Kleben wird immer wichtiger für Elektronikfertigung und EMS

| Autor / Redakteur: Rainer R. Schoppe * / Johann Wiesböck

Bild 1: Ein seit Jahrzehnten etablierter Prozess: Die eingeklebte Scheibe hat einen entscheidenden Anteil an der Gesamtsteifigkeit eines Fahrzeugs
Bild 1: Ein seit Jahrzehnten etablierter Prozess: Die eingeklebte Scheibe hat einen entscheidenden Anteil an der Gesamtsteifigkeit eines Fahrzeugs (Bild: Ross Woodhall)

Kleben ist keine Kunst, sondern fachliches Können. Unter diesem Motto hat der EMS-Dienstleister bebro electronic für sich das Kleben zur Elektronikfertigung erschlossen.

Eher sparsam ging die EMS-Branche bislang mit der Fügetechnik des Klebens um. Bislang werden Klebstoffe vornehmlich verwendet, um punktuell Bauteile auf Leiterplatten zu fixieren. Zu gering sind noch die Erfahrungen insbesondere bei mittelständischen Unternehmen, was die Anwendungsdimensionen, die Klebstoffarten und -eignung sowie die Langzeitwirkung der Klebverbindungen betreffen.

Inzwischen werden Fertiger von Hightech-Elektronik jedoch getrieben, sich künftig auf fachgerechtes Kleben zu verstehen – einerseits, um die zunehmend kompaktere Bauweise mit verschiedenen Baumaterialien zu erfüllen, da es sich mit dieser Fügetechnik kompakt und platzsparend fertigen lässt. Zum anderen eignet sich dieses Verfahren, Kundenanforderungen an die Fertigung in erweiterter Form zu bedienen und neue Geschäftsfelder zu erschließen.

Der nahe Stuttgart ansässige EMS-Dienstleister bebro electronic hat sich zum Ziel gesetzt, nicht nur Leiterplatten konventionell zu bestücken, sondern mit der Klebtechnik mehr daraus zu machen. Auch hier wie andernorts ist man zu der Erkenntnis gelangt, dass Kleben keine Kunst, sondern fachliches Können ist, das auf mannigfaltigem Wissen und viel Erfahrung beruht.

Kleben ist die Technik des 21. Jahrhunderts

Konstrukteure standen seit jeher vor der Herausforderung, Materialien miteinander zu verbinden. So setzte man bei der Errichtung des Eiffelturms 1889 auf Nieten, um aus vielen Einzelteilen das stählerne Wahrzeichen der Stadt an der Seine standhaft zu machen. Auch 1909 bis 1911, beim Bau der „Titanic“, waren es diese Bolzen, die das Schiff zusammenhielten.

Für das erste, Anfang des 20. Jahrhunderts in größerer Serie gebaute Automobil, dem Ford T, kamen bei der damals modernen Mischbauweise vernietete U-Profile und ein Holzgerüst mit Stahlkarosserie zum Einsatz. Später, bei Brücken und anderen Bauwerken stählerner Art, wurde zumeist, nach verschiedenen Verfahren, geschweißt.

In der Elektronikbranche schließlich, etliche Jahrzehnte später, wurden und werden Bauteile hauptsächlich verlötet, mittels Drahtbonden kontaktiert oder aber miteinander verschraubt.

„Jede Technik hat ihre Zeit“, sagt Peter Sommer, Vertriebsmitarbeiter bei bebro electronic in Frickenhausen. „Klebstoffe basierende Verbindungsmethoden werden sich in der Hightech-Elektronik mittel- bis langfristig durchsetzen. Das gilt nicht nur für die Fertigung von Leiterplatten, sondern ins-besondere, wenn sich ein Unternehmen auch mit der Gehäusetechnik befasst.“

Die strategischen Überlegungen bei der bebro electronic gehen dahin, mit gleichzeitiger Fertigung der Gehäuse dem Kunden die kostentreibende Inhouse-Montage der Elektronik abzunehmen.

Kleben ist ideal bei Verbundwerkstoffen

„Kundenprojekte stellen uns meist vor die Herausforderung, zwei oder mehrere unterschiedliche Werkstoffkomponenten miteinander verbinden zu müssen und dabei hohe Qualitätsanforderungen zu erfüllen“, merkt Peter Sommer an. Klassische Fügetechniken kommen da nicht in Frage, weil sich mit ihnen nur gleichartige Stoffe verbinden lassen.

Bei modernen Verbundwerkstoffen, wie sie im 21. Jahrhundert üblich sind, funktioniert nur das Kleben. Ein Notebook besteht aus Glas, Sensoren und einem Metallrahmen, auch die Frontscheibe eines Schnellzuges oder die Rotorblätter eines Helikopters sind geklebt.

Diese Art von Leichtbau fordert, bei einem geringen Gewicht eine hohe Stabilität und Sicherheit zu garantieren. Unschätzbarer Vorteil der Klebtechnik ist zudem die damit verbundene Eigenschaft, gleichzeitig korrosionspräventiv zu wirken.

So begann man bei der bebro electronic, sich mit dem Klebverfahren intensiver auseinanderzusetzen. Das eigentlich Komplizierte sei nach Aussage Sommers nicht das Kleben an sich. Es sei vielmehr die Prozessfindung – sicherzustellen, dass die Auswahl der optimalen Klebstoffkomponenten mediengerecht erfolgt und die Oberflächen für die Adhäsion, die Haftfähigkeit vorbereitet sind. Auch physikalische Gegebenheiten wie Temperatur, Elektrostatik oder Luftfeuchtigkeit haben entscheidenden Einfluss auf das Klebeverhalten.

Das Kleben von anderen Branchen lernen

Wie man Klebstoffe unter mannigfaltigsten Bedingungen optimal einsetzt, weiß keiner besser, als jene Unternehmen, die sich auf Forschung und Entwicklung, Herstellung und Anwendung sehr unterschiedlicher Komponenten verstehen. Als Lieferant derartiger Produkte, unter anderem zum Kleben und Dichten für die Bau- und Fahrzeugindustrie, wirkt die Sika-Gruppe weltweit.

Die Aufgaben im Automotive-Bereich, insbesondere zur Elektroniksteuerung, für die man inzwischen Jahrzehnte an Erfahrung verbucht, sind in mancherlei Hinsicht mit jenen der EMS-Branche vergleichbar. „In aller Regel hat man es bei Produkten wie Steuergeräten, Sensoren oder dem Elektronikmanagement im Motorraum mit sehr unterschiedlichen Werkstoffen zu tun. Häufig kommen noch Gehäuseteile hinzu, die gefügt werden müssen“, schildert Dr. Benjamin Kraemer, Marketing Manager bei der in Hamburg ansässigen Sika Automotive GmbH.

Die Anforderungen, die an die Prozessfindung beim Kleben gestellt werden, sind nach seinen Erkenntnissen recht hoch. So führt unter anderem die Vielzahl verschiedener Kunststoffarten dazu, nicht einfach auf eine Handvoll Standardkleber zurückgreifen zu können.

„Unsere Kunden bestehen verständlicherweise auf langzeitbeständige Klebverbindungen. Physikalische Härtetests mit Ergebnissen, die eine Langzeitstabilität oft weit über den Lebenszyklus eines Klebstoffes ausweisen, führen bei uns daher zum Einsatz sehr unterschiedlicher Klebstoffe, die anwendungsbezogen evaluiert und eingesetzt werden“, sagt Kraemer.

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Hintergrund zur Sika-Gruppe

Zwei Klebstoffarten kommen häufig zum Einsatz

Grundsätzlich unterscheidet man bei der Anwendung im Elektronikbereich zwei Arten von Klebstoffen, die hier zum Einsatz gelangen, so der promovierte Wirtschafts- und Maschinenbauingenieur. Zur ersten Gruppe werden demnach vorwiegend Polyurethane in Form von Zwei-Komponenten-Systemklebern gezählt.

Sie zeichnen sich vorteilhaft durch kurze Reaktionszeiten aus, wenn in großen Chargen 100.000 bis zu einer Million Teile vom Band gehen. 2K-Systeme, wie man sie in Kurzform bezeichnet, reagieren hier den Anforderungen des Anwenders adäquat. Die Verarbeitungszeit reicht von wenigen Sekunden bis hin zu mehreren Stunden.

Durch Modifikation der Reaktionspartner und über Wärme wird dabei gezielt auf den jeweiligen Klebeprozess Einfluss genommen. Sika setzt diese Möglichkeiten unter anderem für Vergussteile in der Elektronik ein, um Bauteile wasser-und mediendicht zu fertigen So halten sie mühelos einer Belastung von -30º C bis +120º C stand.

Der zweiten Gruppe werden Silikone zugeordnet. Sie zeichnen sich durch besonders hohe Belastbarkeit aus, auch bei Temperaturen über +200º C. Die klassische Variante härtet bei Raumtemperatur aus und zeigt sich, dank der synthetischen Herstellung, mit einer hohen Witterungs- und UV-Beständigkeit. Silikonklebstoffe haften, mit einigen Einschränkungen auf Edelstahl, Chrom, Aluminium, PVC, Glas und Keramik.

Ihre Kriechneigung wird sowohl als Fluch gesehen wie als Segen gepriesen: so wird zum einen eine ausreichende Benetzung gewährleistet. Andererseits kann es auch nachträglich zu Benetzungsstörungen bei Verwendung anderer Beschichtungen kommen. Daher sind besondere Sicherheitsvorkehrungen bei der Verarbeitung zu treffen, die getrennt von anderen Fertigungsprozessen geschehen sollte.

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