Microdispensing-Hotmelt-System im Einsatz für die Produktion von Handys (Bild: Vermes Microdispensing GmbH)
04.06.2018 Einfach berührungslos...
...kleinste Tropfen im Nano- und Subnanoliterbereich mit Piezo-Jettern dosieren
High-Tech-Innovationen und die Miniaturisierung elektronischer Bauteile benötigen neuste Mikrodosiertechnologien. Dass diese am besten berührungslos arbeiten – dafür sprechen verschiedene Aspekte.
Die Elektronikindustrie wird nicht umsonst immer wieder als Branche der Zukunft und Leitbranche der Digitalisierung betitelt. So stammt derzeit jede dritte Innovation in der Industrie aus der Elektrobranche. Fortschreitende technische Entwicklungen in der Halbleiterindustrie, z.B. mit immer komplexeren und schneller werdenden Prozessen, treiben die Innovationen in der elektronischen Baugruppenfertigung kontinuierlich an. Von PC und Flachbildschirmen in den 80er Jahren, über Laptops und MP3-Playern in den 90ern bis zu heutigen Smartphones und LEDs erleben wir jede Dekade neue Innovationssprünge.
Im gleichen Maße wie die Miniaturisierung elektronischer Bauteile gerade in den letzten Jahren – getrieben von Unternehmen wie Apple und Samsung – immer größere Ausmaße angenommen hat, steigt auf der anderen Seite das zu produzierende Volumen im mobilen Endgeräte- und elektronischen Gadget-Markt stark an.
Damit einher geht die Notwendigkeit, Smartphones und andere Mikroanwendungen mit immer komplexeren Funktionen in immer kleiner werdende Gehäuse zu integrieren und gegen Umwelteinflüsse zu schützen. Im Zuge dieser fortschreitenden Miniaturisierung rücken Mikrodosiersysteme für die berührungslose Dosierung in fast allen Produktionsbereichen vermehrt in den Vordergrund.
Breites Einsatzspektrum für Mikrodosieranwendungen
Die Branchen, die einen steigenden Bedarf an Mikrodosierungsanwendungen haben, sind äußerst vielfältig. Dazu gehören: Automation und Elektromaschinenbau, Energietechnik, Fahrzeugelektrik, Medizin und Pharmazie, Kommunikations- und Informationstechnik, Licht, die Unterhaltungselektronik.
Die Dosiersysteme werden hier im Nassprozess, d.h. dem Mikrokleben, Mikrodichten und Mikrofilling, eingesetzt. Sie müssen dabei immer kleinere Mengen von Fluiden mengen- und punktgenau mit kürzesten Taktzeiten prozesssicher dosieren können. Jet-Mikrodosiersysteme sind in der Lage, diese Herausforderungen zu meistern.
Sie kommen bei allen Anwendungen mit komplexen Funktionen zum Einsatz und/ oder dann, wenn schnelle Produktionsprozesse gefordert sind, in denen minimale Flüssigkeitsmengen prozesssicher zu dosieren sind. Sie eignen sich für das genaue Applizieren von Medien, wie Klebstoffen, Silberleitklebern, Underfillern, UV-Klebstoffen, Epoxy, Lacken, aber auch von Silikonen, Wärmeleitoder Lotpasten und Hotmelts. Die anspruchsvollen Aufgaben reichen von symmetrischer und unsymmetrischer Durchkontaktierung (VIA), also vertikal elektrischen Verbindungen zwischen den Leiterbahnebenen bis zur hochpräzisen Dosierung von Konvertermaterial, z.B. mit YAG und Diffusor (Titaniumdioxid) in der LED-Fertigung.
Vorteile des berührungslosen Dosierens
Bei den Minimalmengen-Jettern handelt es sich um Ventile, die berührungslos dosieren, und zwar in einem „nicht strömenden Dosierverfahren“. Dies wird als quasi-volumetrischer Dosierprozess bezeichnet.
Die Vorteile des berührungslosen Auftrags sind umfangreich. Neben der hohen Präzision werden außerdem die Bauteile nicht beschädigt und Bauteil- und Lagetoleranzen spielen eine untergeordnete Rolle. Damit kann ohne vorhergehenden Messaufwand dosiert werden.
Jet-Dosierventile schießen das gewünschte Medium Tropfen für Tropfen über Distanzen von 0,4 bis 3 mm und präzise an die gewünschte Stelle.
Ein weiterer – in der industriellen Produktion wichtiger – Pluspunkt ist der Zeitvorteil gegenüber berührendem Auftrag. Hier liefern insbesondere die High-End-Varianten der Jet-Ventile, die Piezo-basierten Systeme, optimale Ergebnisse. Das Ventil arbeitet mit einer extrem schnellen mechanischen Bewegung hinter der Düse, die durch einen innovativen Piezo-Antrieb initiiert wird.
Piezojet-Ventile mit Adjust-Technologie
Diese leistungsstarken Piezo-Dosiersysteme dosieren Mengen im Nano- und sogar Subnanoliterbereich nach individuell programmierbaren Szenarien. Dabei ist zu beachten, dass nur programmierbare Piezojet-Ventile eine exakte Einstellung des Hubs und der Stößelbewegung, und damit eine perfekte Anpassung an das Medium, zulassen, um die erforderlichen Kleinstmengen zu erzeugen. Die Piezotechnik sorgt zudem dafür, dass sehr große Schusszahlen in absolut gleichmäßigem Mediumauftrag erfolgen können, und zwar unabhängig von Bauteiltopographie und Oberflächenbeschaffenheit des Substrats. Bei einem Dosiervorgang werden je nach gewählter Einstellung und Medium kleinste diskrete Dosiermengen von minimal 0,3 nl und 150 μ Durchmesser möglich.
Um rheologische Eigenschaften, wie Viskosität, thixotropierende Effekte, polymere Beschaffenheiten, in den Griff zu bekommen, bedarf es eines intensiven Verständnisses physikalischer und strömungstechnischer Vorgänge. Diese gehören zur Kernkompetenz von Vermes Microdispensing und sind z.B. in die Entwicklung des neuen Mikrodosierventils MDV 3280 »2 eingeflossen. Dieses Piezojet-Ventil bietet alle Vorteile des berührungslosen Dosierens. Das Jet-Ventil erlaubt daher auch bei höchster Geschwindigkeit durch präzises Applizieren von kleinstmöglichen Dosierpunkten mit geringem Tropfendurchmesser (< 150 μ Durchmesser auf dem Substrat) und spart wertvolle Zeit und Kosten im Produktionsprozess.
Die eingesetzte Technik – mit dem vom eigentlichen Ventilantrieb abgekoppelten fluidischen Teil (Fluidik) – ermöglicht flexible Einsatzmöglichkeiten und einfachste Wartung. Aufgrund einer neuen „Bajonett-Fluidik“ ist die Medienzufuhr drehbar und das kompakte und leichte Ventil lässt sich optimal an verschiedenste Aufgabenstellungen, auch bei schwierigsten Einbauverhältnissen in den Produktionsanlagen, anpassen und schnell integrieren. Die Verschlusstechnik des MDV 3280 sorgt für die flexible Koppelung zwischen Ventilkörper und Fluidik-Teil und eine leichte Handhabung und schnelle Wartung.
Das Piezojet-Ventil ist mit einer „Adjust-Technik“ ausgestattet und erlaubt daher eine perfekte Paarung zwischen Düse und Stößel. Das Mikrodosiersystem ermöglicht je nach Anwendung variabel auswählbare Stößel- und Düsenvarianten und Einstellmöglichkeiten. Die neu konzipierte Düsenheizung ist in der Fluidik integriert und hält sie konstant auf optimaler Temperatur, ohne viel Platz einzunehmen. Damit lassen sich schnell komplexeste Applikationen in vollautomatisierten Mikrodosier-Produktionsprozessen realisieren.
Fakten für Einkäufer
• Der berührungslose Auftrag erlaubt schnelle Taktzeiten
• Vom Ventilantrieb abgekoppelte Fluidik senkt die Wartungskosten
Fakten für Qualitätsmanager
• Programmierbare Ventile erlauben die optimale Anpassung an die Materialien und damit höchste Dosierqualität
»1 Microdispensing-Hotmelt-System im Einsatz für die Produktion von Handys (Bild: Vermes Microdispensing GmbH)
»2 Die neue MDS 3280-Serie für präzise Dosierung auf engstem Raum (Bild: Vermes Microdispensing GmbH)
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