Montage hybrider Mikrosysteme - Handhabungs- und Fügetechniken für die Klein- und Mittelserienfertigung

Ziele des Sonderforschungsbereichs

Der Sonderforschungsbereich "Montage hybrider Mikrosysteme" hat sich zum Ziel gesetzt, die montage- und fügetechnischen Grundlagen für die Herstellung von Mikrosystemen in hybrider, d.h. nicht monolithischer, Bauweise zu erarbeiten. Verfahrensprinzipien, die eine flexible Fertigung von Produkten in kleinen und mittleren Losgrößen ermöglichen, sind zu entwickeln. Aus den vier Projektbereichen - Handhabung, Fügen, Prozessüberwachung und Werkstoffe - wird im Bereich Fügen das Verbinden von artgleichen bis artfremden Werkstoffen untersucht.

Das im Teilprojekt B4 untersuchte Mikroelektronenstrahlschweißen beruht auf der Kombination von Schweißen und Beobachten unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (REM). Während es beim Beobachten von Substraten auf eine hohe Auflösung bei niedrigen eingekoppelten Strahlenenergien ankommt, werden für das Schweißen ein hoher Energieeintrag und eine hohe Leistungsdichte benötigt. Die dafür notwendigen technischen Modifikationen betreffen in erster Linie elektromagnetische und mechanische Komponenten der Strahlführung. Besonders metallische Werkstoffe der Größenordnung von 25 bis 200µm werden als Bauteil gefügt.

Neben dem Mikroelektronenstrahlschweißen wird im Teilprojekt B9 das Mikrokleben untersucht. Arbeitsschwerpunkte sind hier die Untersuchung des punkt- und linienförmigen Klebstoffauftrages im Subnanoliterbereich. Ziel der Forschungsarbeiten in der vierten Phase des Sonderforschungsbereiches ist die Erschließung neuer fügetechnischer Anwendungen durch den linienförmigen Minimalmengenauftrag viskoser Klebstoffe. Die dosierten Volumina reichen dabei von einigen hundert bis hin zu wenigen Pikolitern. Das Verfahren muss sowohl auf ebenen als auch auf dreidimensionalen Bauteilen mit ausreichender Prozesssicherheit angewandt werden können.
Beim Mikrodosieren können ausschließlich qualitativ hochwertige Klebstoffe verwendet werden. Ferner sind die rheologischen und thermischen Eigenschaften des Klebstoffes für eine erfolgreiche Klebung, bzw. eine vollständige Charakterisierung einer Klebung erforderlich. Da Klebstoffeigenschaften abhängig von der jeweiligen Klebstoffcharge variieren ist eine Charakterisierung der Klebstoffe vor dem jeweiligen Einsatz notwendig.

Die vorhandene Mikrodosieranlage ist unter Laborbedingungen in der Lage Klebstoffmengen von wenigen Pikolitern zu dosieren. Zur Erhöhung der Prozesssicherheit und der Reproduzierbarkeit ist die Integration einer aktiven Prozessregelung notwendig. Im Hinblick auf die flexible Einsetzbarkeit und die hohe Genauigkeit optischer Systeme, sollen in der vierten Phase des SFB440 die Prozessbilder der vorhandenen CCD-Kameras für die Erfassung wichtiger Regelparameter herangezogen werden.

Eine Bewertung der Einflussgrößen auf den Liniendosierprozess wird anhand von Dispensversuchen zunächst auf ebenen Substraten und anschließend auf gestuften sowie gekrümmten Bauteiloberflächen vorgenommen. Die zu untersuchenden Auftraggeometrien umfassen einzelne Linien und geschlossene Linienzüge. Aufbauend darauf werden die Möglichkeiten des wechselnden Auftrags von Linien- und Punktgeometrien untersucht.

Da der Einfluss der Atmosphäre auf die Aushärtung der verschiedenen Klebstoffe mit abnehmenden Klebstoffvolumen zunimmt, ist in einem weiteren Schritt der Härtungsverlauf zu untersuchen.

Diese Arbeiten sind die Vorraussetzung für die Herstellung und Untersuchungen von Mikroklebungen, insbesondere an Demonstratorbauteilen.

Der SFB 440 ist eine Kooperation der Institute: