Klebe-Pads Temporäre Bauteilfixierung im Reflow-Prozess

Doppelseitig klebende Folienelemente tragen dazu bei, den Reflow-Prozess zu optimieren. Die Klebe-Pads fixieren die Bauteile zuverlässig und überstehen das Löten problemlos.

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Die immer höhere Bauteildichte auf Platinen lässt bestehende Fertigungstechniken an ihre Grenzen stoßen. Dies gilt vor allem für das Verlöten einzelner Bauteile. Klebe-Pads – doppelseitig klebende Folienelemente – bieten hier eine neue Möglichkeit zum temporären Fixieren der Bauteile im Reflow-Prozess.

Um lose aufgelegte Bauteile auf Platinen zu befestigen und sie anschließend im Reflow-Ofen verlöten zu können, wird in der Fertigung üblicherweise per Siebdruckverfahren Lötzinn aufgetragen. Vor allem bei doppelseitig bestückten Platinen führt das zu Problemen, denn hier sind zwei Reflow-Durchgänge notwendig. Bauteile, die bereits verlötet sind, hängen im zweiten Durchgang kopfüber und können deshalb leicht von der Platine fallen. Auch auf dem Weg in den Ofen kann es durch Erschütterungen dazu kommen, dass einzelne Teile verrutschen. Die Folge sind hohe Ausfallraten und steigende Produktionskosten.

Dimensionsstabile Verbindung – auch bei 260 °C

Für ein zuverlässiges vorübergehendes Fixieren der Bauteile kommt deshalb oft Flüssigkleber zum Einsatz. Doch die Aushärtung des Klebers kostet Zeit und bedeutet zusätzlichen Aufwand. Die Möglichkeit, den Flüssigkleber standardmäßig per Inkjet innerhalb der Surface-Mounted-Devices (SMD) aufzutragen, ist noch nicht serienreif und zudem mit einem erheblichen Investitionsaufwand für bestehende Anlagen verbunden. Ein manuelles Verkleben ist zu aufwändig und ebenfalls kostspielig. Es sind also andere wirtschaftliche Lösungen gefragt. Hier stellt der Einsatz von Klebe-Pads auf Transferkleber-Basis eine interessante Alternative dar.

Das Klebe-Pad sichert die temporäre Befestigung auf der Platine. Das Bauteil kann nicht verrutschen oder bei doppelseitiger Bestückung von der Platine abfallen. Dafür muss das Klebe-Pad auf die extremen Umgebungsbedingungen im Reflow-Prozess ausgerichtet sein. Denn mit Temperaturen beim Reflow-Löten von bis zu 260 °C stellt dieser Prozess ein herausforderndes Einsatzgebiet für Klebstoffe dar. Das Klebe-Pad muss während des gesamten Vorgangs absolut formstabil sein. Durch ein Quellen oder Verziehen des Materials könnten etwa die Füßchen von Bauteilen angehoben werden und der Lötvorgang wäre nicht mehr durchführbar. Die mögliche Folge: Die gesamte Platine wäre funktionsunfähig.

Die Auswahl des eingesetzten Materials richtet sich nach der jeweiligen Kundenanwendung. Da die Klebe-Pads in der Regel nicht leitfähig sein sollen, stehen je nach Einsatzgebiet verschiedene Folienlösungen als Zwischenträger der Klebstoffe zur Verfügung. Es gibt also keine Standardlösung, die für alle Prozesse gleichermaßen einsetzbar ist. Die Form und Dimension der Klebe-Pads ist ebenfalls individuell abzustimmen.

Automatische Applikation und Verarbeitung

Mit Präzisionsstanzmaschinen sind Einheiten in der Größe von bis zu 3 x 3 Millimetern realisierbar. Müssen noch kleinere Abmessungen erzielt werden, eignen sich auch drucktechnisch erzeugte Klebstoffbeschichtungen. Diese verfügen allerdings nicht über die gleich hohe Temperatur-Beständigkeit wie Klebe-Pads.

Die Pads sind einfach zu applizieren und in den Fertigungsprozess zu integrieren. Über die SMD-Bestückung lassen sich die Klebe-Pads automatisch zuführen und wie ein Bauteil aufbringen. Dabei werden sie über die Gurtsysteme an die Aufnahmedüsen der Bestückungsmaschine herangeführt. Ist das nicht möglich, können in Abstimmung entsprechende Applikatoren entwickelt werden, die an passender Stelle in die Produktionslinie integrierbar sind. Auch vor der eigentlichen Bestückung ist eine Platzierung des Klebe-Pads auf der Platine möglich. Dies erfolgt manuell, halbautomatisch oder vollautomatisch mit entsprechenden Applikatoren.

Bei Formaten unter 3 x 3 mm, komplexen Sonderformen oder Spacer-Funktionen über 500 µm ist die technische Machbarkeit zu prüfen. Beim Design von kapazitiven Bauelementen ist zudem gegebenenfalls der Einfluss des Dielektrikums des Spacer-Materials zu berücksichtigen.

Ausblick: Das Klebe-Pad als integrale SMD-Technik

Prinzipiell sind vielfältige Materialkombinationen und verschiedenste Klebstoffvarianten einsetzbar, um auf die kundenindividuelle Situation einzugehen. So können die Klebe-Pads zum Beispiel an Unter- und Oberseite unterschiedliche Hafteigenschaften aufweisen. Letztendlich hängt es immer von der kundenindividuellen Situation ab, auf welche Materialien und Klebstoffvarianten zurückgegriffen wird. Insofern ist jede neue Kundenanforderung auch eine Weiterentwicklung der Pads. Aktuell laufen Versuche, Klebe-Pads mittels Inkjet und temporärer UV-Vernetzung mit spezifischen Eigenschaften wie etwa einstellbaren Klebstoffparametern auszustatten. Ziel ist, eine Verarbeitung als integralen Bestandteil des Bestückungsvorgangs im SMD-Automaten zu ermöglichen.

* * Michael Drollmann leitet das Business Development Management für die Elektronikindustrie bei Schreiner Pro Tech.

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