Forscher platzieren Mikrobauteile mit Wassertropfen

Forschern vom Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) haben eine neue Methode für die kontaktlose Positionierung kleinster elektronischer Bauelemente auf Leiterplatten gefunden. Sie gehen damit ein Problem an, dass Elektronik-Herstellern zunehmend zu schaffen macht. Die Größte der Elektronikbauteile schrumpft so rapide, dass herkömmliche automatische Pick-and-Place-Bestücker in punkto Genauigkeit an Ihre Grenzen stoßen.

Seit einigen Jahren werden daher 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 Quadratzentimetern exakt bewegt werden kann", so Tanja Braun vom Fraunhofer IZM.

Ein im Tropfen befindliches Bauelement lässt sich somit problemlos transportieren und auf wenige Mikrometer genau ausrichten. 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.

Über elektrische Spannungen kann der Tropfen sehr genau bewegt werden. Er verdampft schließlich - übrig bleibt das exakt positionierte Mikrobauteil. 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.