Zuverlässig und stabil

Exklusiv in KEM Der Autor ist Rainer Dörfler, Leiter Produktmanagement bei der Delo Industrie Klebstoffe GmbH & Co KGaA, Windach

Der Einsatz in der Optoelektronik stellt so hohe Anforderungen an Klebstoffe, dass einfache Standardprodukte oft nicht eingesetzt werden können. Delo Industrie Klebstoffe hat deshalb eine Reihe von licht- bzw. licht- und warmhärtenden Epoxidklebstoffen entwickelt, die speziell auf diese Anforderungen zugeschnitten sind: Delo-Katiobond OB und Delo-Dualbond OB.

Fast alle ausgehärteten Klebstoffe zeigen unter Temperatureinfluss eine Verringerung ihrer Masse: Sie gasen aus. Ursache dafür kann die Verflüchtigung nicht einreagierter oder nur lose gebundener Bestandteile sein. Dazu können bei hohen Temperaturen aus dem polymeren Netzwerk durch oxidativen Angriff ganze Bruchstücke herausgelöst werden oder das Netzwerk depolymerisiert.

Abgesehen davon, dass durch thermische Überlastung die Klebeverbindung versagen kann, spielen die Folgen der Ausgasung für viele Anwender keine Rolle. Anders in der Optoelektronik: Da können sich beispielsweise in LED-Packages Ausgasungsprodukte an Linsen niederschlagen und so die Abstrahlcharakteristik verändern, oder sie treten direkt in Wechselwirkung mit der LED-Oberfläche und verringern so die Lichtausbeute.

Delo-OB-Klebstoffe zeigen sehr geringe Ausgasungen in der Größenordnung von 0,1 Massenprozent bei 120 °C. Kurz nach dem Aufheizen kommt die Ausgasung zum erliegen, während etwa lichthärtende Acrylate meist bei 120 °C schon dauerhaft ausgasen.

Im Hinblick auf die quantitative Analyse der Ausgasungsprodukte stehen analytische Verfahren wie die Gaschromatografie/ Massenspektrokospie (GCMS) zur Verfügung. Hier können Bruchstücke von Kohlenwasserstoffen als Hauptausgasungskomponenten von Delo-OB-Klebstoffen identifiziert werden. Häufig wissen Anwender aber gar nicht, welche Stoffe kritisch im Hinblick auf ihre Anwendung sind. In diesem Fall hat es sich bewährt, anwendungsbezogene Tests zu entwickeln. So hat Delo für LED-Anwendungen einen Testaufbau entwickelt, bei dem eine auf einer Leiterplatte befindliche LED hermetisch in einem Gehäuse mit Glasdeckel abgeschlossen wird. In das Gehäuse wird eine größere Menge Klebstoff eingebracht, aus der beim Betrieb der LED Material ausgasen kann. Über die Beobachtung des zeitlichen Verlaufs der Lichtintensität an der Glasscheibe bzw. durch visuelle Beobachtung lässt sich beurteilen, ob die LED-Performance durch die Ausgasung des Klebstoffes beeinflusst wird oder nicht.

Delo-OB-Produkte zeigen auch bei maximal zulässiger Stromzufuhr der LED über eine Testdauer von über zehn Wochen keine Beeinträchtigung der LED-Intensität, während viele andere Klebstoffe schon nach zwei bis drei Wochen zum Totalausfall der LED führen. Der Test belegt, dass es keinen zwingenden Zusammenhang zwischen ausgasender Menge und dem Intensitätsverlauf der LED gibt. So zeigen einige stark ausgasende Produkte gute Ergebnisse, während es auch Produkte mit sehr geringen Ausgasungen gibt, die schon nach kurzer Zeit Wechselwirkungen zeigen.

Oft erfolgen Verklebungen so, dass die Klebstoffschicht im Strahlengang der optischen Komponente liegt. Es ist dann wichtig, dass der Klebstoff eine hohe Transparenz für die relevanten Wellenlängen besitzt und diese Transparenz auch während der vielfältigen Beanspruchung mit Temperatur, UV-Strahlung oder Lötprozessen weitgehend erhält. Delo-OB-Klebstoffe sind transparent und gegenüber thermischer Alterung stabilisiert. Sie vergilben dadurch deutlich weniger als andere UV- oder warmhärtende Produkte.

Aber auch wenn der Klebstoff nicht direkt im Strahlengang liegt, stören sich Anwender häufig an einer starken Verfärbung der Klebenaht, da so beispielsweise das hochwertige Design von Mobiltelefonen beeinträchtigt wird.

Obwohl sie oft nicht optimale Eigenschaften in optoelektronischen Anwendungen aufweisen, überzeugen lichthärtende Acrylate durch ihre schnelle radikalische Aushärtung. Klassische lichthärtende Epoxide müssen in der Regel nur kurz belichtet werden; die Netzwerksausbildung ist aber vergleichsweise langsam, sodass eine Handlingsfestigkeit der verklebten Teile erst nach Minuten erreicht wird. Die Aushärtung ist meist erst nach 24 Stunden abgeschlossen.

Bei Katiobond-OB-Produkten ist es Delo gelungen, die Polymerisation von lichthärtenden Epoxiden so schnell zu starten, dass bereits bei Belichtungsende eine ausreichende Handlingsfestigkeit erreicht wird. Dadurch lassen sich in der Serienfertigung höhere Durchsätze erreichen, und die Materialien werden den Anforderungen beim Active Alignment von optischen Komponenten gerecht: Komponenten in der Fertigung werden direkt aufeinander ausgerichtet und müssen dann in Sekundenschnelle fixiert werden. Oft ist es dafür ausreichend, zunächst einen Spot sehr schnell auszuhärten. Das gesamte Klebstoffvolumen kann danach in einem weiteren Schritt mit Licht oder Wärme ausgehärtet werden. Den Anforderungen von optischen Komponenten kommt entgegen, dass die dualhärtenden Typen bereits ab 80 °C ausgehärtet werden können.

Lichthärtende Klebstoffe können bei Raumtemperatur ausgehärtet werden. Allerdings können sich Bauteile bei intensiver Bestrahlung mit Aushärtlampen deutlich erwärmen – schwarze Bauteile bei hohen Strahlungsintensitäten leicht über 100 °C. Die schnelle Aushärtung der Katiobond-OB-Produkte hält die Bestrahlungszeit der Bauteile kurz und damit den Temperaturanstieg gering.

Bei optoelektronischen Bauteilen für Consumer-Anwendungen herrscht absolute Kompromisslosigkeit in Bezug auf die Zuverlässigkeit der Verklebung, da das Image der Hersteller im Falle von häufigen Bauteilausfällen schwer Schaden leiden würde. Entsprechend werden Klebstoffe harten Zuverlässigkeitstests unterzogen, um die Dauerhaftigkeit der Verklebung sicherzustellen. Die Katiobond-OB-Klebstoffe zeigen sich in entsprechenden Tests wie Feuchteeinlagerung, Temperaturschock oder Hochtemperaturlagerung äußerst stabil.

Im Fertigungsprozess optoelektronischer Komponenten ist nicht nur die hohe Anzahl der pro Zeiteinheit zu verklebenden Teile eine Herausforderung. Es müssen speziell bei diesen Teilen auch Klebstoffmengen von oft deutlich weniger als einem Milligramm zuverlässig dosiert werden. Die Klebstoffe für derartige Prozesse müssen folglich rheologisch optimal auf das Dosiersystem der Wahl abgestimmt sein und müssen absolut homogen sein. Auch kleine Verunreinigungen oder Blasen führen zum Verstopfen des Dosiersystems oder zu Fehldosierungen, sodass in der Folge Ausschussteile produziert werden oder die Fertigungslinie zum Stehen kommt. Alle Delo-Katiobond-OB-Produkte werden mit modernen Aggregaten homogenisiert und filtriert; sie können mit allen üblichen Dosierverfahren wie Mikrojetventilen, Dispensern oder im Pintransfer aufgetragen werden.

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