Ob Fahrzeug- Flugzeug oder Schiffsbau, ob Konsumgüter- oder Bauindustrie, überall wird mehr und mehr Elektronik eingesetzt und befeuert damit einen Wandel zu mehr Miniaturisierung und mehr Flexibilisierung. Das Stichwort „Industrie 4.0“ erscheint hierbei als jüngstes Glied dieser Entwicklung. Typische Anwendungsbeispiele sind Folientastaturen, Displays, RFID-Etiketten, gedruckte Heizungen, gedruckte Elektronik, flexible elektronische Leiterplatten, flexible Photovoltaikzellen oder sogenannte hinterspritzte Elektronik (in-mold electronics).
Die Intelligenz von Elektronik und daraus folgend der zunehmend wachsende Nutzen resultiert aus der Verbindung von Komponenten mit elektronischen Leiterbahnen. Die SMD-Technology (Surface Mount Device) hat sich in den letzten Jahrzehnten zur beherrschenden Technologie in diesem Bereich entwickelt. Die Verwendung von Lotpaste zum Aufbau von Verbindungen stellt dabei den Standard-prozess für die Verbindung elektronischer Komponenten wie Sensoren, Prozessoren oder Dioden (LED) mit einem elektronischen Schaltkreis dar. Dabei werden heute in der Regel FR-4 Platinen aus glasfaserverstärktem Epoxid verwendet.
In der gedruckten Elektronik sind Polyethylenterephthalat (PET) oder Polycarbonat (PC) die Standardsubstrate. Wie nun aber einen Lötprozess durchführen, wenn das Substrat aus einem temperaturempfindlichen PET oder PC besteht? PET und PC überstehen keine 150°C in einem Prozess. Was tun, wenn die einzelnen Komponenten nicht die hohen Temperaturen des Lötprozesse von 200°C und höher mitmachen? Was, wenn der Energieverbrauch in den Prozessen weiter reduziert werden soll und die Überlegung zu mehr Nachhaltigkeit eine Verringerung des eingesetzten Metalls erfordern?
Eine Antwort auf diese Fragen liefern elektrisch leitende Klebstoffe (engl. Electrically Conductive Adhesive - ECA).
Diese Klebstoffe bestehen aus einem Harz und Silberpigmenten. Das Harz fixiert das Silber und baut die mechanische Haftung zwischen Substrat und Bauteil auf. Das Silber zeichnet sich für die erforderliche Leitfähigkeit und die elektrische Verbindung verantwortlich. Silber erweist sich hierbei als das Material der Wahl, auf Grund seiner hohen elektrischen Leitfähigkeit und der geringen Tendenz zu Oxidation; und selbst Silberoxid weist noch eine respektable Leitfähigkeit auf. Diese drei Gesichtspunkte gleichen die hohen Kosten des Edelmetalls mehr als aus!
ELANTAS Europe hat langjährige Erfahrung auf den Gebieten elektrisch isolierender Harze und leitfähiger Silbertinten für gedruckte Elektronik. Die Verbindung dieser beiden Kompetenzen mündet nun in einem elektrisch leitfähigen Klebstoff: Bectron® CG 5660.
Bectron® CG 5660 ist ein einkomponentiger Klebstoff auf Epoxidbasis mit thermischer Härtung. Bectron® CG 5660 besitzt eine hohe elektrische Leitfähigkeit (elektr. Oberflächenwiderstand: 300 - 400 mW/Sq/mil; elektr. Volumenwiderstand: < 1 • 10-5 W • cm) und ist in im ungehärteten Zustand in Bezug auf Adhäsion und Leitfähigkeit bei 20°C über Monate lagerfähig. The Epoxid-Chemie erlaubt gute Adhäsion auf den für die Elektronik typischen Substraten wie FR-4-Platinen, PET, PC und Metallen – und somit den typischen Materialien, die in der Elektronik Verwendung finden. Verschiedene Härtungsprozesse wurden für verschiedene Anwendungen bereits ausgearbeitet. Die Härtungszeiten variieren von 10 min bei 130°C auf dünnen PET-Folien in einem Durchlaufofen bis zu 60 min bei 90 °C auf Edelstahl in einem klassischen Kammerofen. Insgesamt ist der Wärmeeintrag geringer als bei einem klassischen Lötprozess. Das Bectron® - Team unterstützt gerne bei der Suche nach den optimalen Härtungsbedingungen für die kundenspezifische Anwendung!
Bis ca. 135°C weist das ausgehärtete Produkt einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf (Tg =135°C, Thermischer Ausdehnungskoeffizient 40 – 80 ppm/K). Das ist ein guter Ausgangspunkt, um Temperatur-Schock-Ereignisse bis 125°C zu überstehen. In der thermogravimetrischen Analyse (TGA) wird eine kleine Probenmenge mit einer Heizrate von 10 K/min in vordefinierter Atmosphäre erhitzt (z.B. Luft) und dabei wird kontinuierlich das Gewicht der Probe gemessen. Abbildung 1 zeigt das Ergebnis einer solchen Messung von Bectron® CG 5660 an Luft. Unter diesen Bedingungen der TGA ist bis 200°C keine signifikante Massenabnahme zu beobachten, was auf eine Zersetzung oder ein Ausgasen hindeuten würde.
Bemerkenswert ist darüber hinaus die hohe thermische Leitfähigkeit von Bectron® CG 5660 (> 6 W/m K); damit wird das Material auch für den Wärmetransport von einer elektronischen Komponente auf der Platine zu einer Wärmesenke interessant.
Verschiedene Auftragungsmethoden für Bectron® CG 5660 wurden bereits untersucht (Siebdruck, Plattendruck, Jetting, Dosieren). Dabei konnten Punktgrößen von 100 – 500 µm erreicht werden.
Bectron® CG 5660 mit Siebdruck Bectron® CG 5660 mit Jetting
Bectron® CG 5660 hat sich als elektrisch leitfähiger Klebstoff in verschiedenen Anwendungen bewährt: In der klassischen Elektronik dient Bectron® CG 5660 als einfache elektrische Verbindunge, zum Fixieren und Befestigen von Bauteilen oder zum Wärmetransport. In der gedruckten Elektronik schafft Bectron® CG 5660 die notwendige Verbindung zwischen den elektrischen Leiterbahnen auf PET und PC und den elektronischen Bauteilen. Im Halbleiterbereich wäre eine Anwendung als die-attach für das Chip-Bonding denkbar.
Bei Fragen zur Materialauswahl sowie auch zu anwendungsspezifischen Themen kontaktieren Sie uns gerne direkt unter advancedPrinting@altana.com
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