Mikrodosiersysteme ermöglichen in der Elektronikindustrie State-of-the-Art-Fertigungsverfahren und erhöhen die Lebensdauer einzelner Komponenten. Verarbeitet werden Klebstoffe, Dichtstoffe, Vergussmassen oder Wärmeleitpasten in verschiedenen Anwendungen.
Insbesondere in der Verbraucherelektronik steigt die Voraussetzung an Leistung bei immer kleiner werdenden Komponenten und gleichzeitig sinkenden Produktionskosten. Vollautomatische und prozesssichere Mikrodosiersysteme machen das möglich. Bei Smartphones beispielsweise werden Bauteile durch Mikrodosiersysteme vollautomatisch verklebt, vergossen und abgedichtet. Eine Kamera im Smartphone hat beispielsweise bis zu 40 verschiedene Klebe- und Dosierapplikationen.
Mikrodosierung am Beispiel Smartphone
Folgende Dosierprozesse finden während der Herstellung eines Smartphones Anwendung:
Bonding
In Bonding-Anwendungen müssen Dosiersysteme eine absolut stabile Dosierung aufweisen. Einerseits muss die Verklebung äußeren Umwelteinflüssen wie hohen Temperaturschwankungen, Vibrationen oder Feuchtigkeit standhalten. Andererseits sind Klebstoffreste an den Kanten oder überfließende Klebstoffe zwischen zwei montierten Teilen nicht akzeptabel.
Es darf weder zu viel noch zu wenig Klebstoff aufgetragen werden. In den meisten Anwendungsfällen ist eine exakt definierte Materialmenge notwendig, und zwar ohne Fadenziehen des Materials. Klebstoffreste können ansonsten beispielsweise durch Verunreinigungen in der Fertigung großen Schaden anrichten. Zu geringe Menge hingegen würden die Klebkraft beeinträchtigen.
Dam & Fill
Bei Dam-&-Fill-Anwendungen wird zunächst eine hochviskose Barriere, der sogenannte Damm in Form einer geschlossenen Außenkontur, auf die zu versiegelnde Oberfläche aufgebracht. Dann wird der innenliegende Bereich mit einer niederviskosen Vergussmasse gefüllt.
Im Anschluss werden beide Medien zusammen ausgehärtet. Damit ist der zu schützende Bereich abgedichtet und optimal gegen äußere Einflüsse abgeschirmt. Vorrangiges Ziel ist es, hochkomplexe und empfindliche Baugruppen zu schützen.
Glob Top
Glob-Top-Verguss schützt empfindliche Komponenten, in der Regel Halbleiterchips, vor mechanischen Belastungen wie Vibrationen oder Temperaturschwankungen. Er macht sie zudem widerstandsfähig gegenüber äußeren Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit oder Korrosion.
Analog zum Dam & Fill wird eine flüssige Harzmatrix – meist auf Epoxidharz-Basis – aufgebracht. Hier kann allerdings auf den Damm verzichtet werden.
Underfill
Klassische Underfill-Anwendungen dienen in erster Linie dazu, verschiedene Bauteile auf Leiterplatten mechanisch zu stabilisieren und gleichzeitig die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen auszugleichen. Auf diese Weise wird einer Beschädigung aufgrund von Spannungen entgegengewirkt.
In der Regel weisen die dabei verwendeten Klebstoffe ein sehr hohes kapillares Fließverhalten auf. Dadurch füllen sie vollständig den Spalt zwischen Chip und Leiterplatte, obwohl der Klebstoff lediglich entlang der Außenkontur des Chips dosiert wird.
Mikrodosierung
Mikrodosierung bedeutet, dass das Dosiervolumen im Bereich von 0,001 ml liegt. Ob Raupendosierung, Abdichtung, Punktdosierung, Verguss oder Zwei-Komponenten-Anwendungen: Präzision, Wiederholgenauigkeit und Zuverlässigkeit sind dabei unerlässlich.
Encapsulation
Encapsulation oder Verkapseln bedeutet, dass eine elektronische Vergussmasse auf eine zuvor bestimmte Oberfläche aufgebracht wird. Es schützt das Bauteil während des Transports und gegen äußere Einflüsse wie Vibrationen, Stöße, Feuchtigkeit, Staub und extreme Temperaturen.
Die Verbindung schützt dabei nicht nur, sondern verbessert auch die elektrische Isolierung, die Sicherheit vor Beschädigung und die chemische Beständigkeit.
Optical Bonding
Optical Bonding eliminiert die Lücke zwischen Glas und Display von Smartphones und Tablets und reduziert so den Effekt unterschiedlicher Lichtbrechung sowie Reflexion. Zusätzlich wird die Stabilität und Bruchsicherheit des Displays erhöht. Das Hauptziel ist die Verbesserung der Lesbarkeit auf den Displays im Outdoor-Bereich.
Conformal Coating
Conformal Coating schützt beispielsweise Leiterplatten vor Feuchtigkeit, Staub, Chemikalien und Temperaturschwankungen. Zusätzlich lassen sich auch Ausfallsicherheit und elektrische Eigenschaften verbessern.
Wichtige Variablen im Dosierprozess
Es gibt einige wichtige Parameter, die den Dosierprozess bestimmen:
kurze Taktzeiten
zyklische Auftragung oder Dauerbetrieb
niedrig- bis hochviskose, struktursensible oder feststoffbeladene Flüssigkeiten
tribologische Verluste wie Reibung, Undichtigkeiten, Verschleiß, Alterung und Kontaktgeometrie
Die geeignete Dosierpumpe berücksichtigt alle Variablen und passt sich an das Material an. Darüber hinaus können chemische Reaktionen auftreten, die zu Verschleiß führen, wie zum Beispiel plastische Verformung, Abrieb, Haftreibung und Bruchmechanik.
Um Dosierkomponenten für abrasive oder chemisch aggressive Flüssigkeiten optimal auszulegen, ist fachspezifisches Know-how erforderlich. Oft müssen zusätzlich Vor- oder Langzeitversuche durchgeführt werden.
Vorteile des Endloskolben-Prinzips in Mikrodosiersystemen
Wie sollte die Dosieranlage ausgelegt sein, damit hochviskose, abrasive und scherempfindliche Flüssigkeiten zuverlässig verarbeitet werden und gleichzeitig Änderungen im Strömungsverhalten dieser Flüssigkeiten toleriert werden können?
Die Exzenterschnecken-Technologie kombiniert beides: lange Wartungsintervalle durch eine optimale Konfektionierung der Pumpe und eine absolut scherarme sowie viskositätsunabhängige Förderung des Materials. Dosierpumpen, die nach diesem sogenannten Endloskolben-Prinzip arbeiten, erreichen eine lange Lebensdauer und sehr hohe Energieeffizienz.
Die spezielle Rotor-Stator-Geometrie der Exzenterschnecken-Technik und damit auch der Viscotec- und Preeflow-Dispenser ermöglicht eine pulsationsfreie Dosierung. Dosiermengen im Bereich von unter 1 μl bis hin zu größeren Milliliter-Mengen können mit höchster Genauigkeit als Punkt-, Raupen- oder Vergussanwendung dosiert werden.
Ein weiterer entscheidender Vorteil des Endloskolbenprinzips ist der automatische beziehungsweise programmierbare Rückzug. Damit wird ein Nachtropfen des Materials am Ende eines Dosierprozesses verhindert und eine saubere Dosierung gewährleistet. Mit der schonenden Technologie können auch sehr empfindliche Materialien wie UV-Klebstoffe oder anaerobe Klebstoffe dosiert werden.
Durch die kompakte und gewichtsreduzierte Bauweise der Dispenser können sie in nahezu alle Achs- und Robotersysteme integriert werden. Und sie können als komplette Dosiereinheit in Systemen betrieben und gesteuert werden. Genauso lassen sie sich einfach in bereits bestehende Produktionsanlagen integrieren.
Funktionsweise von Exzenterschneckenpumpen
Exzenterschneckenpumpen gehören zur Familie der Verdrängerpumpen. Der Volumenstrom und die zu dosierenden Mengen sind direkt proportional zur Anzahl der Umdrehungen.
Die präzise Abstimmung von Rotor und Stator macht den Dispenser druckdicht, sodass kein zusätzliches Ventil erforderlich ist. Auf diese Weise kann die volumetrische Förderung jederzeit gewährleistet werden. Das wiederum macht die sehr schonende Dosierung kleinster Mengen möglich.
Eine separate Steuerung ermöglicht die Programmierung der Geschwindigkeit für den Bediener. Sind die Eigenschaften eines Klebstoffs bekannt, können über die Steuerung benutzerspezifische Mengen programmiert werden – unabhängig von Viskosität und Temperatur.
Exzenterschneckenpumpen eignen sich ideal für druckempfindliche Flüssigkeiten, die beispielsweise Polymerhohlkugeln enthalten, aber auch für viskositätsunabhängige Anwendungen mit Flüssigkeiten bis zu mehreren Millionen mPas oder thixotropen Materialien. 2K-Anwendungen mit Mischungsverhältnissen von bis zu 100:1 oder auch Materialien mit geringer Topfzeit können problemlos verarbeitet und nach Bedarf direkt dosiert werden.
Mit einer direkten, schonenden Entleerung und einer konstanten Versorgung bereiten Exzenterschneckenpumpen das zu dosierende Material für eine Dosieranwendung vor. Flüssigkeiten, die eine Vorbehandlung erfordern, können zur Homogenisierung und Entgasung in ein kombiniertes Entnahme- oder Aufbereitungs- und Puffersystem eingebracht werden.
