Elektronikklebstoffe für Montage, Schutz und Wärmemanagement

Elektronikklebstoffe sind speziell formulierte Materialien zum Verkleben, Fixieren, Verstärken oder Schützen von Bauteilen in elektronischen Baugruppen. Je nach Formulierung können sie außerdem gegen Feuchtigkeit abdichten, Spannungen abbauen, elektrisch isolieren, Strom leiten, Wärme übertragen oder optische Funktionen erfüllen.

Den universell besten PCB-Klebstoff gibt es nicht. Bei kleinen Fixierstellen können eine schnelle Aushärtung und gute Thixotropie vorteilhaft sein; schwere Bauteile können Zähigkeit und Beständigkeit gegenüber Temperaturwechseln erfordern; empfindliche Bauteile benötigen möglicherweise einen niedrigen Modul und geringe Ausgasung. Die Auswahl muss auf den konkreten Lötstopplack, die Geometrie, Belastung, Aushärtung und Einsatzumgebung abgestimmt werden.

Ein Klebstoff ist in erster Linie dafür ausgelegt, eine Verbindung zwischen Oberflächen herzustellen. Eine Vergussmasse füllt einen Hohlraum aus oder umschließt Bauteile, um sie umfassend zu schützen, elektrisch zu isolieren oder Wärme abzuleiten. Einige Formulierungen können beide Funktionen erfüllen, doch Fließverhalten, Exothermie, Aushärtungsschrumpfung und Schichtdicke werden unterschiedlich bewertet. Weitere Informationen finden Sie im Leitfaden zu wärmeleitenden Vergussmassen für die angrenzende Produktkategorie.

Epoxidharz wird häufig gewählt, wenn hohe strukturelle Festigkeit, Chemikalienbeständigkeit, präzise Positionierung oder durch Füllstoffe erzielte Funktionseigenschaften erforderlich sind. Silikon wird häufig aufgrund seiner Flexibilität, Temperaturwechselbeständigkeit, Feuchtigkeitsabdichtung und geringen mechanischen Spannungen gewählt. Da sich die Eigenschaften einzelner Typen überschneiden, sollten Modul, Haftung, Aushärtung, Reinheit und Eigenschaften nach Alterung verglichen werden und nicht nur die Werkstofffamilie.

Das Material muss in ausreichendem Maß mit direktem Licht der erforderlichen Wellenlänge und Dosis bestrahlt werden. Bei komplexen Fügeverbindungen kann Licht zur schnellen Fixierung mit einer anschließenden sekundären Aushärtung durch Wärme, Feuchtigkeit oder chemische Reaktion kombiniert werden. Beim verdeckten Material muss die vollständige Umsetzung nachgewiesen werden; eine klebrige Oberfläche oder eine sichtbare Aushärtung nahe dem Rand ist kein ausreichender Nachweis.

Beide Varianten sind erhältlich. Viele ungefüllte Epoxidharze, Silikone und Polyurethane sind elektrisch isolierend. Metallgefüllte Systeme können elektrisch leitfähig sein, während keramisch gefüllte Systeme die Wärmeleitfähigkeit erhöhen und dabei elektrisch isolierend bleiben können. Nach der Alterung sind der spezifische Volumenwiderstand, die Durchschlagfestigkeit oder der Kontaktwiderstand zu prüfen.

Dies ist bei Baugruppen möglich, die eine dauerhafte Verbindung und einen kontrollierten Wärmeleitpfad erfordern. Allerdings überträgt der Klebstoff auch mechanische Spannungen und erschwert Nacharbeiten. Vergleichen Sie Ebenheit der Kontaktflächen, Spaltmaß, Klebschichtdicke, Anpressdruck, Anforderungen an die elektrische Isolierung und Wartungskonzept. Lesen Sie wie wärmeleitfähiger Klebstoff funktioniert bevor Sie Materialien ersetzen.

Verwenden Sie eine Produktvariante, deren Beständigkeit gegenüber der vorgesehenen Spitzentemperatur, Verweilzeit, Atmosphäre und Anzahl der Temperaturbelastungen nach der spezifizierten Aushärtung nachgewiesen ist. Prüfen Sie außerdem Masseverlust, Erweichung, Haftung, elektrisches Verhalten und Wechselwirkungen mit Fluss- oder Reinigungsmitteln. Ein allgemeiner Wert für die maximale Temperatur reicht nicht zur Qualifizierung eines Reflow-Prozesses aus.

Häufige Ursachen sind Verunreinigungen, Feuchtigkeit, eine niedrige Oberflächenenergie, Oxidation, ein ungeeigneter Primer oder ein ungeeignetes Reinigungsverfahren, unzureichende Aushärtung, Aushärtungsschrumpfung, übermäßige Schälbeanspruchung und eine Fehlanpassung bei CTE. Die Untersuchung der Bruchflächen und kontrollierte Vergleichsprüfungen an produktionsnahen Oberflächen helfen, diese Ursachen voneinander abzugrenzen.

Die Nacharbeit hängt von der chemischen Zusammensetzung, dem Modul, der Zugänglichkeit, der Klebfläche, dem Erweichungsverhalten und der Empfindlichkeit benachbarter Bauteile ab. Einige flexible oder nicht aushärtende Materialien lassen sich leichter entfernen; hochfeste Epoxidklebstoffe erfordern unter Umständen Wärme oder eine mechanische Entfernung. Legen Sie vor der Auswahl das Konzept für Servicearbeiten vor Ort und die freigegebenen Reinigungsverfahren fest.

Elektrisch leitfähiger Klebstoff kann elektrische Verbindungen bei niedrigeren Prozesstemperaturen ermöglichen und sich für wärmeempfindliche oder nicht lötbare Oberflächen eignen, ist jedoch kein universell einsetzbarer direkter Ersatz. Zu vergleichen sind Kontaktwiderstand, Stromdichte, Verbindungsgeometrie, mechanische Belastung, Feuchtigkeitseinwirkung, galvanische Verträglichkeit, Aushärtung und Reparaturmöglichkeiten. Lot und leitfähiger Klebstoff reagieren zudem unterschiedlich auf Kriechen, Vibrationen und Temperaturwechsel. Daher muss die Qualifizierung mit der vorgesehenen Oberflächenbeschichtung der Bauteile und dem jeweiligen Schaltungsdesign erfolgen.

Einkomponentenmaterialien vermeiden Schwankungen beim Mischungsverhältnis und beim Mischen, können jedoch eine Tiefkühllagerung, gekühlte Handhabung oder Wärmehärtung erfordern. Zweikomponentensysteme können bei Raumtemperatur auch in dicken und abgeschatteten Bereichen aushärten, setzen jedoch eine präzise Dosierung, vollständige Durchmischung und eine kontrollierte Verarbeitungszeit voraus. Zu vergleichen sind Lagerlogistik, Anlagen, Klebstoffvolumen, Zykluszeit, Exothermie, Wartung und Produktionsunterbrechungen – nicht allein die einfache Handhabung.

Anforderungen an Silikonfreiheit sind in der Regel anwendungsspezifisch. Optiken, Relais, Kontakte sowie Beschichtungs- oder Klebeprozesse können gegenüber mobilen Siloxanen oder einer Silikonkontamination empfindlich sein, während viele andere elektronische Baugruppen Silikon erfolgreich aufgrund seiner Flexibilität und Temperaturbeständigkeit einsetzen. Legen Sie anstelle einer pauschalen Einstufung von “silikonfrei” als Zuverlässigkeitsmerkmal die messbare Sauberkeits- oder Kontaminationsgrenze, die gefährdeten Oberflächen und das Prüfverfahren fest.

Die Lager- bzw. Haltbarkeit beschreibt, wie lange das Material in einer ungeöffneten Verpackung unter den angegebenen Bedingungen spezifikationskonform bleibt. Die Verarbeitungszeit beschreibt den nutzbaren Zeitraum, nachdem ein Zweikomponentenmaterial gemischt oder eine Verpackung für die Anwendung konditioniert wurde. Offenzeit, Hautbildungszeit, Fixierzeit und vollständige Aushärtung beantworten andere Fragen. Erfassen Sie Verpackungsmasse und Temperatur, da ein großes Mischvolumen schneller reagieren und mehr Wärme entwickeln kann als eine kleine Laborprobe.

Ermitteln Sie zunächst einen produktionsnahen Ausgangswert und setzen Sie anschließend die vollständige Klebeverbindung realistischen Temperaturwechseln, Feuchtigkeit, Chemikalien, Vibrationen, elektrischer Vorspannung oder optischer Alterung aus. Verfolgen Sie das Funktionsergebnis im Zeitverlauf und untersuchen Sie das Ausfallbild. Die Festigkeit von Prüfkörpern allein kann eine vollständige Baugruppe nicht validieren.

Geben Sie Angaben zu den Substraten, eine Zeichnung der Klebestelle, das Spaltmaß, die Belastung, den Temperaturbereich, die Umwelteinflüsse, die elektrischen, thermischen und optischen Zielwerte, die Aushärteausrüstung, das Dosierverfahren, den Qualifizierungsplan, die Musterstückzahl, die bevorzugte Gebindeart und das prognostizierte Volumen an. Kennzeichnen Sie Schätzwerte eindeutig, damit sie während der Versuche präzisiert werden können.