Dosiert kleben

Ein neues, intelligentes Dosiersystem macht das Kleben in der Mikroproduktion besser beherrschbar.

Beim Verbinden oder Bestücken sehr kleiner Bauteile ist ein exakt dosier- und reproduzierbarer Klebstoffauftrag besonders wichtig. Ein neues, intelligentes Dosiersystem macht das Kleben in der Mikroproduktion besser beherrschbar. Es kann Dots und Linien dosieren und ist sowohl für nieder- als auch hochviskose Medien geeignet.

Kleben als Verbindungstechnik spielt vor allem beim Aufbau von Mikrosystemen eine wichtige Rolle. Es bedarf keiner hohen Prozesstemperaturen und ist wesentlich flexibler als Löten, Nieten, Schrauben oder Drahtbonden. "Fast alle technischen Werkstoffe lassen sich kleben, wobei der Klebeprozess dem Konstrukteur kaum gestalterische Grenzen setzt", stellt Nabih Othman vom Fraunhofer IPA fest. Viele Hersteller von Mikrosystemen müssen wegen häufig wechselnder Produktvarianten und Losgrößen ihre Montage innerhalb kürzester Zeit an neue Gegebenheiten anpassen. Im Fall von Klebeprozessen ist dies nur möglich, wenn das Volumen des Klebstoffauftrags exakt und einfach auf eine konstante Menge einstellbar ist.

Selbst auf kleinste Keramiksubstrat lassen sich Mikrobauteilen punktgenau kleben - zumindest mit geeigneten Verfahren. (Quelle: Fraunhofer IPA)

"Die Vielzahl an Einflussparametern macht derzeit in den meisten Fällen ein aufwändiges Einfahren des Dosierprozesses sowie zusätzliche Kontrollschritte zur Überwachung des Klebstoffauftrags erforderlich", berichtet Othman. Beides ist mit hohem Zeit- und Materialaufwand verbunden und lässt nur bedingt eine Steigerung des Automatisierungsgrads zu. Für den gewünschten konstanten und gut regulierbaren Klebstoffauftrag müssten die Dosierwerkzeuge mit einer Mess- und Regeltechnik ausgestattet sein, die Schwankungen der Materialeigenschaften, der Umgebungsbedingungen und möglichst auch Defizite des Förderprinzips automatisch ausgleicht.

"Damit eine solche Mess- und Regeltechnik kompakt und flexibel einsetzbar ist, sollten die erforderlichen Komponenten direkt in das Werkzeug integriert sein", zitiert Othman die Forderung zahlreicher Projektpartner aus der Industrie. Ein entsprechendes intelligentes Werkzeug würde das Umrüsten und Einfahren der Maschine beschleunigen und die Produktionskosten dadurch erheblich reduzieren. Othman und sein Team haben vor diesem Hintergrund ein neuartiges Dosierwerkzeug für die Mikrosystemtechnik entwickelt, das Leitklebstoffe und andere viskose Medien exakt dosiert und sowohl Dots als auch Linien aufbringen kann. Es lässt sich einfach in vorhandene Anlagen integrieren. Der Kolbenkopf des Werkzeugs enthält u. a. einen Druck- und einen Temperatursensor, die wichtige Parameter des Klebeprozesses ständig überwachen: So beginnt das Werkzeug erst dann zu dispensen, wenn eine bestimmte Temperatur erreicht ist - i. d. R. sind 21 °C bis 22 °C ideal, was der üblichen Reinraumtemperatur entspricht. Während des Dispensvorgangs überwacht der Drucksensor den Druck in der Kartusche. Ein konstanter Druck garantiert einen gleichmäßigen Klebstoffauftrag. Für die exakte Bewegung des Kolbenkopfs, der den Druck in der Kartusche erzeugt, sorgt ein in den Dispenser integrierter Mikroschrittmotor. Ist der Dosiervorgang beendet, wird der Druck in der Kartusche umgehend auf Null zurückgestellt und so ein Nachtropfen durch die Nadel verhindert.

Das Dispens-Werkzeug lässt sich mit handelsüblichen Einwegkartuschen bestücken, die ein zeitaufwändiges Reinigen der Kartuschen ersparen. "Darüber hinaus arbeiten wir an einem Einwegsensorkopf, der Reinigungsarbeiten auch hier überflüssig und damit den Produktionsablauf sicherer macht", berichtet Projektleiter Nabih Othman. Das Werkzeug kann exakt einstellbare Dotgrößen und Linienbreiten ab 100 µm bis 1 mm auf unterschiedlichste Oberflächen aufbringen und eignet sich für nieder-, mittel- und hochviskose Medien. "Wir können mit diesem System fast alle Arten von Flüssigkeiten dosieren. Im Reinraum haben wir u. a. Sekundenkleber, Wasser, Leitkleber und Lötpaste erfolgreich getestet", so Othman. "Unser Hauptaugenmerk liegt jedoch auf elektrisch leitenden Klebern, die zu 20 bis 80 Prozent aus Leitpartikeln bestehen". Die wichtigsten Anwendungsmöglichkeiten für das Mikrodosiersystem sieht er beim Aufbringen von Leiterbahnen, dem Kleben von Bauelementen auf Schaltungsträger sowie dem Verbinden von Bauelementen auf solchen Trägern.

Quelle: idw

Weitere Infos:

• Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA:
  http://www.ipa.fraunhofer.de