Kleben Sie wohl!?


Titelthema a:lot 07 - Sommer 2013

Das Kleben als Verbindungstechnik gewinnt in der Elektronikfertigung zunehmend an Bedeutung. Inzwischen sind die Einsatzgebiete, die Anzahl der Techniken und Produkte derart umfangreich, dass Laienwissen längst nicht mehr ausreicht, um alle Möglichkeiten zu erfassen. Dank moderner Techniken können mit nur einem Liter Klebstoff bis zu zehn Millionen Chips verklebt werden – und das in Taktzeiten, die unter einer Millisekunde liegen. Solche Zahlen verdeutlichen, dass das Kleben eine hochkomplexe Zukunftstechnologie ist, deren Potenzial Anwender nur dann optimal nutzen können, wenn sie sich fachmännisch beraten lassen und/oder ausführlich informieren. Auch hierfür gibt es ein wachsendes Angebot (s. „Wenn Sie mehr wissen wollen“). Auch viele Hersteller und Fachhändler halten entsprechende Angebote bereit.

Eine wesentliche Antriebsfeder für die Fortschritte beim Kleben in der Elektronikfertigung ist die Miniaturisierung. Dafür sind Hightech-Klebstoffe gefragt, die sich in einer automatisierten Fertigung prozesssicher verarbeiten lassen. Dazu gehört unter anderem das blitzschnelle Aushärten. Zweikomponentenkleber, die in vielen anderen Bereichen noch gang und gäbe sind, eignen sich bei diesen Anwendungen nicht. Zum einen ist die Handhabung zu umständlich, zum anderen lassen sich Dosiermengen von weniger als Zehntel Milligramm auf diese Weise nicht mehr zuverlässig verarbeiten. Aber auch die Dosiertechnik spielt in diesem Bereich ein wichtige Rolle. Damit durch das Dosieren kein Engpass entsteht, sind moderne Lösungen gefragt, die ein hohes Tempo und eine ebensolche Präzision gewährleisten (s. „Die Vorteile berührungsloser Dosiertechnik“).

Grundwissen sorgt für bessere Ergebnisse

Der zweite wichtige Bereich für den Einsatz moderner Klebstoffe ist der komplette oder partielle Chipverguss. Hierbei geht es nicht um die Verbindung zweier Werkstücke, sondern um den Schutz von Bauteilen, die extremen Bedingungen ausgesetzt werden (s. „Perfekt geschützt“). Aber auch für das Kleben von Hand bieten sich in der Elektronikfertigung zahlreiche Einsatzgebiete. Gerade in diesem Bereich ist es wichtig, dass der Anwender über ein Basiswissen verfügt, das es ihm ermöglicht, in einer konkreten Situation die richtige Entscheidung zu treffen, um ein optimales Ergebnis zu erreichen. Denn anders als im Haushalt reicht im industriellen Einsatz meistens nicht eine einzige Tube aus, mit der alles geklebt werden kann.
Vielmehr ist das professionelle Kleben eine eigene Wissenschaft, die viele Bereiche und Aspekte umfasst. Neben der Beurteilung und Bearbeitung der Klebeflächen gehören die zahlreichen unterschiedlichen Arten des Klebens und der Klebstoffe dazu. Es kann zum Beispiel von elementarer Bedeutung sein, ob ein Klebstoff elektronisch oder thermisch leitend ist. Darüber hinaus spielen die Topf-, Verarbeitungs- und Härtungszeit ebenso eine Rolle wie die vier Temperaturspezifikationen: Zersetzungstemperatur, maximale kurzzeitige Temperaturbelastung, maximale Dauerbetriebstemperatur sowie die Glasübergangstemperatur. Auch die Scherfestigkeit, Konsistenz, Dosiermethoden, Lagerung und Reinigung sind bedeutende Faktoren. Beim Kleben von Hand gibt es also eine Menge Potenzial, das durch eine fachmännische Beratung und/oder die entsprechende Fortbildung der Mitarbeiter genutzt werden kann.

Vorsicht vor Silikonen

Dazu gehört auch die Vermeidung eines Kardinalfehlers, der alle Bemühungen um eine optimale Klebung zunichte machen kann: Silikone in die räumliche Nähe eines Klebeprozesses zu bringen. Silikone kriechen nämlich als dünne Schicht überall hin und lagern sich ab. Dadurch wird die Haftkraft zwischen der Oberfläche und dem Klebstoff (Adhäsion) extrem reduziert. Einige Experten raten deshalb sogar dazu, Silikone am besten in einem anderen Gebäude aufzubewahren und zu verarbeiten als die Klebstoffe. Wie so oft steckt auch hier der Teufel im Detail. Silikon kommt oftmals sogar in Reinraumkleidung und Handschuhen vor. Es wird aber auch in einigen Shampoos verwendet, findet auf diese Weise seinen Weg in die Produktion und führt dann dort zu einer deutlichen Beeinträchtigung.


Text: Volker Neumann


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Die Vorteile berührungsloser Dosiertechnik

Für das Auftragen von Klebstoffen gibt es zahlreiche Techniken, von denen die beste je nach Einsatzgebiet ausgewählt wird. Die meisten dieser Techniken, wie Sieb- und Schablonendruck oder die Stempeltechnik arbeiten mit einer unmittelbaren Berührung der zu verklebenden Elemente. Oftmals ist das problemlos möglich, allerdings bergen diese Techniken auch Gefahren. Insbesondere bei winzigen und hochempfindlichen Bauteilen, die in hohen Taktraten und mit leichten Toleranzen verklebt werden müssen, kann es zu Beschädigungen sowohl an der Dosiernadel sowie am Bauteil kommen.
In solchen Fällen empfiehlt sich eine berührungslose Dosiertechnik, bei der sich der Tropfen durch eine dynamische Bewegung des Dosierventils löst. Bei dieser dynamischen Tropfendosierung werden kleinste Klebstoffmengen berührungsfrei auf das Bauteil gebracht, ohne dass umliegende Bereiche verschmutzt werden. Diese Methode kann im automatisierten Dosierprozess immer dann angewendet werden, wenn hochviskose Pasten und Klebstoffe verarbeitet werden. Der Prozess bietet eine hohe Wiederholgenauigkeit und eine maximale Prozesssicherheit. Da die Zustellbewegung entfällt, kommt es zu einer Zeitersparnis beim Dosieren und Schaltzeiten von unter einer Millisekunde sind möglich.
Sehr innovative Lösungen im Bereich der berührungslosen Dosiertechnik gibt es von der Firma Liquidyn. Deren Mikrodosierventile können Einzeltropfenvolumina von unter einem Nanoliter bis zu 200 Nanolitern mit extrem hoher Genauigkeit dosieren. Je nach Ventilausführung betragen die verarbeitenden Medienviskositäten von 0,5 bis 200.000 Milli-Pascalsekunden (mPas), bei scherverdünnenden Medien auch weit darüber hinaus. Ein Düsenwechsel kann ohne nachfolgende Einstellarbeiten vom Anwender selbst durchgeführt werden. Auch die Bedienung der Mikrodosiersysteme ist sehr einfach.

Weitere Infos unter www.liquidyn.de.


Flüssigdichtungssysteme mit UV-Technologie

UV- beziehungsweise UV-LED-Technologie gilt immer häufiger als das Mittel der Wahl, wenn es darum geht, Prozesse in der Elektronikfertigung zu beschleunigen. Bei diesem Verfahren härten die Bauteile innerhalb von Sekunden aus und sind unmittelbar nach der Aufbringung der Dichtung bereit für die Weiterverarbeitung. Wurden für diesen Prozess früher Feststoffdichtungen verwendet, werden diese mehr und mehr durch Flüssigdichtungen abgelöst, weil diese einige Vorteile bieten. Neben einer höheren Produktivität und Flexibilität gehört dazu auch, dass die Qualität sehr konstant ist.
Panacol hat kürzlich zwei neue UV-Dichtungsmassen vorgestellt, die lösemittelfrei und bei optimaler Aushärtung oberflächentrocken sind. Die Dichtungsmassen Vitralit FIPG 60101 und 60102sind einkomponentig und können deshalb mit einfachen Dosiergeräten aufgebracht werden. Da die Dichtungsmassen direkt verarbeitet werden können, sind sie sehr prozesssicher und benötigen keine Vorbereitungszeit, außerdem fallen weniger Abfälle durch Fehlmischungen an. Die Produkte erfüllen alle Anforderungen an Dehnbarkeit und Druckstellvermögen bei Temperaturen zwischen – 40 °C und und + 150 °C. Ein positiver Nebeneffekt ist, dass die korrekte Ausführung der Dichtung mittels Fluoreszenz-Inspektion geprüft werden kann.

Weitere Infos unter www.panacol.de.


Hochzuverlässige Vergussmassen für die Mikroelektronik

Für das Packaging von mikroelektronischen Komponenten in Anwendungen mit aggressiven Umgebungseinflüssen wie Kraftstoffen und Ölen sowie Vibration und Temperatur spielen hochzuverlässige Vergussmassen eine immer wichtigere Rolle. Moderne Produkte meistern diese Anforderungen souverän.

Insbesondere in der Chip-on-Board-Technologie werden Halbleiterchips und Sensorelemente vollständig oder partiell vergossen, um sie vor thermischen und mechanischen Belastungen, aber auch vor aggressiven Medien zu schützen. Auch in der Sensorik und Aktorik kommt diese Technik zum Einsatz, zum Beispiel beim Abdichten eines Öldrucksensors im Motorraum. Neben ihren hochwertigen Schutzeigenschaften müssen moderne Vergussmassen noch eine Reihe weiterer Kriterien erfüllen, um einen schnellen und effizienten Produktionsprozess zu ermöglichen. Sowohl das Dosier- wie auch das Fließverhalten müssen optimiert sein. Außerdem sollten verschiedene Aushärtungsmöglichkeiten zur Auswahl stehen.

Universeller Einsatz und hohe Zuverlässigkeit

Für den Einsatz im Hochzuverlässigkeitsbereich sollte eine moderne Vergussmasse eine Glasübergangstemperatur von ca. 180 °C sowie niedrige thermische Ausdehnungskoeffizienten im Bereich 20 ppm/K aufweisen, um thermomechanische Spannungen zu vermeiden. Darüber hinaus ist es wichtig, dass bei hohen Temperaturen nur geringe Mengen an Wasser und Chemikalien in das Material eindringen können. Die mechanischen Eigenschaften, wie E-Modul, Zugfestigkeit und Reißdehnung, müssen auch nach einer Dauerbelastung unter hohen Temperaturen und Chemikalieneinfluss über einen langen Zeitraum nahezu unverändert bleiben. Damit moderne Vergussmassen überhaupt zum Einsatz kommen können, müssen sie eine universelle Haftung auf den in der Elektronik- und Mikroelektronikfertigung häufig eingesetzten Materialien, wie FR4, PA, PPS, PBT und LCP, aufweisen.

Punktgenaues Fließverhalten

Für die sichere Verarbeitung von Vergussmassen spielt deren Fließverhalten eine entscheidende Rolle. Speziell in Sensoranwendungen ist meist ein partieller Verguss notwendig, bei dem nicht alle Teile des Chips bedeckt werden. Hierbei ist es besonders wichtig, dass die Vergussmasse, im Dam&Fill Verfahren oder als Glob Top aufgebracht, an der vorgesehenen Position aushärtet ohne zu verfließen. Auch die Verarbeitungszeit sollte einen optimalen Arbeitsprozess gewährleisten. Eine konstante Viskosität für 48h bei Raumtemperatur ist gewünscht, um ein aufwendiges Nachjustieren der Dosierparameter zu vermeiden. Nicht zuletzt sollte für einen schnellen und effektiven Produktionsprozess, neben flexiblen Aushärteparametern, die Aushärtung von Dam&Fill in einem Schritt, sowie das Stapeln des Dams ohne Zwischenhärtung möglich sein.


Unser Autor: Dr. Tobias Königer ist Mitarbeiterin der DELO GmbH & Co. KGaA. Das Unternehmen ist ein führender Hersteller von Industrieklebstoffen mit Sitz in Windach bei München. Delo bietet maßgeschneiderte Spezialklebstoffe und Gerätesysteme für viele Branchen, unter anderem auch für die Elektronikindustrie.

Weitere Infos unter www.delo.de.


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