substrate of a microstructure. This he calls for centering the micro part 2 to the Greifflä surface 16 of the gripper 15th For this purpose, an adhesive gripper 15 is brought with its gripping surface 16 above the surface 17 of each individual micro part 2 into the adhesive region of the liquid film of the adhesive 18 required for adhesive gripping between the two surfaces 16 and 17 , and thereby the surfaces 16 and 17 of grippers 15 and Micro part 2 through this liquid film in the adhesion plane referenced mutually centered on their outlines. Then the individual on the gripper 15 centered and thus precisely positioned to him micro part 2 is lifted by adhesive gripping from the base 4 and brought by the gripper 15 to the given assembly position above the micro-structure to be equipped, and precisely positioned there and separated again from the gripper .

Im einzelnen geschieht dies am Beispiel eines Greifzyklus in den Fig. 3a-d und 4a-d wie folgt:
Nach der Fig. 3a wird das Adhäsiv 18 mittels einer nicht dargestellten Dosiereinheit im Greifer 15 dosiert. Der Greifer 15 fährt das zu handhabende Mikroteil 2 in der Tei lebereitstellung ohne große Genauigkeit an. Wie in der Fig. 3b dargestellt, bildet sich bei der ersten Berührung zwischen Adhäsiv 18 und Oberfläche 17 des Mikroteiles 2 aufgrund der Benetzungseigenschaften eine Flüssigkeits brücke. Der Greifer verbleibt kurz in dieser Position, um die nächste Phase nicht zu gefährden. Würde er zu früh wie der abgehoben, wäre die Haltekraft noch nicht groß genug, was einen Bruch der Flüssigkeitsbrücke mit Rückfallen des Mikroteiles 2 zur Folge hätte. Gemäß der Fig. 3c findet eine weitere Benetzung statt, was zum Anwachsen der Haltekraft mit gleichzeitigem Anheben des Mikroteiles führt. Bei voll ständiger Benetzung wird dann das Mikroteil 2 mit seiner Oberfläche 17 zu der Greiferfläche 16 zentriert. Danach wird der Greifer 15 mit dem gegriffenen Mikroteil 2 gemäß der Fig. 3d in die Montageposition weggefahren. Die Schritte 3a-d können auch unter Aufrechterhaltung des Unterdruckes über die Saugbohrungen 9 erfolgen, sofern die durch ihn un ten am Mikroteil 2 erzeugte Haltekraft unter der Greifkraft des Adhäsionsgreifers 15 liegt.In detail, this is done using the example of a gripping cycle in FIGS . 3a-d and 4a-d as follows:
According to the Fig. 3a, the adhesive 18 is metered by means of a not shown dosing in the gripper 15. The gripper 15 moves the micro-part 2 to be handled in the live position without great accuracy. As shown in Fig. 3b, a liquid bridge forms at the first contact between the adhesive 18 and surface 17 of the micro part 2 due to the wetting properties. The gripper remains briefly in this position in order not to endanger the next phase. If it were lifted off too early, the holding force would not yet be large enough, which would result in the liquid bridge breaking and the micro part 2 falling back. According to FIG. 3c, further wetting takes place, which leads to an increase in the holding force with simultaneous lifting of the micro part. With complete wetting, the micro part 2 is then centered with its surface 17 to the gripper surface 16 . Then the gripper 15 with the gripped micro part 2 is moved away into the assembly position according to FIG. 3d. The steps 3 a-d can also be carried out while maintaining the negative pressure via the suction bores 9 , provided that the holding force generated by him on the micro part 2 is below the gripping force of the adhesive gripper 15 .

Das Absetzen über einem Substrat 19 ist in den Fig. 4a-d dargestellt. In 4a fährt das nicht dargestellte Handha bungsgerät mit dem Greifer 15 eine programmierte Position über dem Substrat 19 einer zu bestückenden Mikrostruktur an. Über dem Substrat 19 wird dabei ein Abstand 20 einge halten, um den Absetzvorgang einzuleiten. In 4b wird Wärme Q zur Beschleunigung des Verdunstungsprozesses des Adhäsi ves zugeführt, mit dem die Trennung zum Beispiel herbeige führt werden kann. Es bilden sich bei der Verdunstung wie der die bei der Fig. 3 beschriebenen Flüssigkeitsbrücken, die die weitere Haltekraft erzeugen. Dabei verändert das Mikroteil 2 seine Lage in der Ebene zur Greiferfläche 16 nicht. Danach verfährt der Greifer 15, siehe die Fig. 4c, bis zum Kontakt mit dem Substrat 19. Diese Bewegung wird bei einer bestimmten, einstellbaren Kraft abgebrochen. Da nach erfolgt das Fixieren oder Verbinden des Mikroteiles 2 mit dem Substrat 19 gemäß Fig. 4d mit dem Anpreßdruck F, z. B. mit der Kapillarklebetechnik. Danach wird der Greifer 15 langsam von dem nunmehr auf dem Substrat 19 abgesetzten Mikroteil 2 wieder abgehoben, um dessen Lage nicht mehr zu verändern.The deposition over a substrate 19 is shown in FIGS. 4a-d. 4a, the handling device (not shown) moves to a programmed position above the substrate 19 of a microstructure to be equipped with the gripper 15 . A distance 20 is kept above the substrate 19 in order to initiate the settling process. In FIG. 4b, heat Q is added to accelerate the evaporation process of the adhesive, with which the separation can be brought about, for example. During evaporation, the liquid bridges described in FIG. 3 are formed, which generate the further holding force. The micro part 2 does not change its position in the plane to the gripper surface 16 . The gripper 15 then moves, see FIG. 4c, until it contacts the substrate 19 . This movement is stopped at a certain, adjustable force. Since after fixing or connecting the micro part 2 with the substrate 19 according to FIG. 4d with the contact pressure F, z. B. with the capillary adhesive technology. Thereafter, the gripper 15 is slowly raised again from the micro part 2 now placed on the substrate 19 in order not to change its position.

Die Toleranzkette bei dem Verfahren stellt sich damit wie folgt:
Auf der Abformfolie 1 sind die Mikroteile 2 mit einer Ge nauigkeit von +/-2 µm positioniert. Beim Einlegen in die Magazinplatte 4 kann sich eine Lageabweichung der Abformfo lie von +/-0,2 mm, d. h. 200 µm oder noch mehr ergeben. Bei der Vereinzelung auf der Magazinplatte 4 ergeben sich durch den Sägeschnitt weitere +/-40 µm Abweichung. Durch das An saugen wird somit eine maximale Abweichung von etwa bis zu +/-250 µm bezogen auf die Ausgangslage fixiert. Der adhä sive Greifer 15 ist zusammen mit seinem Handhabungsgerät zu der Montageposition über dem zu bestückenden Substrat 19 im unteren µm-Bereich justiert und erreicht die Abhebeposition mit einer ähnlichen Genauigkeit. Die im vorstehenden be schriebene Zentrierung erfolgt dann aus der um den oben an gegebenen Betrag abweichenden Position der Magazinierung und Trennung mit einer Genauigkeit von +/-2 µm in die neue Position am Greifer. Damit ist das Mikroteil 1 auch mit entsprechender Genauigkeit zu seiner späteren Montageposi tion auf dem Substrat 19 positioniert.The tolerance chain in the process is as follows:
On the impression film 1, the micro parts of 2 microns are positioned with an accuracy of +/- Ge. 2 When inserting it into the magazine plate 4, there may be a positional deviation of the impression sheet of +/- 0.2 mm, ie 200 μm or even more. When separating on the magazine plate 4 , the saw cut results in a further +/- 40 µm deviation. A maximum deviation of up to +/- 250 µm in relation to the starting position is thus fixed by suction. The adhesive gripper 15 , together with its handling device, is adjusted to the mounting position above the substrate 19 to be fitted in the lower μm range and reaches the lifting position with a similar accuracy. The centering described above then takes place from the position of the magazine and separation deviating by the amount given above with an accuracy of +/- 2 µm into the new position on the gripper. Thus, the micro part 1 is positioned with appropriate accuracy for its later assembly position on the substrate 19 .

In der folgenden Tabelle sind die Zentrierergebnisse bei Wasser als Adhäsiv für vier gewählte Kombinationen der Ver hältnisse von Greiferfläche 16 zur Oberfläche 17 des Mikro teiles bei bestimmten Mengenbereichen des Adhäsives 18 und Bereichen der Greifabstände angegeben, wobei Δ die Diffe renz der Position der jeweiligen Außenkanten voneinander ist. Die Seitenlängen des Mikroteiles betrugen bei dem Bei spiel x = 3000 µm sowie y = 2000 µm. In the following table, the centering results with water as an adhesive for four selected combinations of the ratios from the gripper surface 16 to the surface 17 of the micro part are specified for certain quantity ranges of the adhesive 18 and ranges of the gripping distances, where Δ is the difference in the position of the respective outer edges from one another is. The side lengths of the micro part were x = 3000 µm and y = 2000 µm in the example.

Die Ergebnisse zeigen, daß die Zentrierwirkung von den Ab messungen der Greifer zur Greifobjektfläche und von der verwendeten Adhäsivmenge abhängig ist. Für eine ausrei chende Benetzung der Greiferfläche 16 ist eine Mindestadhä sivmenge von 20 nl/mm² bis in den Grammbereich der Ge wichtskräfte erforderlich, die in Abhängigkeit der Greifer zur Greifobjektfläche 16 und 17 (Flächendifferenz) zur Zen trierung von diesen zueinander führt. Der Zentriereffekt tritt dabei nur in einem bestimmten Mengenbereich des Adhä sivs 18 auf. Liegt eine Flächendifferenz <+50 µm oder <-50 µm bei gleichen Werten in der x- und der y-Achse vor, so wird eine Positionierungsgenauigkeit von +/-2 µm, die in nerhalb der Meßgenauigkeit liegt, erreicht. Die Orientie rungsgenauigkeit beträgt dabei +/-0,1 Grad. Die Benetzung der Oberflächen mit mehr als 60 nl/mm², der maximalen Adhä sionsmenge, ruft eine Verkippung des Greifobjektes hervor. Dadurch kommt es zu keinem Zentriereffekt mehr. Der Adhä sivmengenbereich, bei welchem eine Zentrierung von +/-2 µm auftritt, verringert sich, wenn die Flächendifferenz in beiden lateralen Abmessungen der Flächen 16 und 17 nicht unterschiedlich ist. The results show that the centering effect depends on the dimensions of the grippers from the gripping object surface and on the amount of adhesive used. For a sufficient wetting of the gripper surface 16 , a minimum adhesive quantity of 20 nl / mm ^{2 is} required up to the gram range of weight forces which, depending on the gripper, leads to the gripping object surface 16 and 17 (area difference) for centering them from one another. The centering effect occurs only in a certain quantity range of the adhesive 18 . If there is an area difference of <+50 µm or <-50 µm with the same values in the x and y axes, a positioning accuracy of +/- 2 µm, which is within the measurement accuracy, is achieved. The orientation accuracy is +/- 0.1 degrees. The wetting of the surfaces with more than 60 nl / mm ² , the maximum amount of adhesion, causes the gripping object to tilt. This means that there is no longer any centering effect. The adhesive quantity range, in which a centering of +/- 2 μm occurs, is reduced if the area difference in the two lateral dimensions of the areas 16 and 17 is not different.

Reference list

11

Abformfolie
Impression film

22nd

Abformteile, Mikroteile
Impression parts, micro parts

33rd

Trägerschicht
Carrier layer

44th

Magazinplatte, Unterlage
Magazine plate, underlay

55

Unterseite Abformfolie
Bottom of the impression film

66

Oberseite Abformfolie
Top of the impression film

77

Zwischenstege
Intermediate bridges

88th

Ausnehmung für Recess for

11

99

Saugbohrungen
Suction holes

1010th

Saugbohrungen
Suction holes

1111

Saugtisch
Suction table

1212th

Saugöffnungen
Suction openings

1313

Hohlraum unten
Cavity below

1414

Sägeblatt
Saw blade

1515

Adhäsionsgreifer
Adhesive gripper

1616

Greiffläche
Gripping surface

1717th

Oberfläche Mikroteil
Micro part surface

1818th

Adhäsiv
Adhesive

1919th

Substrat, Mikrostruktur
Substrate, microstructure

2020th

Abstand
distance

2121

Maschinentisch
Machine table

2222

Handhabungsgerät
Handling device

2323

Arbeitsarm
Labor arm

Claims

1. Method for fine positioning of micro parts in the tolerance range of a few microns for the individual assembly of a large number of micro parts connected by means of a carrier layer with dimensions in the lower millimeter range on microstructures, using pneumatic and adhesive grippers or holders, e.g. B. in the Mon days of micro impression parts with edge lengths in the range of 2-3 mm or less, characterized by the following process steps:

a) the micro parts are together in the connected state, but each individually sucked in by means of negative pressure on a base and thereby held together in a predetermined position, tolerance and degree of order through the impression,
b) then the micro parts are separated from each other while maintaining the negative pressure and largely fixed in their former position as after the separation by the negative pressure,
c) then an adhesive gripper with its gripping surface above the surface of an individual micro part is brought into the adhesive area of the liquid film necessary for adhesive gripping between the two surfaces, and thereby the surfaces of the gripper and micro part are related to this liquid film in the adhesion plane their outlines centered on each other,
d) Then the individual micro part centered on the gripper and thus precisely positioned to it is lifted from the base by adhesive gripping and brought to the specified assembly position above the microstructure by the gripper and is positioned there and separated from the gripper again.

2. The method according to claim 1, characterized in that lifting the impression parts in steps c) and d) also while maintaining the negative pressure is carried out.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized net that the liquid film from a low viscosity Liquid, such as from water or a water / Alcohol mixture is formed.

4. The method according to claim 1 or 3, characterized in that the adhesive amount for a liquid with about the viscosity of water 20 nl / mm ² to 60 nl / mm ² be wetted area for a weight range of the micro part to be gripped into Gram range.