DE19850041A1

DE19850041A1 - Mikrotechnologisches Bondverfahren und zugehörige Vorrichtung

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Publication number: DE19850041A1
Application number: DE19850041A
Authority: DE
Inventors: Peter Post; Andreas Muth; Herbert Vollmer; Michael Weinmann; Gerhard Lutz; Alex Dommann; Urs Lippunger
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2000-05-04

Abstract

Es wird ein mikrotechnologisches Bondverfahren zur Herstellung einer Klebeverbindung zwischen zwei Körpern (2, 3) vorgeschlagen, wobei im Bereich der zu verklebenden Zonen (5) ein Klebstoff (8) plaziert wird. Als Klebstoff kommt mindestens ein bei Erwärmung schmelzender und dabei eine Klebewirkung entfaltender biegeflexibler Kleberfaden (13) zur Anwendung, der eine definierte Querschnittsform aufweist und der entlang den zu verklebenden Zonen (5) verlegt wird. Es wird ferner eine sich zur Durchführung dieses Verfahrens besonders eignende Vorrichtung vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein mikrotechnologisches Bondverfahren zur Herstellung einer Klebeverbindung zwischen zwei Körpern bei der Fertigung von Mikrosystem-Komponenten, beispielsweise von Mikroventilen, wobei im Bereich der zu verklebenden Zonen wenigstens einer der zu verklebenden Flächen ein Klebstoff plaziert wird. Ferner betrifft die Erfindung eine zur Durch führung dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung.

In der Mikrosystemtechnik eingesetzte Komponenten bestehen regelmäßig aus mehreren durch Mikrostrukturierungsverfahren hergestellten plattenartigen Körpern, die aufeinanderge schichtet und durch Bonden fest miteinander verbunden sind. Eine besonders relevante Art derartiger Mikrosystem-Komponen ten sind sogenannte Mikroventile, deren einzelne Bestandteile mikromechanisch bearbeitet sind und die in der Fluidtechnik zur Anwendung gelangen.

Eine mögliche Art des Bondens besteht im Verkleben der be treffenden Körper. Gemäß Fachbuch "Grundlagen der Mikrosy stemtechnik", Gerlach/Dötzel, Carl Hanser Verlag München, 1997, Seite 157 wird dabei der Klebstoff bisher durch Dispen sen, durch Siebdruck oder durch Stempeldruck aufgebracht. Diese Verfahren haben allerdings den Nachteil, daß sich die Klebstoffmenge nur sehr ungenau dosieren läßt, woraus das Problem resultiert, daß entweder zu wenig Klebstoff aufge bracht wird, was die Dichtheit der Verbindung beeinträchtigen kann, oder daß zuviel Klebstoff aufgebracht wird, was die Funktionsfähigkeit der neben den zu verklebenden Zonen be findlichen Mikrostrukturen beeinträchtigen kann.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren mit zu ihrer Durchführung geeigneter Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. der sich ein sehr exakt plazierbarer und zu gleich genau dosierbarer Klebstoffauftrag durchführen läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist im Zusammenhang mit dem ein gangs genannten Bondverfahren vorgesehen, daß als Klebstoff mindestens ein erst bei bestimmten äußeren Einwirkungen eine Klebewirkung entfaltender Kleberfaden mit definierter Quer schnittsform verwendet wird, der entlang den zu verklebenden Zonen verlegt wird.

An die Stelle der Verwendung pastöser oder flüssiger Kleb stoffe tritt nun ein als Kleberfaden bezeichneter faden- oder faserartiger Klebstoffstrang, der sich wegen des gegebenen inneren Zusammenhalts sehr leicht in einer gewünschten Weise bzw. in einem gewünschten Verteilungsmuster über der zu ver klebenden Fläche verlegen läßt. Da sich ein solcher Kleberfa den problemlos mit einer definierten Querschnittsform verse hen läßt, beispielsweise durch entsprechende Kalibrierung bei der Herstellung, läßt sich die Klebermenge sehr exakt dosie ren; es ist lediglich ein Kleberfaden mit entsprechender Querschnittsgeometrie zu verwenden. Da sich die wesentliche Klebewirkung erst bei spezifischen, insbesondere vom Kleber material abhängigen äußeren Einwirkungen entfaltet, läßt sich der Kleberfaden zuvor aufgrund der dann noch nicht vorhande nen oder nur geringen Haftungstendenz sehr einfach an den ge wünschten Stellen positionieren, wobei unter Umständen auch noch Lagekorrekturen vorgenommen werden können. Selbst kom plizierte Verläufe von Klebezonen lassen sich problemlos rea lisieren, ohne daß Topf- und Verarbeitungszeiten des Kleb stoffes begrenzend auf die Menge der zu verklebenden Struktu ren Einfluß nehmen würden.

Vorteilhafte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Als Klebstoff wird insbesondere ein Kleberfaden verwendet, der seine Klebewirkung erst bei Energiezufuhr entfaltet, wo bei es sich beispielsweise um einen bei Erwärmung schmelzen den Kleberfaden handeln kann, so daß von einem Schmelzkleber gesprochen werden kann.

In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens besteht der insbesondere über biegeflexible Eigenschaften verfügende Kle berfaden aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial. Er wird zweckmäßigerweise im noch nicht klebenden Zustand im Be reich der zu verklebenden Zonen plaziert. Alternativ könnte als Klebstoffmaterial beispielsweise Lot bestehend aus einer Metallegierung oder ein Glaslot oder ein Reaktivklebstoff zur Anwendung gelangen.

Die Verlegung des Kleberfadens kann unter Verwendung einer geeigneten Haltestruktur mit geringfügigem Abstand zur zu verklebenden Fläche erfolgen. Eine solche Haltestruktur kann beispielsweise über stiftartig ausgebildete Haltemittel ver fügen, die neben dem betreffenden Körper angeordnet sind und an denen der Kleberfaden fixiert wird, so daß er die zu ver klebende Fläche ein- oder mehrfach überspannt.

Um mehrere von Klebstoff umrahmte Körperbereiche zu erhalten, kann der Kleberfaden mit Überkreuzkonfiguration verlegt wer den. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn die zu bon denden Körper jeweils einen Waververbund darstellen, der eine Vielzahl mikrostrukturierter Einheiten bzw. Chips umfaßt, die erst nach dem Verkleben zum Erhalt der gewünschten Komponen ten vereinzelt werden. Durch die Überkreuzkonfiguration las sen sich beispielsweise Einzelchips von quadratischer, recht eckiger oder rautenförmiger Gestalt realisieren. Dabei kann ein einzelner, ununterbrochen durchgehender Kleberfaden zur Anwendung gelangen oder man kann auf mehrere Einzelfäden zu rückgreifen, indem man beispielsweise zwei mit Querverlauf übereinanderliegend angeordnete Scharen zueinander paralleler Kleberfäden einsetzt. Denkbar wäre auch ein Verlegen des Kle berfadens in Gestalt einer vorgefertigten Maskenstruktur mit beispielsweise gitterartigem Aufbau.

Eine weitere zweckmäßige Maßnahme sieht vor, den Kleberfaden beim Verlegen entlang der zu verklebenden Zone insbesondere durch stellenweise Energiezufuhr am zugeordneten Körper vor zufixieren. Auf diese Weise läßt sich der Kleberfaden meist ohne zusätzliche Haltemittel punktuell festlegen, so daß er auch bei eventuellen Erschütterungen seine Lage unverändert beibehält. Die Fixierungsstellen können sich beispielsweise in solchen Bereichen befinden, in denen der Kleberfaden eine Änderung in seiner Verlegerichtung erfährt, um beispielsweise eine rahmenartig in sich geschlossene Kleberumrandung um eine einzelne Mikrostrukturen herum vorzusehen.

Vorzugsweise werden der oder die Kleberfäden in einer im Be reich der zu verklebenden Zonen vorgesehenen Nutanordnung des einen der zu verklebenden Körpers verlegt. Diese Nutanordnung begünstigt die lagerichtige Positionierung des noch nicht aufgeschmolzenen Kleberfadens und verhindert ungewollte Lage änderungen. Die sich aus einer oder mehreren in einem be darfsgemäßen Muster angeordneten Nuten zusammensetzende Nut anordnung ist zweckmäßigerweise durch Mikrostrukturierung in den betreffenden Körper eingebracht. Hier können je nach Ma terial, beispielsweise Silizium oder Kunststoff, insbesondere Ätz- und/oder Abformtechniken zum Einsatz gelangen.

Nach dem Klebstoffauftrag werden die zu bondenden Körper zweckmäßigerweise mit einander zugewandten Klebeflächen an einandergesetzt und zusammengespannt, worauf sie zur Herbei führung des Aufschmelzens des Kleberfadens einer geeigneten Behandlung, beispielsweise thermischer Art, unterzogen wer den. Der geschmolzene Kleber kann sich dabei in der gegebe nenfalls vorhandenen Nutanordnung verteilen und letztere, je nach Volumen, ganz oder teilweise ausfüllen. In diesem Zusam menhang ist es von Vorteil, wenn in der zu verklebenden Flä che eine oder mehrere Vertiefungen vorhanden sind, die als Verdrängungsvolumina dienen und eventuell überschüssige Kleb stoffanteile aufnehmen können. Die Vertiefungen können sepa rat zur Nutanordnung ausgebildet und mit dieser verbunden sein. Denkbar wäre auch eine Ausgestaltung der Nutanordnung mit überdimensioniertem Querschnitt, so daß ein Teil des Nut querschnittes die Funktion der besagten Vertiefungen überneh men kann.

Eine sich zur Durchführung des Bondverfahrens besonders eig nende Vorrichtung zeichnet sich durch das Vorhandensein we nigstens der nachstehend aufgeführten Bestandteile aus:

(a) eine erste Halterung zur lösbaren Fixierung des zu ver klebenden ersten Körpers;
(b) eine Verlegeinrichtung zum bedarfsgemäßen Verlegen min destens eines Kleberfadens entlang einer zu verklebenden Fläche des ersten Körpers;
(c) eine zweite Halterung zur lösbaren Fixierung des zu ver klebenden zweiten Körpers;
(d) Spannmittel zum Zusammenspannen der beiden Halterungen bei mit ihren zu verklebenden Flächen aneinandergesetzten Körpern; und
(e) eine Heizeinrichtung zum Erwärmen der zusammengespannten Körper einschließlich des zwischengefügten mindestens einen Kleberfadens.

Die Verlegeeinrichtung kann hierbei über eine Spulenanordnung verfügen, auf der der Kleberfaden aufgewickelt ist und von der er während des Verlegens abgewickelt wird. Durch den Ein satz einer NC- oder CNC-gesteuerten Verlegeeinrichtung lassen sich die gewünschten Kleberfadenverläufe sehr einfach und flexibel realisieren.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeich nung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1 die Phase des Verlegens eines Kleberfa dens auf einem zu verklebenden Körper, welcher letztere in einer Halterung einer zur Durchführung des Bondverfahrens die nenden Vorrichtung angeordnet ist, in Draufsicht in einer Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie I-I aus Fig. 2,

Fig. 2 den aus Fig. 1 ersichtlichen Verfahrens schritt im Querschnitt gemäß Schnittlinie II-II, wobei auch eine in Fig. 1 ober halb der Zeichenebene liegende, zur Fi xierung eines zweiten Körpers dienende zweite Halterung der Vorrichtung ersicht lich ist,

Fig. 3 in einem vereinfachten Teilquerschnitt ähnlich der Fig. 2 eine zweckmäßige Art des Verlegens eines Kleberfadens unter Mitwirkung einer Verlegeeinrichtung,

Fig. 4 im Querschnitt einen Teilausschnitt zwei er nach dem Aufbringen eines Kleberfadens mit ihren zu verklebenden Flächen anein andergesetzter Körper, die durch strich punktiert dargestellte Spannmittel zusam mengespannt sind,

Fig. 5 die Anordnung aus Fig. 4 in einem Zu stand, in dem sie in einer strichpunk tiert angedeuteten Heizeinrichtung posi tioniert ist, wobei ein Zustand gezeigt ist, bei dem der Kleberfaden nach Erwär mung geschmolzen und die beiden Körper zusammengeklebt sind,

Fig. 6 und 7 ausschnittsweise Darstellungen zweier verklebter Körper im Querschnitt ver gleichbar der Fig. 5, wobei zusätzliche Vertiefungen ersichtlich sind, die zur Aufnahme überschüssiger Klebstoffanteile dienen, und

Fig. 8 in perspektivischer Darstellung eine wei tere vorteilhafte Art des Verlegens eines Kleberfadens auf einem zu verklebenden Körper.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine allgemein mit Bezugsziffer 1 versehene Bondvorrichtung, die es ermöglicht, zwei schema tisch abgebildete platten- oder scheibenartige Körper 2, 3 im Rahmen der Herstellung von Mikrosystem-Komponenten miteinan der zu verkleben. Einer oder beide Körper 2, 3 enthalten eine durch vorausgehende mikromechanische Prozessierung erzeugte Mikrostruktur, beispielsweise in Form von Durchbrechungen, Kanälen oder Vertiefungen, die je nach Einsatzzweck einer herzustellenden Mikrosystem-Komponente unterschiedliche Funk tionen haben können. Die Herstellung der Mikrostrukturen er folgt durch bekannte mikrotechnologische Verfahren, die auch vom Material des betreffenden Körpers abhängen, so beispiels weise durch Ätzverfahren oder durch Abformtechnik. Beim Aus führungsbeispiel bestehen die zu verklebenden Körper 2, 3 aus Halbleitermaterial, insbesondere aus Silizium, es wäre aber beispielsweise auch Kunststoffmaterial möglich.

Beim Ausführungsbeispiel ist nur ein erster (2) der beiden Körper mit einer Mikrostruktur versehen, die sich aus mehre ren über die Körperfläche verteilten mikrostrukturierten Be reichen 4 zusammensetzt, die in Fig. 1 durch Quadrate ange deutet sind. Der zweite Körper 3 ist in der Zeichnung ledig lich als unstrukturierter Körper dargestellt.

Die beiden zu verklebenden Körper 2, 3 verfügen über einander zugewandte zu verklebende Flächen 2', 3'. Diese sind in zu verklebende Zonen 5 und in nicht zu verklebende Zonen unter teilt, wobei letztere im vorliegenden Fall von den mi krostrukturierten Bereichen 4 gebildet sind. Die zu verkle benden Zonen 5 stellen beim Ausführungsbeispiel rahmenartige Umrandungen der mikrostrukturierten Bereiche 4 dar, die so miteinander verknüpft sind, daß sie auf der betreffenden Flä che 2', 3' eine Art Gitterstruktur darstellen.

Um ein mikrotechnologisches Bauteil herzustellen, wird im Be reich der zu verklebenden Zonen 5 zwischen den beiden Körpern 2, 3 ein Klebstoff 8 plaziert. Anschließend werden die Körper 2, 3 mit ihren zu verklebenden Flächen 2', 3' gemäß Fig. 2 (Pfeil 6) aneinandergesetzt und gemäß Fig. 4 unter Verwen dung von Spannmitteln 7, die beispielsweise klammerartig aus geführt sein können, fest zusammengespannt. Hernach werden die zusammengespannten Körper 2, 3 durch eine in Fig. 5 strichpunktiert angedeutete Heizeinrichtung 12 erwärmt, bei spielsweise in einem Heizofen. Auch eine andere Einrichtung zur Energiezufuhr könnte verwendet werden, beispielsweise op tischer Art. Die Ausgestaltung wird in Abhängigkeit von der Materialart des Kleberfadens gewählt. Die Erwärmung bringt den beim Ausführungsbeispiel als Schmelzkleber ausgeführten Klebstoff 8 zum Schmelzen, so daß im Bereich der zu verkle benden Zonen 5 eine feste und vorzugsweise auch fluiddichte Klebeverbindung entsteht.

In gleicher Weise können mit einem oder beiden Körpern 2, 3 weitere Körper verklebt werden, so daß sich ein sandwich- bzw. schichtartiger Aufbau ergibt. Die Mehrfachklebevorgänge können auch gleichzeitig abgewickelt werden.

Es könnte ein Kleberfaden zum Einsatz gelangen, durch den durch einen irgendwie gearteten Wirkmechanismus beim Schmel zen eine chemische Reaktion stattfindet (z. B. durch Aufnahme von Luftsauerstoff oder Wasserdampf aus der Luft), die be wirkt, daß bei einem erneuten Erwärmen kein Lösen des Verbun des mehr stattfindet. Dies begünstigt die Herstellung mehr schichtiger Körperverbünde. Möglich wäre auch die parallele Verlegung zweier Kleberfäden, die als Zweikomponentenkleber fungieren würden.

Nach dem Verkleben der Körper 2, 3 wird der dann vorliegende Schichtkörper rechtwinkelig zu seiner Erstreckungsebene durch geeignete Trennverfahren geteilt, so daß sich einzelne Kompo nenten ergeben, die jeweils einen oder mehrere mikrostruktu rierte Bereiche 4 umfassen und die sich in Mikrosystemen ein setzen lassen. Bei diesen Komponenten kann es sich beispiels weise um Mikroventile im Mehrschichtaufbau handeln.

Der Zerteilungsvorgang ist nicht notwendigerweise erforder lich, wenn der hergestellte Schichtkörper als eigenständige Mikrosystem-Komponente eingesetzt wird. Exemplarisch für ei nen solchen Aufbau zeigt die Fig. 8 einen Klebstoffauftrag auf einen Körper 2, der lediglich einen mikrostrukturierten Bereich 4 aufweist. Die in Fig. 1 und 2 gezeigte Fertigung im Substratverbund mit anschließender Vereinzelung wird al lerdings in der Regel Fertigungsvorteile insbesondere auch auf der Kostenseite zur Folge haben.

Beim Verkleben der beiden Körper 2, 3 wird beim Ausführungs beispiel als Klebstoff 8 ein bei Erwärmung schmelzender und dabei eine Klebewirkung entfaltender biegeflexibler Kleberfa den 13 verwendet, der eine definierte Querschnittsform auf weist. Dieser Kleberfaden wird an der zu verklebenden Fläche 2' des ersten Körpers 2 entlang den zu verklebenden Zonen 5 verlegt. Er besteht beim Ausführungsbeispiel aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial, das bei Raumtemperatur noch keine Klebeeigenschaften aufweist, wobei er in diesem nicht-klebenden Zustand an den zu verklebenden Zonen 5 pla ziert wird. Zur Vereinfachung der Darstellung ist der Kleber faden 13 in Fig. 1, 3 und 8 als einfache Linie gezeichnet. Denkbare andere Klebermaterialien wären beispielsweise Me tall- oder Glaslot oder ein Reaktivklebstoff.

Da der Kleberfaden 13 im Verlegezustand nicht klebt, läßt er sich sehr leicht an den gewünschten Stellen positionieren. Er kann zudem sehr einfach als Endlosfaden auf einer Speicher einrichtung 14 bereitgestellt werden, von der er dem Verlege fortschritt entsprechend entnommen wird. Als Speichereinrich tung 14 bietet sich insbesondere eine Spulenanordnung 15 an, auf der der Kleberfaden 13 ähnlich einer Garnrolle aufgewic kelt ist und von der er dem Verarbeitungsfortschritt entspre chend abgezogen bzw. abgewickelt werden kann, was ein konti nuierliches Verlegen gestattet.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen einen Anwendungsfall, bei dem sämtliche zu verklebenden Zonen 5 mit einem einzigen, unun terbrochen durchgehenden Kleberfaden 13 bestückt werden. Das Verlegen des Kleberfadens 13 erfolgt hierbei zweckmäßigerwei se unter Einsatz einer die Speichereinrichtung 14 enthalten den Verlegeeinrichtung 16, welche den Kleberfaden 13 ausspen det und die dem gewünschten Verlauf entsprechend über die zu verklebende Fläche 2' des ersten Körpers 2 hinwegbewegt wird, wobei der Kleberfaden 13 in der jeweils benachbarten Zone 5 abgelegt wird. Um den gitterartigen Verlauf der zu verkleben den Zonen 5 abzudecken, wird der Kleberfaden 13 zweckmäßiger weise mit Überkreuzkonfiguration verlegt, so daß sich eine Vielzahl von von Klebstoff umrahmten Körperbereichen ein stellt, die von den mikrostrukturierten Bereichen 4 gebildet sind. Während des Verlegevorganges wird der Kleberfaden 13 einenends zweckmäßigerweise körperfest fixiert (Befestigungs stelle 17 in Fig. 1 bis 3), von wo aus er linear mehrfach über die zu verklebende Fläche 2' hinweg verlegt wird. Die Befestigungsstelle 17 befindet sich beim Ausführungsbeispiel neben dem Körper 2 an einer ersten Halterung 18 der Bondvor richtung 1. An dieser ersten Halterung 18 ist der erste Kör per 2 unter Verwendung nicht näher gezeigter Befestigungsmit tel lösbar fixiert.

Entlang des Umrisses des ersten Körpers 2 verteilt sind an der ersten Halterung 18 mehrere Haltemittel 22 vorgesehen, die beim Ausführungsbeispiel stiftartig ausgeführt sind und ausgehend von einer den ersten Körper 2 tragenden Grundplatte 23 neben einer Aufnahme 24 für den ersten Körper 2 hochragen, so daß letzterer durch diese Haltemittel 22 beispielsweise zaunähnlich umgrenzt wird. Die zuvor erwähnte anfängliche Be festigungsstelle 17 befindet sich an einem der Haltemittel 22. Die übrigen Haltemittel 22 werden nun ebenfalls dafür verwendet, um den verlegten Kleberfaden 13 zu fixieren, und insbesondere auch dazu, Umlenkstellen 25 zu definieren, die eine Änderung der Verlegerichtung ermöglichen. Der Kleberfa den 13 ist somit in eine Vielzahl linearer Abschnitte unter teilt, die sich zwischen den Haltemitteln 22 erstrecken.

Es versteht sich, daß der zum Verkleben zweier Körper 2, 3 verwendete Klebstoff auch durch Applikation mehrerer einzel ner Klebefäden an den gewünschten Stellen plaziert werden kann. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 wäre es beispielsweise denkbar, eine erste Schar und eine zweite Schar von untereinander jeweils parallel verlaufenden Kleber fäden anzubringen, welche sich unter einem bestimmten Winkel überkreuzen, der sich insbesondere auch an der Gestaltung der mikrostrukturierten Bereiche 4 orientieren kann und bei dem es sich vorliegend um einen rechten Winkel handelt. Möglich wäre es auch, einen oder mehrere Kleberfäden in Gestalt einer Gitterstruktur oder einer anderen geeigneten Maskenstruktur als Ganzes auf dem betreffenden Körper zu plazieren.

Wie aus Fig. 8 hervorgeht, können Befestigungs- und/oder Um lenkstellen 17, 25 auch unmittelbar an dem mit Klebstoff zu beschickenden ersten Körper 2 vorgesehen werden. Diese Befe stigungs- bzw. Umlenkstellen 17, 25 werden beispielsweise da durch definiert, daß man den Kleberfaden 13 während seines Verlegens durch stellenweise bzw. punktuelle Erwärmung oder sonstigen Energieeintrag an der zu verklebenden Fläche 2' vorfixiert. In diesem Fall kann die Verlegeeinrichtung 16 zu sätzlich zu der den Kleberfaden 13 liefernden Ausspendeein richtung 26 auch eine Aufschmelzeinrichtung 27 enthalten, die beispielsweise eine dem Verlegeweg des Kleberfadens 13 nach führbare Aufschmelzelektrode 28 besitzt, die gemäß Doppel pfeil 32 rechtwinkelig zur Erstreckungsebene des Körpers 2 positionierbar ist, um den Kleberfaden 13 punktuell mit gleichzeitiger Wärmeeinwirkung gegen die zu verklebende Flä che 2' zu drücken. Die Kontaktbereiche zwischen der Auf schmelzelektrode 28 und dem ersten Körper 2 bilden dann von Fall zu Fall eine Befestigungsstelle 17 und/oder eine Umlenk stelle 25. Anstelle der Aufschmelzelektrode 28 könnte bei spielsweise auch ein Laserwerkzeug Verwendung finden.

Das Verlegen des oder der Klebefäden 13 über die zu verkle benden Zonen 5 hinweg kann, insbesondere auch in Abhängigkeit von der Art und Weide der körperfesten Fixierung des jeweili gen Kleberfadens 13, mit geringfügigem Abstand zur zu verkle benden Fläche 2' und/oder unter Berührkontakt zu der zu ver klebenden Fläche 2' erfolgen. In jedem Fall ist es jedoch von Vorteil, wenn das Verlegen des mindestens einen Kleberfadens 13 in einer im Bereich der zu verklebenden Zonen 5 vorgesehe nen Nutanordnung 33 erfolgt, die in die zu verklebende Fläche 2' des betreffenden Körpers 2 eingebracht ist. Diese Nutan ordnung 33 kann zum einen zur Aufnahme des in der Heizein richtung 12 zum Schmelzen gebrachten Klebers dienen, wobei sie verhindert, daß der Klebstoff unkontrolliert in nicht zu verklebende Zonen abfließt. Zusätzlich kann die Nutanordnung 33 auch zur Erleichterung der Positionierung des Kleberfadens 13 beitragen.

Die Nutanordnung 33 hat beim Ausführungsbeispiel eine gitter artige Konfiguration und folgt dem Verlaufsmuster der zu ver klebenden Zonen 5. Dementsprechend ist jeder mikrostruktu rierte Bereich 4 von einer ringartig in sich geschlossenen nutartigen Vertiefung umrahmt, wobei sämtliche Vertiefungen miteinander kommunizieren, so daß ein durchgehender ungehin derter Verlauf des einzulegenden Kleberfadens 13 gewährlei stet ist.

Die Nutanordnung 33 wird zweckmäßigerweise durch geeignete Mikrostrukturierung des betreffenden Körpers 2 erzeugt und kann bei der Herstellung der mikrostrukturierten Bereiche 4 heraus strukturiert werden.

Bei der Durchführung des beispielsgemäßen Klebeverfahrens wird also zunächst der Klebstoff 8 in Form einer nicht kle benden faserartigen Kleberstruktur (Kleberfaden 13) an der zu verklebenden Fläche 2' des ersten Körpers 2 plaziert. An schließend wird der zweite der zu verklebenden Körper 3 mit seiner zu verklebenden Fläche 3' voraus auf die zu verkleben de Fläche 2' des ersten Körpers 2 aufgelegt. Dabei wird an fänglich in der Regel ein unmittelbarer Berührkontakt zwi schen den beiden Körpern 2, 3 vermieden werden, weil der Kle berfaden 13 gemäß Fig. 4 ein Stück weit über die zu verkle bende Fläche 2' des ersten Körpers 2 vorragt, so daß zwischen den beiden Körpern 2, 3 ein parallel zu deren Erstrec kungsebene verlaufender spaltartiger Zwischenraum 34 ver bleibt. Das Aufsetzen des zweiten Körpers 3 geschieht zweck mäßigerweise mit Hilfe einer geeigneten Handhabungseinrich tung 35, die an einer zweiten Halterung 36 angreift, an der der zweite Körper 3 lösbar fixiert ist.

Die beiden aneinandergesetzten Körper 2, 3 werden dann zweck mäßigerweise durch die schon erwähnten Spannmittel 7 fest zu sammengespannt, so daß der noch als Festkörper vorliegende Kleberfaden 13 zwischen den beiden Körpern 2, 3 fest einge spannt ist.

Zweckmäßigerweise verfügen die beiden Halterungen 18, 36 über nicht näher dargestellte Positioniermittel, die derart zusam menwirken können, daß sich die beiden Halterungen 18, 36 nur in einer vorbestimmten Position aneinandersetzen lassen, so daß sich automatisch eine lagerichtige Ausrichtung der beiden zu verbindenden Körper 2, 3 einstellt. Beispielsweise wäre es möglich, die zweite Halterung 36 so auszuführen, daß sie sich in die erste Halterung 18 einsetzen läßt.

Die zusammengespannten Körper 2, 3 werden anschließend in ei ne Heizeinrichtung 12 verbracht, wo durch Wärmezufuhr ein Schmelzen des oder der Kleberfäden 13 hervorgerufen wird. Beim Schmelzen verteilt sich der Klebstoff in der zu verkle benden Zone 5, wobei sich gleichzeitig die beiden Körper 2, 3 einander annähern, bis sie unter Berührkontakt aneinander an liegen. Dieser Vorgang wird durch die Spannmittel 17 begün stigt.

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, wie sich das Material des auf schmelzenden Kleberfadens 13 beim Aufschmelzen über den Quer schnitt des jeweils zugeordneten Bereiches der Nutanordnung 33 verteilt und letztere zweckmäßigerweise vollständig aus füllt. Dabei bilden die seitlichen Nutbegrenzungsflächen eine Art Barriere, die ein Ausfließen des flüssigen oder pastösen Klebstoffes in die benachbarten Fügezonen verhindern.

Die Verwendung eines Kleberfadens mit definierter Quer schnittsform ermöglicht eine exakte Dosierung der erforderli chen Klebstoffmenge an sämtlichen zu verklebenden Zonen. Es ist insbesondere möglich, einen Kleberfaden 13 mit durchge hend konstantem Querschnitt zu verwenden, wobei sich ein kreisförmiger Querschnitt besonders anbietet. Es sind aller dings auch andere Fadenquerschnitte denkbar.

Insbesondere wenn ein Kleberfaden 13 zur Anwendung gelangen soll, der aus Gründen einer kostengünstigeren Herstellung mit relativ großen Toleranzen kalibriert wurde, kann sich unter Umständen im geschmolzenen Zustand ein Klebstoffüberschuß er geben, der vom Querschnitt der gegebenenfalls vorhandenen Nutanordnung 33 nicht vollständig aufgenommen werden kann. Um auch in solchen Fällen eine Verunreinigung nicht zu verkle bender Zonen zu vermeiden, können gemäß Fig. 6 und 7 in der zu verklebenden Fläche 2' des betreffenden Körpers 2 eine oder mehrere nutartige Vertiefungen 37 vorgesehen sein, die überschüssige Klebstoffanteile aufnehmen können.

Die Fig. 6 zeigt im Querschnitt zwei miteinander verklebte Körper 2, 3, wobei der erste Körper 2 über die schon erwähnte Nutanordnung 33 verfügt und desweiteren mit einer Anordnung von Vertiefungen 37 versehen ist, wobei die Vertiefungen 37 zweckmäßigerweise in unmittelbarer Nachbarschaft der Nuten der Nutanordnung 33 verlaufen. Die Vertiefungen 37 können sich parallel zu den Nuten der Nutanordnung 33 erstrecken. Dabei ist vorgesehen, daß die Anordnung von Vertiefungen 37 mit der Nutanordnung 33 kommuniziert, zu welchem Zweck beim Ausführungsbeispiel der Fig. 6 sich zweckmäßigerweise über die gesamte Länge der Nutanordnung 33 erstreckende Übergangs bereiche 38 vorgesehen sind. Letztere sind zweckmäßigerweise als Vertiefungen in eine oder beide zu verklebenden Flächen eingebracht, deren Tiefe etwas geringer ist als diejenige der Nuten der Nutanordnung 33 und der Vertiefungen 37, so daß sich zwischen letzteren eine Art Barriere 42 einstellt, die der überschüssige Klebstoff überwindet, um in die Vertiefung 37 überzuströmen. Strichpunktiert ist auch noch der Ausgangs zustand des ungeschmolzenen Kleberfadens 13 angedeutet.

Die Ausführungsform der Fig. 7 unterscheidet sich von derje nigen der Fig. 6 dadurch, daß die Vertiefungen 37 nicht se parat ausgeführt sind, sondern einen Bestandteil der im Quer schnitt entsprechend vergrößerten Nuten der Nutanordnung 33 bilden. Mit anderen Worten ist hier das Volumen der Nutanord nung durch entsprechende Verbreiterung der Nuten im Vergleich zum Volumen des Kleberfadens 13 vergrößert, so daß im ge schmolzenen Zustand mit Sicherheit das gesamte Klebervolumen aufgenommen wird und nicht teilweise in die sich seitlich ne ben der Nutanordnung 33 anschließenden Fügebereiche 43 ver drängt wird.

Insgesamt basiert also das beschriebene Verfahren vorzugswei se darauf, daß wenigstens teilweise strukturierte Schichtkör per durch Klebstoff verklebt werden, der im Ausgangszustand in Form eines oder mehrerer zweckmäßigerweise biegeflexibler Kleberfäden vorliegt. Dabei werden beim Ausführungsbeispiel in geeigneter Weise thermisch anschmelzbare Kunststoff-Fäden an vordefinierter Stelle (zu verklebende Zonen 5) zwischen den zu verbindenden und in der Regel mikrotechnologisch vorpro zessierten Körpern 2, 3 positioniert, worauf die einzelnen Bestandteile miteinander in Kontakt gebracht und die Klebe verbindung durch Aufschmelzen der Kleberfäden hergestellt wird. Die Kleberfäden können in gerader Linie über das jewei lige Substrat geführt werden, wobei sich sehr leicht eine Berandung der zu verklebenden Einzelchips realisieren läßt, wenn zwei Anordnungen von Kleberfäden in definierter Winkel lage zueinander angeordnet werden. Hier lassen sich bei spielsweise Einzelchips von quadratischer, rechteckiger oder rautenförmiger Gestalt realisieren. Es besteht überdies die Möglichkeit, durch Aufkleben des Kleberfadens an definierter Stelle eines der zu verbindenden Körper eine Berandung eines Chips bzw. eines mikrostrukturierten Be-reiches 4 vorzusehen, die sich somit quasi aus Linienstücken zusammensetzt, die von unterschiedlichen Längenabschnitten eines Kleberfadens gebil det sind.

Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung besteht darin, daß infolge der definierten Geome trie der verwendeten Kleberfäden 13 definierte Klebermengen an definierter Stelle appliziert werden können. Da zumindest die maßgebliche Klebewirkung erst nach gewissen externen Ein flüssen, beispielsweise einem Energieeintrag, eintritt, kön nen selbst komplizierte Klebstoffverläufe mit der für eine Klebung benötigten Klebermenge versehen werden, ohne daß Topf- und Verarbeitungszeiten des Klebers in begrenzender Weise auf die Menge der zu verklebenden Strukturen Einfluß nehmen können.

Claims

1. Mikrotechnologisches Bondverfahren zur Herstellung einer Klebeverbindung zwischen zwei Körpern (2, 3) bei der Ferti gung von Mikrosystem-Komponenten, beispielsweise von Mikro ventilen, wobei im Bereich der zu verklebenden Zonen (5) we nigstens einer der zu verklebenden Flächen (2') ein Klebstoff (8) plaziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebstoff mindestens ein bei bestimmten äußeren Einwirkungen eine Kle bewirkung entfaltender Kleberfaden (13) mit definierter Quer schnittsform verwendet wird, der entlang den zu verklebenden Zonen (5) verlegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebstoff mindestens ein bei Energiezufuhr eine Klebewir kung entfaltender Kleberfaden (13) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß als Klebstoff mindestens ein bei Energiezufuhr schmelzender Kleberfaden (13) verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich net, daß die Energiezufuhr durch Erwärmung erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß der mindestens eine Kleberfaden (13) aus thermoplastischem Kunststoffmaterial, oder aus einer Metall- Legierung oder aus Glaslot oder aus Reaktivklebstoff besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der mindestens eine Kleberfaden (13) im nicht klebenden Zustand im Bereich der zu verklebenden Zonen (5) plaziert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß der mindestens eine Kleberfaden (13) unter Verwendung einer Haltestruktur (22) mit geringfügigem Abstand zur zu verklebenden Fläche (2') verlegt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß der mindestens eine Kleberfaden (13) unter Berührkontakt zu den zu verklebenden Zonen (5) verlegt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß der mindestens eine Kleberfaden (13) zum Erhalt mehrerer von Klebstoff (8) umrahmter Bereiche (4) we nigstens eines Körpers (2) mit Überkreuzkonfiguration verlegt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß der mindestens eine Kleberfaden einzeln verlegt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß ein oder mehrere Kleberfäden in Gestalt ei ner zusammenhängenden und insbesondere gitterartigen Masken struktur verlegt werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, daß der mindestens eine Kleberfaden (13) in ei ner im Bereich der zu verklebenden Zonen (5) vorgesehenen Nutanordnung (33) eines zu verklebenden Körpers (2) verlegt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutanordnung (33) durch Mikrostrukturierung des betref fenden Körpers (2) erzeugt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeich net, daß man in der die Nutanordnung (33) aufweisenden Flä chen (2') des zu verklebenden Körpers (2) eine oder mehrere mit der Nutanordnung (33) kommunizierende und/oder wenigstens teilweise von dieser gebildete Vertiefungen (37) vorsieht, die zur Aufnahme von beim Klebevorgang überschüssigen Kleb stoffanteilen dienen können.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge kennzeichnet, daß man die zu verklebenden Körper (2, 3) nach dem Klebstoffauftrag mit einander zugewandten zu verklebenden Flächen (2', 3') unter Vorspannung aneinandersetzt und an schließend zur Herbeiführung eines Schmelzvorganges minde stens einem Kleberfaden (13) Energie, insbesondere in Form von Wärme, zuführt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge kennzeichnet, daß man den mindestens einen Kleberfaden (13) beim Verlegen entlang der zu verklebenden Zonen (5) durch insbesondere stellenweise Energiezufuhr am zugeordneten Kör per (2) vorfixiert.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge kennzeichnet, daß der mindestens eine Kleberfaden (13) bei seinem Verlegen an neben dem zugeordneten Körper (2) angeord neten und beispielsweise stiftartig ausgebildeten Haltemit teln (22) fixiert wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekenn zeichnet durch die Verwendung eines einzelnen, durchgehend zusammenhängenden Kleberfadens (13) und/oder mehrerer einzel ner Kleberfäden.

19. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch wenigstens fol gende Bestandteile:

(a) eine erste Halterung (18) zur lösbaren Fixierung des zu verklebenden ersten Körpers (2);
(b) eine Verlegeeinrichtung (16) zum bedarfsgemäßen Verlegen mindestens eines Kleberfadens (13) entlang einer zu ver klebenden Fläche (2') des ersten Körpers (2);
(c) eine zweite Halterung (36) zur lösbaren Fixierung des zu verklebenden zweiten Körpers (3);
(d) Spannmittel (9) zum Zusammenspannen der beiden Halterun gen (18, 36) bei mit ihren zu verklebenden Flächen (2', 3') aneinandergesetzten Körpern (2, 3); und
(e) eine Heizeinrichtung (12) zum Erwärmen der zusammenge spannten Körper einschließlich des zwischengefügten min destens einen Kleberfadens (13).