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Dosieren in der Mikromontage

Das Dosieren von Materialien gehört zu den Kerntechnologien der Aufbau- und Verbindungstechnik. Das Spektrum der Anwendungen reicht dabei vom Setzen von Klebepunkten über das Aufbringen von Lotpasten auf Kontaktflächen bis hin zum Verschluss von Oberflächen mit einem Schutzlack. So unterschiedlich die Anforderungsprofile der verschiedenen Anwendungen sind – die zentrale Herausforderung bei allen ist die Präzision.

Präzision heißt dabei einerseits, eine definierte Materialmenge zu dosieren. Bei der Fertigung von Mikrosystemen bewegen sich die geforderten Volumina bis in den einstelligen Nanoliter-Bereich und tendenziell im Sub-Nanoliter-Bereich. Die eingesetzte Dosiertechnologie muss gewährleisten, dass diese geringen Mengen unabhängig von den Eigenschaften des Dosiermaterials sowie dessen Umwelteinflüssen erreicht werden können. Eine wesentliche Herausforderung beim Dosieren ist die allgemein in Fertigungsprozessen geforderte Prozessstabilität oder auch Prozessfähigkeit. Diese ist notwendig um eine gleichbleibende Qualität der gefertigten Produkte zu garantieren. Oftmals ist es sogar eine funktionell geforderte Bedingung, wobei die Genauigkeit und Wiederholbarkeit die Funktion des Produkts stark beeinflusst.

Das Dosieren verlangt demnach eine hohe Genauigkeit und Wiederholbarkeit hinsichtlich folgender Parameter:

  • Dosiervolumen
  • Position der Dosierung
  • Formtreue der Dosierung (Punktform, Kreisbahnen, Linien, etc.)

Weitere wichtige Größen bei der Verarbeitung von Dosiermaterialien sind:

  • Dichte
  • Viskosität
  • Füllstoffe
  • Härtungsprozess bei Klebstoffen (UV-Härten, thermisches Härten, etc.)
  • Oberflächenspannung
  • Thixotropie bei gefüllten Stoffen (SMD-Kleber, Lotpaste, etc.)
  • uvm.

Diese Angaben werden üblicherweise von den Herstellern der Dosiermaterialien in technischen Datenblättern oder Sicherheitsdatenblättern veröffentlicht. Aufgrund der vielfalt der Dosiermaterialien und Dosiertechnologien ist es meist notwendig entsprechende Dosiertests durchzuführen. Dies wird zusätzlich durch die Vielzahl an Einflüssen auf das Material und die stochastische Fluiddynamik bedingt.

In der Mikromontage wird das Dosieren meist mit einem Bestückungsprozess verknüpft. Oft werden Klebstoffe, Lacke oder auch Lotpasten dosiert. Hierbei schließen sich entsprechende Zusatzverfahren an, welche durch die Art und Weise der Dosiermaterialien vorgebene wird. Wird beispielsweise ein UV-härtender Klebstoff verwendet, muss dieser mit einer entsprechenden UV-Bestrahlung aktiviert werden. Bei Lotpasten schließt sich in der Regel der Lötprozess an einen vorgelagerten Bestückprozess und Dosierprozess an. Je nach Anforderung kann der Lötprozess beispielsweise als Reflow-Löten oder als Laser-Löten ausgeführt werden.

 

Abb. 1 Darstellung einer Nadeldosierung mit gewinkelter, konischer Nadel für Dosier-Anwendungen im nano-Liter-Bereich

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