Meijer, Johan

NARCIS 

Contactloos overzetten van microcomponenten

University of Twente Research Information

Microcomponenten worden alsmaar kleiner. De dikte vanhalfgeleider-dies (chips) zal naar verwachting binnen kortetijd meer dan halveren. Deze miniaturisatie-evolutie vereistgeavanceerde procesbeheersing om nauwkeurig overzetten ensnelle assemblage van extreem kleine en dunne chips mogelijkte maken. Een nieuw proces gebaseerd op laserpulsen heeft depotentie aan deze eisen te voldoen. Onderzoekers van deUniversiteit Twente speuren naar de optimalelaserparameters in het Philips Centrum voor FabricageTechnieken (CFT).‘Zo’n hechte samenwerking met een universiteit heeft eennieuwe wereld voor me geopend.’‘Het verwerken van IC’s wordt steeds gecompliceerder omdat dedikte afneemt van zo’n 250 µm tot 120, en naar verwachting zelfstot 50 µm’, zegt Johan Meijer, hoogleraar ToegepasteLasertechnologie in de faculteit Construerende TechnischeWetenschappen van de Universiteit Twente. ‘Niet alleen wordenchips te klein om met een vacuüm pincet vast te pakken, zeworden ook steeds kwetsbaarder. Daar komt bij dat hetmechanisch verwerken zijn bovengrens van ongeveer 6000componenten per uur heeft bereikt.’ De prijs van chips daaltvrijwel dagelijks en het wordt steeds aantrekkelijker om ze tegebruiken in RF-ID toepassingen. IOPLaser die transferIOP PrecisietechnologieContactloos overzetten van microcomponentenProjectteam van de Universiteit Twente. V.l.n.r. René Sanders (Philips CFT), Johan Meijer, Natallia Karlitskaya. Jilles Eindhoven, Willem Hoving (CFT) en Co van Veen (CFT) ontbrekenOnderwerp:Contactloos loshalen, vaart geven en laten landen van microcomponenten(dies, chips) m.b.v. laserpulsenDoelstelling:Het ontwikkelen van een proces voor nauwkeurig overzetten en snelleassemblage van uiterst kleine en dunne chipsHet ontwerpen van een eerste prototypeMarkten:Productie van PCB’sBeveiligingsindustrie (RF-ID)Mogelijk gebruik:Economisch haalbaar overzetten van ultradunne chips in grote aantallenOnderzoeksperiode: april 2003 - augustus 2007Budget: 260.000 EUR, waarvan 230.000 EUR subsidie door IOPOnderzoeksinstituut: Universiteit TwenteProjectleider: Johan Meijerervan en de landing. De eerste stap, het in stukjes snijden van dewafer, en de laatste, de verbindingen leggen met het ontvangendeoppervlak, vallen buiten het bereik van het onderzoek.‘Ons doel is het ontwikkelen van een proces voor nauwkeurigoverzetten met behulp van laserpulsen en het ontwerpen van eeneerste prototype van een transfermachine,’ voegt Natallia Karlitskaya toe. ‘Om dat te kunnen doen, hebben we eerstmeer inzicht nodig in het proces zelf en in hoe de parameterselkaar beïnvloeden.’Vaste stof laserIn het eerste jaar van het onderzoek zijn talloze experimentenuitgevoerd op het gebied van het loslaten van de chip. Om decondities waaronder dat gebeurt te kunnen voorspellen, zijn testsgedaan met verschillende typen dragers, chips, lasers enlaserenergiedichtheden. Met een camera zijn beelden van hetproces vastgelegd. ‘Gebaseerd op alle verkregen informatiekonden we een model opstellen dat de loslaatsnelheid voorspeltmet de bijbehorende grenswaarden voor het loslaten en voorbeschadiging. Vooral de temperatuurgrens is belangrijk, omdat weverwachten dat de actieve kant van een chip niet heel blijft bijtemperaturen boven 400 ̊ C’, zegt Natallia Karlitskaya. Om verschillende redenen worden de experimenten uitgevoerd bijCFT in plaats van op de universiteit. Johan Meijer: ‘Philips boodons aan het werk bij hen te doen. Ze hebben een perfecteinfrastructuur: verschillende typen lasers en allerlei soortentestmateriaal. Ook experts op het gebied van de apparatuur enverbindingstechnologie zijn voorhanden. We zijn de experimentenbegonnen met een vaste stof laser, omdat die kleiner en handzameris dan een excimer (UV) laser.’In de loop van het project zijn de contacten met anderelaserspecialisten over de hele wereld geïntensiveerd. Een studentvan de National Technical University van Athene heeft een grotebijdrage geleverd aan de proeven en deze zomer komt er eenvolgende studente uit Athene. Natallia Karlitskaya bezocht eeninternationale conferentie op het gebied van laserablatie: ‘Ik kondaar veel kennis snel oppikken. We hebben ontdekt dat ook andereonderzoeksinstituten met het onderwerp bezig zijn, maar wij zijnde enigen die onderzoek doen met zulke kleine componenten.’Als er meer inzicht is verkregen in het proces zal het project zichrichten op het goedkoper maken ervan. Ook zal een prototypeworden ontwikkeld van een machine die chips kan overzetten.René Sanders: ‘Het belangrijkst zijn betrouwbaarheid en cost ofownership. Want terwijl de chips zelf alsmaar goedkoper worden,Als elk product in een supermarkt van eenchip wordt voorzien om eenvoudiger scannenen betalen mogelijk te maken, betekent datplaatsing op miljarden verpakkingen. Dit isalleen mogelijk als de doorlooptijd daarvanmet een factor 50 tot 100 kan wordenverbeterd ten opzichte van die van pick &place machines, tot zo’n 300.000 chips per uur. Met conventionele apparatuur is dat niet haalbaar.Exploderende lijm‘Het idee om een laser te gebruiken bij het dynamisch overzettenvan chips van hun drager naar hun bestemming, was het resultaatvan een brainstormsessie bij Philips CFT’, vertelt René Sanders,technoloog op het gebied van lasergerelateerde processen bij ditbedrijf. ‘We hebben een hoop ervaring met het op deze manieraanbrengen van verf voor decoratieve doeleinden. We dachten dat het ook toepasbaar zou zijn bij het verwerken vanmicrocomponenten.’ Daarom introduceerde hij het idee tijdenseen IOP-kennismarkt en hij vond de Universiteit Twente bereid er onderzoek naar te gaan doen. Voor CFT als bedrijf is hetonderwerp te fundamenteel: ‘Wij ontwikkelen fabricageprocessenen productieapparatuur. De uit dit project voortkomende kennisverwachten we in de toekomst te kunnen toepassen.’ DeUniversiteit Twente is goed toegerust voor dit soort onderzoek.Het is de enige Nederlandse universiteit met een leerstoel voortoegepaste lasertechnologie, en heeft daarnaast een leerstoel inlaserfysica. Het idee achter het gebruik van lasertechnologie voor hetoverzetten van microcomponenten is als volgt. De componentenworden losgesneden uit een wafer en met lijm op een transparantedrager geplaatst, bijvoorbeeld op tape. Laserpulsen veroorzakenlokaal snelle verdamping van de lijm. Die ‘explodeert’, waardoorniet alleen de chip loslaat maar ook een grote versnellingmeekrijgt. ‘Het is te vergelijken met een laseraangedrevenstraalmotor’, legt Natallia Karlitskaya uit. Zij is de promovenda die het onderzoek bij CFT uitvoert. ‘De kunst is om daarna de chip te laten landen in de juiste positie, zonder testuiteren en zonder te kantelen.’ De focus in het project ligt op dedrie middelste stappen: het loslaten van de chip, de versnellingDetail van het zooming systeem en een wafer, waarvan enkele chips zijn weggeschotenPrincipe van die transferzijn het de verwerkingskosten die zullen bepalen of ze in groteaantallen kunnen worden gebruikt.’Betrokkenheid van de industieRené Sanders ziet grote mogelijkheden voor het gebruik van chipsin RF-ID toepassingen, een speerpunt van het Philips-concern.‘Philips is marktleider op het gebied van RF-ID labels. Kaartenvan ons worden al gebruikt door metrobedrijven in Londen,Peking, Seoel en Moskou. We weten dat supermarktketenWallmart op al hun producten RF-ID labels wil aanbrengen in2005. Dan hebben we het over ruim een miljard per jaar!’Als ditBegeleidingscommissie Applied PhysicsAssembléonBE Semiconductor IndustriesConfirmatHogeschool van UtrechtJanssen Precision EngineeringLeidse Instrumentmakers SchoolPhilips Centrum voor Fabricage Technieken (CFT)TechnobisTNO TPDVoor meer informatie over Laser Die transferProf. dr. ir. Johan Meijer, Faculteit Construerende TechnischeWetenschappen, Universiteit Twente Telefoon (053) 489 25 27E-mail j.meijer@utwente.nlWebsite www.wa.ctw.utwente.nl/staff/karlitskayaProjectgroep Laser Die transferJilles EindhovenWillem Hoving (Philips CFT)Natallia KarlitskayaJohan MeijerRené Sanders (CFT)Co van Veen (CFT)Complete opstelling voor onderzoek naar die transfer met laserpulsenSchaduwbeelden van verschillende energiedichtheden; links 3,8 J/cm2 en rechts 5,20 J/cm2.De tijd tussen twee opnames is 150 microsecondenhet zal enige tijd vergen om te zien of het haalbaar is. ‘Mijn interesse ligt in het begrijpen van het hele proces: er is eenketen van gebeurtenissen die moet worden aangepast en goedkopermoet worden. Ik ben benieuwd of het schieten van chips metlaserpulsen in die keten past.’Met zijn brede achtergrond enpraktische ervaring hoopt hij een bijdrage te leveren aan deonderzoekers.Johan Meijer: ‘Voor ons als universiteit is dit soort samenwerkingmet het bedrijfsleven heel positief. Ik heb gemerkt dat niet allebegeleidingscommissies even goed functioneren; in dit geval werkthet zeer stimulerend. Iedereen is erg betrokken bij de voortgang encreatief tijdens de bijeenkomsten. We hebben zoveel ideeënopgedaan dat we nog wel een paar extra aio’s kunnen gebruiken!’IOP-project is afgerond, zal CFT een nieuwe fase ingaan waarinideeën moeten worden ontwikkeld over het verbinden van de chipsmet het ontvangende oppervlak, en over het bewegen van hetsubstraat door de machine. Ook moet worden uitgewerkt hoe ditnieuwe concept wordt geïntegreerd in bestaandeproductieprocessen. Dit is de eerste keer dat René Sanders lid isvan de begeleidingscommissie van een IOP-project. Alstechnoloog ontwikkelt hij in interdisciplinaire teams geavanceerdeprocessen voor de Philips maakindustrie. ‘Er is een nieuwe wereldvoor me open gegaan. Zo’n hechte samenwerking met eenuniversiteit geeft me veel nieuwe inzichten en kennis. Ik kijk opeen andere manier tegen dingen aan en leer andere manieren omproblemen aan te pakken.’Ook BE Semiconductors Industries (Besi) is lid van debegeleidingscommissie. Besi is fabrikant van machines voorpackaging en plating van halfgeleiders en voor verwerking vanchips. Hugo Menschaar, directeur Corporate Technology: ‘Sinds1996 hebben we een revolutie gezien op het gebied van IC’s: zeworden kleiner, dunner, fijner, hebben meer vermogen en wordenbovendien steeds goedkoper. De kosten van packaging en vancontacteren raken buiten proportie. We moeten een manier vindenom dit terug te dringen.’ Overbrengen van microcomponenten metbehulp van laserpulsen is een van de mogelijke oplossingen, maarIOP PrecisietechnologieEen innovatiegericht onderzoeksprogramma (IOP) geeft subsidieaan innovatieve technologische onderzoeksprojecten bijuniversiteiten en andere non-profit onderzoeksinstellingen. Deoverheid wil op deze manier de onderzoekswereld toegankelijkermaken voor het bedrijfsleven en contacten tussen beide verbeterenen intensiveren. Voorwaarde is dat de projecten aansluiten bij de(lange termijn) onderzoeksbehoeften van het bedrijfsleven.Het programma stimuleert de interactie met bedrijven door hen tebetrekken bij de projecten, door kennisoverdracht en doornetwerkactiviteiten. Er wordt alles aan gedaan om te zorgen datieder programma leidt tot blijvende samenwerking tussen deNederlandse onderzoeksinstituten en het bedrijfsleven. Rol van het bedrijfslevenOm de band tussen onderzoekers en bedrijfsleven te verstevigen,biedt een IOP aan bedrijven de mogelijkheid aan het onderzoekdeel te nemen. Dat kan bijvoorbeeld op de volgende manieren:• Zitting nemen in een begeleidingscommissie.Dit is de meest directe manier van kennisoverdracht omdat hetlidmaatschap van een begeleidingscommissie nauw contact meteen of meerdere projecten garandeert. Het bedrijf blijft op dehoogte van de laatste ontwikkelingen van het onderzoek en kandoor de inbreng van praktijkervaring soms mede de richting vanhet onderzoek bepalen.• Overnemen of gebruiken van patenten en/of licenties die hetrechtstreekse gevolg zijn van het onderzoek aan universiteiten ofnon-profit onderzoeksinstellingen.• Het creëren van werkervaringsplaatsen voor onderzoekers, zodatde nieuw opgedane kennis snel aan een bedrijf wordtovergedragen en getoetst kan worden in de praktijk.ColofonPrecisietechnologie is nodig om producten te realiseren met hogevorm- of maatnauwkeurigheid, maar ook om producten ofonderdelen snel en zeer precies te positioneren. Deze technologie isvan toenemend belang voor uiteenlopende producten en sectorenals laptopcomputers (met name bij dataopslag), cd-spelers en dvd-recorders, optische en medische instrumenten, gsm-telefoons en deruimtevaart. Door vérgaande miniaturisatie is het niet mogelijk dezefuncties met zuiver mechanische middelen te realiseren; eenmultidisciplinaire systeembenadering is noodzakelijk. Het IOP Precisietechnologie bestaat sinds 1999. Sindsdien hebben16 projecten subsidie gekregen voor onderzoek op drie gebieden.• Bij systeemgericht ontwerpen gaat het om functies die metrelatief grote snelheid en/of met zeer grote precisie verplaatsingenkunnen realiseren. Onderwerpen als piezo-actuatoren, precisie-verplaatsing in vacuüm en mechanica met snelle algoritmiekvallen hieronder.• Binnen het thema ‘grenzen aan de maakbaarheid’gaat het om hetverhogen van de nauwkeurigheid van bestaande maaktechnolo-gieën door verbeterde procesbeheersing en/of het ontwikkelen vannieuwe productietechnieken. Niet alleen klassieke technieken alsfijndraaien of spuitgieten zijn onderwerp van onderzoek, ooknieuwe technologieën zoals lithografisch etsen, bewerking metlaser- of röntgenbundels en chemical vapour deposition.• Precisie in de microsysteemtechnologie is het derde gebied van ditIOP-programma. Het betreft systemen die bestaan uit sensor(en) en actuator(en), gekoppeld door een regelsysteem en gemaakt mettechnologieën afkomstig van de chipindustrie. Hieronder vallenfabricagetechnologieën als nat chemisch etsen en de verpakking vanMST-devices, zoals de koppeling van optische chips aan glasfiber.Voor vragen over IOP PrecisietechnologieDr. Casper Langerak, secretaris programmacommissie Telefoon (070) 373 53 12Fax (070) 373 56 30E-mail c.j.g.m.langerak@senter.nlWebsite www.senter.nl/iop-ptIOPDit is een uitgave van SenterNovemAugustus 2004SenterNovem Den HaagJuliana van Stolberglaan 3Postbus 931442509 AC Den HaagTelefoon (070) 373 50 00Fax (070) 373 51 00Algemene informatie en advies:Telefoon (070) 373 52 77E-mail info@senternovem.nlInternet www.senternovem.nlSenterNovem is een agentschap van het Ministerie van Economische Zaken Aan deze tekst kunnen geen rechten worden ontleend.De Universiteit Twente (UT) is een ondernemende researchuniversiteit. Gesticht in 1961verzorgt de UT onderwijs en onderzoek in wetenschapsgebieden die variëren vanbestuurskunde en technische natuurkunde tot biomedische technologie.

Contactloos overzetten van microcomponenten

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

NARCIS

University of Twente Research Information