Projekt 18646/01

Entwicklung der Technologie zur Herstellung von Abstandshaltern in Siebdrucktechnik

Projektträger

Hoffmann & Krippner GmbH
Siemensstr. 1
74722 Buchen
Telefon: 06281/5200-70

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Folientastaturen und Foliensensoren werden für industrielle Anwendungen durch Verklebung von mehreren, mit elektrischen Leiterbahnen versehenen Folienlagen hergestellt. Die Verklebung erfolgte bisher mittels doppelseitig klebenden Klebefolien, die gleichzeitig einen definierten Abstand zwischen den mehrlagigen Leiterbahnen gewährleisten. Bei der Weiterverarbeitung geht ein Großteil der Klebefolien als Verschnitt verloren und muss als Sonderabfall entsorgt werden. Ziel des Projekts ist es, die Klebefolien durch im Siebdruckverfahren aufgebrachte Abstandshalter (Höhe ca. 250 - 300 µm) mit Klebefunktion zu substituieren. Hierdurch wird die Entsorgungsproblematik der Klebefolien vollständig eliminiert. Mit der Siebdrucktechnik ist es möglich, Farbe, Klebstoff o. ä. so auf Objekten zu platzieren, dass sie nur dort aufgetragen werden, wo sie benötigt werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenSeitens des Kooperationspartners wurde ein Kleber auf der Basis folgender Lösungskonzepte entwickelt:
1. Modifizierung eines Arcrylathaftklebestoffes mit polyfunktionellen Monomeren,
2. Modifizierung eines Arcrylathaftklebestoffes mit niedermolekularen Oligomeren,
3. Modifizierung von Polyesterharzen mit funktionellen Monomeren,
4. Modifizierung von Polyesterharzen mit Urethanacrylaten,
5. Kombination auf den vorgenannten Lösungswegen.
Der Bewilligungsempfänger entwickelte die Siebdrucktechnik, wobei die Klebemasse durch entsprechende Gestaltung der Siebe und Schablonen in der erforderlichen Stärke aufgebracht wird, mit UV-Licht vernetzt und nach dem Kaschieren mit der zweiten Folie durch weitere UV-Strahlung ausgehärtet wird. Die Siebdrucktechnik wird bisher mit Schichtdicken bis ca. 20 µm eingesetzt. Das neue Verfahren muss den Auftrag von Schichtdicken bis 300 µm ermöglichen. Bei der Entwicklung des Verfahrens wurde auf Erfah-rungen mit dem Auftrag von SMD Klebstoff für die Herstellung elektrischer Leiterplatten zurückgegriffen. Diese Untersuchungen wurden für die vorgenannten fünf Lösungsansätze durchgeführt, wobei die Ergebnisse jeweils in die Kleberentwicklung zurückflossen. Die Testprobanden wurden einer mechanischen, elektrischen, chemischen und umwelttechnischen Untersuchung unterzogen. Auch Klimatests wurden durchgeführt. Nach Abschluss der Laboruntersuchungen erfolgte die Prüfung der Serientauglichkeit des entwickelten Verfahrens.


Ergebnisse und Diskussion

Im Projekt wurde ein Dickschicht-Klebstoffauftrag für Foliensensoren entwickelt; dieser kann die bisher eingesetzten doppelseitig klebenden Folien mit ihrem hohen Abfallaufkommen ersetzen.
Ausgehend von derzeit verwendeten Fertigungsmaterialien konnte für ein konkretes Produkt ein neues UV strahlungshärtbares Klebesystem entwickelt werden. Auch die für eine Testproduktion benötigten Verarbeitungsverfahren wurden entwickelt. Die Prozessgestaltung wurde optimiert und geeignete Fertigungsmittel in umfangreichen Versuchsreihen getestet. Es wurden Folienpotentiometer entsprechend eines in Serienfertigung laufenden Produktes gefertigt. Eine Kennlinienmessung der mit Distanzklebstoff gefertigten Potentiometer zeigte gleiche Kennlinien wie beim konventionellen Serienprodukt. Die Gebrauchstauglichkeit des neuen Herstellverfahrens wurde mit Dauertests und Klimauntersuchungen abgesichert.
Bei dem für einen Produktionsversuch ausgewählten Produkt fallen bei herkömmlicher Fertigung mit Spacern etwa 86 % Folienverschnitt an (bezogen auf die eingesetzte Abstandsfolie). Mit der Siebdrucktechnik wird der Klebstoff nur an den benötigten Stellen aufgetragen. Damit werden Ressourcen geschont und erhebliche Abfallmengen vermieden. Für die Funktion als Abstandhalter zwischen den elektrisch leitenden Sensorbauteilen konnte ein Klebstoffauftrag in ausreichender und gleichmäßiger Stärke erreicht werden.
Ein wesentlicher Projektbestandteil war die vom Partner Lohmann GmbH & Co. KG geleistete Klebstoffentwicklung. Es wurden zahlreiche Klebstoffmodifikationen mit Zusatz diverser Photoinitiatoren und verschiedener Additive zunächst im Labormaßstab getestet. Parallel zur Entwicklung und Optimierung wurden ausgewählte Rezepturen für erste Siebduckversuche benutzt. Probleme mit Lufteintrag durch die Rakelbewegung (Schaumbildung), die in vorangegangenen Labortests nicht auftraten, erforderten weitere Klebstoffentwicklungen. Die Blasenbildung konnte mit Entlüfteradditiven gelöst werden; klassische Entschäumer zeigten schlechtere Ergebnisse. Weitere Modifikationen waren erforderlich, um auf allen Oberflächen einschließlich Isolierlack eine gute Benetzung zu erzielen. Bei den getesteten Photoinitiatoren zeigten Initiatormischungen die besten Ergebnisse. Die verwendeten Fotoinitiatoren waren auf marktübliche UV-Strahler abzustimmen; zugleich musste eine Initiierung durch UV-Licht am Arbeitsplatz ausgeschlossen werden. Auch die verwendeten Monomere und Oligomere, die Vernetzungszeiten und letztlich die angestrebte Schichtdicke beeinflussten die Auswahl der Initiatoren.
Die Entwicklung des Gesamtsystems erfolgte in vier umfangreichen Versuchsreihen.
1. Drei Dickschicht-Klebstoffrezepturen wurden im Handruck aufgetragen, auch auf Isolierlack. Wegen zu großer Blasenbildung und unzureichender Aushärtung bestand weiterer Entwicklungsbedarf.
2. Mit einem Halbautomat und verschiedenen Sieben und Rakeln wurde der favorisierte Klebstofftyp aufgetragen. Druckgeschwindigkeiten und Trockengeschwindigkeiten wurden variiert. Beim Drucken auf dem Halbautomaten konnten deutlich bessere Ergebnisse erzielt werden. Der Schichtauftrag war gleichmäßiger, aber in der Dicke unter dem erwarteten Ziel.
3. Die dritte Versuchsreihe erfolgte mit einem weiterentwickelten Klebstoff, wobei Druck- und Trockengeschwindigkeit variiert wurden. Verbesserungen der Blasenbildung und Vernetzung wurden erreicht.
4. In der vierten Reihe erfolgten weitere Optimierungen, um die Grundlagen für eine Nullserienfertigung zu schaffen. Es gab keine Blasenbildung bzw. Benetzungsschwierigkeiten mit der Isolierung mehr.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Im Rahmen des Projektfortschrittes wurden Informationsveranstaltungen sowohl bei der Hoffmann+Krippner GmbH als auch bei der Lohmann GmbH & Co. KG durchgeführt. In diesem Rahmen wurde der Projektfortschritt vorgestellt und diskutiert.


Fazit

Die Herstellung von Folienpotentiometern mit Hilfe von gedruckten Distanzen konnte realisiert werden. Das Aufbringen des Klebstoffes mit einer Materialstärke von 300 µm konnte im Projektverlauf nicht in einem Druckvorgang realisiert werden; durch Modifikation von Sieb, Rakel und Druckmaschine wurden bis zu 150 µm erreicht. Durch das Verändern des Fertigungsprozesses und das Drucken von zwei Distanz-schichten konnte das angestrebte Ziel dennoch erreicht werden.
Mit den Ergebnissen können bei entsprechender Kundenakzeptanz zukünftige Potentiometer mit gedruckten Distanzen ausgestattet werden. Prinzipiell ist das Verfahren auch bei Folientastaturen anwend-bar. Deren komplizierterer Schichtaufbau erfordert jedoch noch erhebliche Entwicklungsarbeit.

Übersicht

Fördersumme

154.363,00 €

Förderzeitraum

20.06.2002 - 01.07.2004

Bundesland

Baden-Württemberg

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik