20.04.2023 Wertvolles Material effizient dosieren

TIM gibt es heute in vielen Varianten. TIM-Pasten unterscheiden sich dabei oft in der Materialzusammensetzung. Sie sind mit verschiedensten Metallen und Edelmetallen hoch verfüllt. Diese dann abrasiven Materialien stellen hohe Anforderungen an den Dosierprozess: Da sie teuer sind, müssen sie exakt und möglichst ohne Verluste dosiert werden. Die Füllstoffe müssen nach dem Auftrag gleichmäßig in der Wärmeleitschicht verteilt sein, damit die Ableitung der Wärme sicher gegeben ist und die Wärmeleitpasten müssen blasenfrei aufgetragen werden, da Luft so gut wie keine Wärme ableitet. Bei einem Projekt sollte eine mit Silber gefüllte Wärmeleitpaste auf ein elektronisches Bauteil aufgetragen werden. Dazu wurde das Material zunächst berührend mit einer Exzenterschneckenpumpe dosiert. In der Testphase stieß man auf verschiedene, durchaus klassische Probleme:

1. Eingeschränkte Wärmeleitfähigkeit aufgrund unsauberer Dosierergebnisse durch unterbrochene Linien, Luftblasen und das Nachfließen des TIM nach der Dosierung.
2. Lange Taktzeiten aufgrund des langsamem Auftrages durch Zustellbewegung in der z-Achse. Zur Formung einer Raupe auf dem Bauteil musste die Dosiergeschwindigkeit der Pumpe verlangsamt werden.
3. Unnötiger Materialverbrauch durch abweichende Volumina beim Nachfließen und durch Toträume des Dosiersystems.
4. Materialaufbereitung und Mischen der Mikromengen waren schwierig. Das Material musste für die geforderte Blasenfreiheit aufwändiger unter Vakuum aufbereitet werden. Statische Mischrohre waren in diesem Fall nicht für die Mischung des silberhaltigen TIM geeignet. Der Volumenstrom im statischen Mischrohr war so gering, dass sich die beiden Komponenten nicht optimal mischten.
5. Aufwändige Reinigung und Wartung – das gemischte TIM „infizierte“ in den Toträumen frisch gemischtes und nachgefördertes Material und veränderte seine Dosiereigenschaften und seine Funktion.

Mit dem PDos X1 von perfecdos wird das TIM jetzt berührungslos in Einzeltropfen mit einer sehr hohen Frequenz aufgetragen und das gewünschte Auftragsbild erzeugt. Die optimale Verteilung der Füllstoffe ist dabei sichergestellt. Bei diesem System können die Tröpfchen zwischen 500 µm und 1,5 mm groß sein. Die Materialien werden mit einer Wiederholgenauigkeit von 99% in Bezug auf das Dosiervolumen dosiert. In Bezug auf die genannten fünf Probleme beim berührenden Dosieren bietet das Jetten mit diesem System folgende Vorteile:

1. Mit Linien, dosiert per Punktauftrag, werden Unterbrechungen zuverlässig vermieden.
2. Der berührungslose Auftrag macht eine Zustellbewegung überflüssig. Die 300Hz-Dosierfrequenz des Systems erlaubt eine weitere Beschleunigung des Prozesses. Das Dosieren ist nicht mehr der Flaschenhals des Gesamtprozesses.
3. Das System hat keine Toträume. Dies verhindert eine Infizierung mit „Altmedium“ und Lufteinschlüsse im System. Vorteilhaft ist auch das geringe Innenvolumen des Dosiersystems. Die Aktorik ist vom fluidberührenden Teil des Ventils komplett getrennt. Das Innenvolumen des Systems beträgt nur ca. 0,258 ml. Prinzipbedingt liegt dieses Volumen erheblich niedriger als bei anderen Dosiersystemen. Eine Exzenterschneckenpumpe hat ca. 4 ml Innenvolumen.
4. Die TIM werden dynamisch gemischt und nach dem Mischen entgast.
5. Eine schnelle und einfache Reinigung der Ventile (keine Toträume) erlaubt effektive Jetting-Prozesse.

Das präzise kontaktlose Dosieren von TIM mit dem Jetventil PDos X1 erlaubt ein hochgenaues berührungsloses Dosieren und trägt TIM an Stellen, an denen Wärme abgeleitet werden soll. In Kombination mit der einfachen Reinigung und der Vermeidung von – in mehrfacher Hinsicht – kostenintensiven Toträumen werden so pro Schicht schnell mehr als 1.000 € (in Abhängigkeit des Materialpreises) gespart. Unter Total-Cost-of-Ownership-Betrachtungen addieren sich 300 Takte/s, die eine schnellere Produktion bei minimiertem Ausschuss ermöglichen, eine einfachere Maschinenkonstruktion und Prozessüberwachung zu dieser Rechnung.