Entwicklung eines Verfahrens zum präzisen Punkt- und Linienauftrag von hochviskosem Leitkleber mit einem geregelten Mikrodosiersystem

Abstract

Bei der Dosierung von Leitkleber für die Montage mikroelektronischer Bauteile sind die exakte und einfache Einstellbarkeit sowie die Erzeugung und Einhaltung einer hohen Volumenkonstanz beim Klebstoffauftrag die wichtigsten Anforderungen. Bei der Vielzahl an Einflussparametern beim Mikrodosieren (Dosierabstand, Dosierdruck, Verfahrgeschwindigkeit des Roboters und Einstellparameter des Dosierverfahrens etc.) ist heutzutage in den meisten Fällen ein aufwendiges Einfahren des Dosierprozesses und ein zusätzlicher Kontrollschritt in Form einer miniaturisierten Sensorik bzw. eines Bildverarbeitungssystems zur Überwachung des Klebstoffauftrags erforderlich. Beides ist verbunden mit einem hohen Zeit- und Materialaufwand und macht eine Steigerung des geforderten Automatisierungsgrads nur bedingt möglich. Methoden zur Bestimmung des optimalen Dosierabstands zwischen der Dosiernadel und dem Substrat sowie zur Ermittlung des optimalen Verhältnisses von mittlerer Strömungsgeschwindigkeit des Klebers aus der Dosiernadel zur Roboterverfahrgeschwindigkeit existieren zurzeit nicht. Dosiersysteme, die den Druck, die mittlere Strömungsgeschwindigkeit des Klebers und andere Parameter mit Hilfe geeigneter Sensorik überwachen und regeln, sind am Markt nicht erhältlich.

Vor diesem Hintergrund wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Verfahren, das aus einer Mikrodosiermethode und einem Mikrodosiersystem zum präzisen Punkt- und Linienauftrag von hochviskosem Leitkleber besteht, entwickelt. Dazu wurden die Faktoren und Parameter betrachtet, die bei einem Dosiervorgang eine besondere Rolle spielen. Der Schwerpunkt der Dissertation liegt auf der Entwicklung eines geregelten Mikrodosiersystems mit einer Druck- und Abstandsüberwachung und der Ermittlung optimaler Dosierparameter, wie der optimale Dosierabstand, Dosierdruck und das Verhältnis von der Verfahrgeschwindigkeit des Roboters zu der Austrittgeschwindigkeit des Klebstoffs aus der Dosiernadel, die den präzisen Punkt- und Linieauftrag von hochviskosem Leitkleber sicherstellen.

The manufacture of micro systems is characterized by an increasing degree of component miniaturization and frequently-changing product variants and lot sizes. This means that manufacturers need to rapidly adapt their production systems to new conditions and achieve adequate process stability with the required piece numbers. This is also the case in the assembly of micro systems where adhesive techniques are used to fix and bond components. The dispensing system utilized must be capable of being easily and accurately adjusted as well as of producing and maintaining high volume constancy when applying the adhesive. Although current dispensing systems are capable of producing tiny structures using filled conductive adhesives under laboratory conditions, the changing conditions encountered in industry - such as fluctuations in material temperature due to machine-warming - lead to deviations in feeding volumes and thus faulty structures. Most of the dispensing systems which are available on today’s market do not meet the increasing requirements of the micro manufacturing industry. Due to the lack of sensors, relevant process changes are not recognized and therefore corrections cannot be made. As far as increased productivity, flexibility and reliability are concerned, controlled systems are required which are capable of accurately dispensing highly-viscous conductive adhesives in line and dot form. Experience gained in the dispensing of conductive adhesives has shown that a dispensing process is not only dependent upon the selection of the right application process but also to a large extent upon the right parameter settings for the job at hand. As well as the actual dispenser and associated reservoir (e.g. cartouche), the dispensing needle, the substrate and the positioning unit also need to be taken into consideration.