Glob-Top zum Schutz elektronischer Komponenten. (Bild: Polytec PT GmbH)

Glob-Top zum Schutz elektronischer Komponenten. (Bild: Polytec PT GmbH)

von Annika Mentgen

REGENSBURG. Will man Klebepunkte mit einem flüssigen Klebstoff setzen, die man mit bloßem Auge längst nicht mehr erkennt, ist klar: Hier herrschen ganz besondere Produktionsanforderungen. In der Mikrofertigung haben wir es mit äußerst kleinen Klebstoff-Volumina zu tun. Der Klebeprozess muss absolut sauber erfolgen. Die Bauteiloberflächen sind häufig schwer klebbar, müssen meist vorbehandelt werden, bereits in der Konstruktion eines Miniaturbauteils muss das Kleben als Fügeverfahren berücksichtigt werden. Die maximalen Temperaturen im Fertigungsprozess, in dem das Bauteil eingesetzt werden soll, müssen klar sein. Auch so die Art, wie der Klebstoff verarbeitet werden soll. Zudem erfordert die Dosierung kleinster Klebstoffmengen äußerste Präzision.

Schnell wird deutlich: Kleben ist eine Hochtechnologie und besonders im μ-Bereich ist „Fingerspitzengefühl“ gefragt. Und das ist wörtlich zu nehmen, denn: „Wenn man einen Klebeprozess automatisieren will, muss man ihn zunächst manuell ausführen. Nur so bekommt ein Gespür für den richtigen Ablauf des Prozesses“, sagte Dr. Thomas Gesang, Leiter Fertigungstechnologie und Klebtechnik für Mikrosysteme und Medizinanwendungen am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) und Moderator des zweitägigen OTTI-Fachforums. „100-prozentige Automation ist hier oft unwirtschaftlich.“ Das Kleben beschreibt er im Vergleich zum Fügeverfahren Schrauben als „delikater“. Die Mitarbeiter müssten geschult und sensibilisiert werden. Gesang gibt ein anschauliches Beispiel: „Einer Schraube sind fettige Finger egal, einem Bauteil, das geklebt werden soll, nicht.“

Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass Erfahrungen aus dem Kleben im Makrobereich nicht ohne weiteres übertragen werden können. Sprich: Verkleinert ein Hersteller beispielsweise sein Bauteil, ändern sich Aushärtungszeiten bei Epoxidharzen, Klebstoffmenge und Vorbehandlung. Einfach nur Dimensionen zu reduzieren, funktioniert hier nicht. Dass der Oberfläche bei zu klebenden Teilen auch in der Mikrofertigung eine besondere Bedeutung zukommt, ist nicht weiter verwunderlich.

Vor diesem Hintergrund beleuchtete Dr. Hektor Hebert von der Tascon GmbH oberflächenanalytische Techniken wie z.B. die optische Profilometrie, die Infrarot-Spektroskopie oder die Elektronenmikroskopie. Auf die Frage, ob man sich die Oberflächenanalytik antun sollte, antwortet Hebert mit einem deutlichen „Ja, unbedingt!“ Man könne so Einzelkomponenten identifizieren, Klebemechanismen charakterisieren und verstehen sowie Fehler aufklären.

Die Oberflächenanalytik liefert auch wichtige Informationen darüber, ob es bei dem zu klebenden Bauteil einer Oberflächenvorbehandlung bedarf. Fette, Staub oder anderweitige Verschmutzungen beeinträchtigen die Lebensdauer und Zuverlässigkeit einer Klebverbindung. Die vorgestellte Plasmatechnologie kann als ‚Feinstreinigung‘ bezeichnet werden, die Oberflächen werden besser klebbar.

Dennoch gilt: „Die beste Vorbehandlung ist die, die man nicht braucht“, sagte Dr. Jörg Ihde vom IFAM. Doch nicht nur die Oberflächenbeschaffenheit beeinflusst die Qualität der Klebung. Die Härtetemperatur und -zeit bei Epoxiden sind entscheidend, warme feuchte Umgebungen „mögen“ Klebstoffe nicht. Bei Langzeitbelastung kann es zum sogenannten Kriechen kommen: Wird die Klebverbindung unter Druck gesetzt, verformt sich der Klebstoff. Bei Entlastung nimmt er aber nicht wieder seine ursprüngliche Form an. Der Stress der Klebung erhöht sich, die Lebensdauer wird reduziert.

Doch neben den speziellen Herausforderungen, die es innerhalb der Mikrofertigung zu meistern gilt, eröffnet das Kleben hier doch zahlreiche Möglichkeiten und Vorteile: Das Miniaturisierungspotenzial ist enorm – ein klares Plus in Zeiten, in denen Bauteile immer kleiner werden. Verbundwerkstoffe oder Materialmixe können mittels Klebstoff miteinander verbunden werden. Zudem ist kann eine Klebverbindung auch dichten oder elektrisch leiten. Die Mikrofertigung bietet Klebstoffherstellern und Anlagenbauern also großes Potenzial – in Zeiten steigender Miniaturisierung umso mehr. Mit dem verstärkten Einsatz der Hochtechnologie Kleben kann sich auch nach Aussage von OTTI Europa einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil verschaffen.

Video “Kleben von räumlichen Baugruppen”