Aerosol Jet® applications at Robert Bosch GmbH · * Bundesministerium für Bildung und Forschung =...

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1 CR/APP4-Wl | 02.08.2011 | © Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Ruben Wahl Robert Bosch GmbH Corporate Research an Development Department of Plastic Engeneering Waiblingen, Germany Aerosol Jet @ Bosch Aerosol Jet® applications at Robert Bosch GmbH

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  • 1 CR/APP4-Wl | 02.08.2011 | ©

    Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.

    Ruben WahlRobert Bosch GmbH

    Corporate Research an DevelopmentDepartment of Plastic Engeneering

    Waiblingen, Germany

    Aerosol Jet @ Bosch

    Aerosol Jet®

    applications at Robert Bosch GmbH

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    Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.

    Aerosol Jet @ Bosch

    Introduction of Bosch Corporate Research and Advance Engineering

    BMBF* -

    Project Polytos

    OFET

    EU -

    Project Interflex

    Printed Interconnects for foil-based systems

    BMBF* -

    Project Ultimum

    Printed Interconnects for thin dies

    Outlook

    Agenda

    * Bundesministerium für Bildung und Forschung = German Federal Ministry

    of Education

    and Research

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    Aerosol Jet @ Bosch

    Introduction of Bosch Corporate Research and Advance Engineering

    BMBF* -

    Project Polytos

    OFET

    EU -

    Project Interflex

    Printed Interconnects for foil-based systems

    BMBF* -

    Project Ultimum

    Printed Interconnects for thin dies

    Outlook

    Agenda

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    of Education

    and Research

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    Corporate Research and Advance Engineering

    Facts and Figures

    CR2010

    Total expenditures

    in millions of euros 227

    There of public funding in millions of euros 15

    Associates 1,200

    thereof scientists and engineers as percentage 80

    PhD-

    & diploma candidates 94 / 80

    Activities

    Number of Projects and services

    for Bosch divisions and public-sector grants 240

    Number of cooperations

    with academic institutions >250

    Number of submitted inventions of CR Associates 1,157

    4

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    Corporate Research and Advance Engineering

    CR-Sites

    worldwide

    HildesheimSystems

    GerlingenApplied

    Research

    SchwieberdingenProduction

    technology Systems

    WaiblingenPlastics engineering

    Palo

    Alto, PittsburghResearch and Technology CenterNorth America (CR/RTC-NA)

    Singapur,Shanghai, Tokio Research and Technology Center Asia/Pacific(CR/RTC-AP)

    St. PetersburgResearch and Technology Center Russian Federation (CR/RTC-RU)

    5

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    CR/APP Plastics Engineering

    Bosch Competence Field PE (Plastics Engineering)

    Technology Segments

    1 (CR/APP1)

    High Performance Thermoplastics and Thermosets, Injection Molding Technology

    2 (CR/APP2)

    Design and Dimensioning of Components, Reliability, Prediction of Lifetime

    3 (CR/APP3)

    Characterization of Materials, Microstructure and Failure Cause Analysis, Elastomers

    4 (CR/APP4)

    Electronic Packaging, Reactive Resins

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    Robert Bosch GmbH 2011. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.

    CR/APP Plastics Engineering

    Focus Topics

    Electronic Packaging,Adhesion

    Technology

    Polytronics,Adaptronics

    Polytronics

    Technology development for flexible electronics

    Printed and organic electronics

    Electro-active polymers for wave energy harvesting

    Electronic Packaging

    TIM**

    Transfer molding (resistance to high temperatures)

    CoC*** Adhesion Technology

    Adhesive bonds for injection valves, gels for exhaust gas sensors

    Electronic Packaging, Reactive Resins

    Technology Segment 3 (CR/APP4)

    Cross-section Topics

    Application consulting, prototyping

    Standardization of reactive resins

    * as of January 1st, 2011 ** TIM = Thermal Interface Materials *** CoC

    = Center of Competence

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    BMBF -

    Project Polytos

    Requirements of printed electronics

    Focus on: smart-labels

    Integrated System that includes: sensors, conductive paths, memory,power source, interface, periphery and software

    To get e.g. labels for the monitoring of sensitive products

    Low cost

    customized design and functionality

    recyclable

    Source: Organic Electronics Association

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    Aerosol Jet @ Bosch

    Introduction of Bosch Corporate Research and Advance Engineering

    BMBF* -

    Project Polytos

    OFET

    EU -

    Project Interflex

    Printed Interconnects for foil-based systems

    BMBF* -

    Project Ultimum

    Printed Interconnects for thin dies

    Outlook

    Agenda

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    and Research

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    Aerosol Jet @ Bosch

    Printed Organic SystemsProject Acronym:

    Polytos

    Duration:

    36 Months + 24 Months

    Project start:

    01.03.2009

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    Aerosol Jet @ Bosch

    Project Structure

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    BMBF -

    Project Polytos

    Project Goals

    Build up of a (conventional) printed top-gate OFET

    Develop sensor and circuit concepts

    Discover possible applications for printed OFET’s

    First tests on OFET reliability

    The first step was to print new developed organic semiconductors

    and dielectrics

    First tests were done on DoD* Systems

    * DoD: Drop-on-Demand

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    BMBF -

    Project Polytos

    Results DoD

    printing

    The drop size of DoD

    printed structures lead to thick and rough surfaces

    Aerosol Jet System was implemented into a custom designed production cell

    The ink development for the PA started in 2011 (atomizing versus polymer compatibility)

    First inks were printed on silicon substrate to optimize the ink and to test the performance

    Tests with Ag inks for Source-Drain and Gate are planed in 2012

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    Aerosol Jet @ Bosch

    Introduction of Bosch Corporate Research and Advance Engineering

    BMBF* -

    Project Polytos

    OFET

    EU -

    Project Interflex

    Printed Interconnects for foil-based systems

    BMBF* -

    Project Ultimum

    Printed Interconnects for thin dies

    Outlook

    Agenda

    * Bundesministerium für Bildung und Forschung = German Federal Ministry

    of Education

    and Research

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    EU -

    Project Interflex

    Advancing IntegrationTechnology driven Application driven

    Flexible / ConformableRigid

    IC

    Heterogeneous Integration, Large Area Electronics

    System-in-FoilPWB

    Source: Institute for Microelectronics, Stuttgart, Germany

    PV, TFB

    Antenna

    (OTFT)-Sensors / Biosensors

    OTFTsICs

    Higher Packaging Density

    PolytronicsSource: FhG-IZM

    Source: T. Löher, et. al., ESTC2010, Sept. 13-26, Berlin

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    T

    r.h.

    CO2

    dew

    Project Acronym:

    Interflex (www.project-interflex.eu)

    Duration:

    36 Months

    Project start:

    01.01.2010

    Interconnection Technologies for Flexible Systems

    EU -

    Project Interflex

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    EU -

    Project Interflex

    Project Objectives

    Development of reliable assembly and interconnection technologies

    for foil based

    electronic systems:

    Interconnection technologies between flexible components and flexible foils

    as well as between functional foils.

    Three dimensional functional foil integration to achieve multi-foil based

    systems, i.e. system-in-foil.

    Demonstration of the developed technologies with an energy autonomous, indoor air quality sensing system capable of wireless communication of the measured data.

    Bendable

    to a bending radius of ½

    its maximum dimension

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    EU -

    Project Interflex

    Conformable Electronics based on System-in-Foil

    www.project-interflex.eu

    Battery

    StandardisedInterfaces

    Lamination

    Power management

    Antenna

    SensorsTR.H.

    CO2DewμC

    Tx

    IC

    ICWiring

    layer

    Conformable

    Energy

    Sensing

    Communication

    Photo-voltaics

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    Integration of Sensors

    EU -

    Project Interflex

    Jetting of ICA from Sensor to Substrate Pad

    Lamination of Sensors on

    Substrate with Acrylic Film

    Underfillling

    of Sensor to reduce

    step

    Pick&Place

    of Sensors

    Aerosol Jetting from Sensor-

    terminals to Pads on wiring layer

    Singulated

    Sensors

    Lamination of Sensors on

    Substrate with Acrylic Film

    Pick&Place

    of Sensors

    Jetting of ICA into vias

    Lamination of Sensors on

    Substrate with Acrylic Film

    Pick&Place

    of Sensors

    Drilling of vias

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    Aerosol Jet @ Bosch

    Aerosol Jet ®

    System at Bosch

    Optomec pneumatic, ultrasonic atomizer and Head integrated in a Infotech

    IP-520 production cell

    Possibility of jetting, dispensing and pick and place in one cell

    Flexible Software

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    Aerosol Jet @ Bosch

    Sensor Bonding

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    Aerosol Jet @ Bosch

    Introduction of Bosch Corporate Research and Advance Engineering

    BMBF* -

    Project Polytos

    OFET

    EU -

    Project Interflex

    Printed Interconnects for foil-based systems

    BMBF* -

    Project Ultimum

    Printed Interconnects for thin dies

    Outlook

    Agenda

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    of Education

    and Research

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    BMBF –

    Project Ultimum

    Advancing Integration

    SOC -> SiP

    -> SOP

    Integration of passives and ICs into PCB

    Integration heterogenic Systems (HF, Opto, SiP…)

    Increase of packaging density necessary

    Quelle: RCP, GoergiaTech

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    Project Acronym:

    Ultimum

    Duration:

    36 Months

    Project start:

    01.08.2010

    BMBF –

    Project Ultimum

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    BMBF –

    Project Ultimum

    Project Goals

    Increase of packaging density -> embedding of actives and passives

    Production of thin Dies (thickness: 10-20 μm)

    Alternative technology for PCB

    Develop the handling (pick and place) for thin silicon chips

    Develop a contacting method for thin silicon chips

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    BMBF –

    Project Ultimum

    Handling of thin dies

    Pick and Place of the thin Dies actual developed

    First samples with NCA Process contacted and tested

    Further steps for Aerosol Jet contacting planned

    No step reduction like shown in the Interflex Project necessary

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    Contacting

    Process

    with

    Aerosol Jet

    BMBF –

    Project Ultimum

    1. Bare Die with

    contact

    pads

    (noble metal)3. Placement

    of thin

    Die2. Dispensing

    of NCA (or

    film DA)

    4. Curing

    of NCA

    Q

    5. Jetting

    of conductive

    Ink6. Curing

    of conductive

    Ink

    Q

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    BMBF* -

    Project Polytos

    OFET

    EU -

    Project Interflex

    Printed Interconnects for foil based systems

    BMBF* -

    Project Ultimum

    Printed Interconnects for thin dies

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    Agenda

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    and Research

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    Aerosol Jet @ Bosch

    Outlook

    Further Projects on printed electronics planed

    Polytos Phase II

    Internal resulting Projects for Interflex and Ultimum

    planned

    Activities of printed Molded Interconnected Devices planned

    Goal is galvanic free MID’s

    Advantage: higher System density, reduction of production steps,

    higher flexibility

    Challenges: reliability over lifetime, Ink-Surface interaction

    Polytronik

    2. GenerationSensorik

    2011 2015 2018

    ÖgP

    Polytos im Cluster„Forum Organic

    Electronics“

    1

    20132009 2010

    Polytronik

    3. GenerationOrganische Schaltungen

    Polytronik

    1. GenerationFolienintegrierte Systeme

    Aerosol Jet® applications at Robert Bosch GmbH AgendaAgendaFacts and Figures CRCR-Sites worldwideBosch Competence Field �PE (Plastics Engineering)Foliennummer 9Requirements of printed electronicsAgendaPrinted Organic SystemsProject StructureProject GoalsResults DoD printingAgendaAdvancing IntegrationFoliennummer 18Foliennummer 19Conformable Electronics based on System-in-FoilFoliennummer 21Aerosol Jet ® System at BoschSensor BondingAgendaAdvancing IntegrationFoliennummer 26Project GoalsHandling of thin diesContacting Process with Aerosol JetAgendaOutlook