Kaltes Plasma in der Elektroindustrie - beam-Verlag
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Produktion
Kaltes Plasma in der Elektroindustrie
Adhäsion spielt in vielen Bereichen der Elektroindustrie eine entscheidende Rolle für Produktqualität und
Prozessstabilität.
Bild 1: Benetzbarkeit einer Oberfläche vor und nach der Plasmabehandlung
Ob bei Verklebungen oder Kenn- Werkstoffe und Materialkombina- kann die Benetzbarkeit gezielt ver-
zeichnungen von Kunststoffkom- tionen zum Einsatz, wie beispiels- bessert werden.
ponenten, Wire-Bonding Prozes- weise Aluminium, Standardkunst- Den Nachweis hierfür kann durch
sen auf metallischen Kontaktpads stoffe wie ABS, PC, PA oder PP, die Analyse des Kontaktwinkels zwi-
oder der Fertigung von Energie- aber auch faserverstärkte Kom- schen einer Testflüssigkeit, wie bei-
speichern: Adhäsion spielt in vie- posite. Neben der Erzeugung spielsweise Wasser, und der Kunst-
len Bereichen der Elektroindustrie eines funktionellen Interfaces und stoffoberfläche erbracht werden: Je
eine entscheidende Rolle für Pro- im Endverbraucherbereich auch kleiner der Kontaktwinkel, desto
duktqualität und Prozessstabilität. eines attraktiven Äußeren, dient flacher der Tropfen und desto bes-
das Gehäuse vor allem dem Schutz ser die Benetzbarkeit (Bild 1).
Immer häufiger Plasma der Elektronik vor äußeren Einflüs- Eine gute Benetzbarkeit ist ein
Um die Oberflächen verschie- sen und Kontaminationen. notwendiges Kriterium für einen
denster Materialien optimal für der- Dementsprechend ist eine sta- optimierten Folgeprozess wie bei-
artige Adhäsionsprozesse vorzube- bile Verklebung von Gehäusescha- spielsweise eine Verklebung. Die
reiten, wird immer häufiger Plasma len von höchster Bedeutung für die Verbesserung der Oberflächenei-
in der Elektroindustrie eingesetzt. Qualität des gesamten Produkts. genschaften von Gehäuseteilen
Diese Technologie ermöglicht eine Die Oberflächen der typischer- durch Plasma können sich dank
selektive Behandlung von Funkti- weise genutzten Gehäusemate- der kompakten und günstigen Piezo
onsflächen auf Kunststoffen, Metal- rialien sind häufig abweisend ge- Direct Discharge (PDD) Technolo-
len oder Kompositen zur Verbesse- genüber Schmutz und Feuchtigkeit, gie im piezobrush PZ3 Handgerät
rung einer Reihe an Folgeprozessen. aber auch gegenüber Klebstoffen, nun auch Start-ups und kleinere
Während konventionelle Atmosphä- Drucktinten oder Lacken. Unternehmen leisten.
rendruckplasmasysteme fest in Anla- Dies führt in vielen Fällen zu einer
gen mit entsprechender Gasversor- unzureichenden Haftfestigkeit der Anwendungsbeispiel
gung, Absaugung und Sicherheits- Gehäuseverklebung oder zu einer So wird dieses etwa bei der Ani-
konzepten integriert werden müs- minderwertigen Qualität von Kenn- mal Care Technologies GmbH einge-
sen, bietet das Kaltplasma-Handge- zeichnung oder Designelementen. setzt, um die beiden Gehäusehälften
rät piezobrush PZ3 die Möglichkeit Diese Probleme sind in erster des eigens entwickelten Colicheck
der unkomplizierten und händischen Linie auf die unzureichende Benetz- sicher zu verkleben. Der Colicheck
Optimierung von Oberflächen. barkeit der verwendeten Materi- wird als Manschette an das Bein des
Bei der Umhausung elektro- alien zurückzuführen. Mittels einer Pferdes angelegt, um den Gesund-
relyon plasma GmbH nischer Baugruppen und Geräte Behandlung der Oberflächen mit heitszustand des Pferdes zu tracken
www.relyon-plasma.com kommen die unterschiedlichsten kaltem Atmosphärendruckplasma und Frühsymptome einer Kolik zu
Bild 2: Plasmaaktivierung der Oberfläche als Vorbereitung für Nachfolgeprozesse wie z.B. Verkleben
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Produktion
Vor allem die sauerstoffbasierten
Reagenzien sind besonders effek-
tiv für die Funktionalisierung von
Kunststoffen. Bei den typischer-
weise hydrophoben Kunststoffen
lagern sich diese Sauerstoffspe-
zies durch eine Behandlung des
piezobrush PZ3 mit dem Modul
„Standard“ als polare Endgruppen
an die Moleküle der Oberfläche an.
Diese fungieren hier als funktionelle
„Anker“, welche stabile Bindungen
zu beispielsweise Klebstoffen oder
Tinten eingehen können (Bild 2).
Auch die Feinstreinigung von
Metallen oder Halbleitern ist mit dem
piezobrush PZ3 möglich. Allerdings
ist dies nur unter Einsatz des Moduls
„Nearfield“ für leitfähige Substrate
möglich. So verwendet die Blick-
Bild 3: Bedrucken von PTFE auf einer unbehandelten und einer plasmabehandelten Oberfläche feld GmbH den piezobrush, um fle-
erkennen und zu melden. Als Bein-
manschette muss das Gehäuse des
Colicheck sehr robust und gut ver-
klebt sein. Mit der Plasmatechnolo-
gie von relyon plasma können für
das Gehäuse professionelle Kle-
beverbindungen erreicht werden.
„Erst durch den Einsatz des
relyon plasma piezobrush® ist es
uns gelungen die Klebeverbindung
unserer Kunststoffgehäuseteile
zuverlässig und dauerhaft herzu-
stellen. Sowohl das ABS Material
der Kunststoffschalen als auch der
TPE Zwischenring zeigen durch die
Plasmabehandlung eine nahezu
unlösbare Verbindung mit dem ein-
gesetzten Polymer Klebstoff. Ohne
die Plasmabehandlung mit dem pie- Bild 4: Wirebonding von AI Draht auf Batterie
zobrush wäre eine ausreichende
Klebeverbindung für unseren Qua-
litätsanspruch unmöglich“, so Doris rialien wie Kunststoff zu verhindern. sich somit auch für Start-ups oder xibel und unkompliziert die Oberflä-
Hoffmann von Animal Care Tech- Zudem kann der direkte Kontakt zur Kleinserien. cheneigenschaften von verschie-
nologies GmbH. Plasmaflamme die Gesundheit von denen Materialien, wie beispiels-
Mitarbeiter gefährden. Wechselmodule und mehr weise Halbleiterbauteilen, zu modifi-
Kaltplasmatechnologie Beim Plasma-Handgerät pie- Grund für die Kompaktheit und zieren. So werden diese für die Fol-
Konventionelle Plasmasysteme zobrush PZ3 ist die Handha- Effizienz des piezobrush PZ3 sind geprozesse optimiert. Das Unterneh-
arbeiten entweder im Niederdruck- bung wesentlich einfacher. Die dessen steckbare Wechselmodule: men hat eine eigene LiDAR-Tech-
bereich und sind dementsprechend hier erzeugte Plasmaentladung Das Herzstück des piezobrush PZ3 nologie entwickelt, die auf paten-
als Kammern ausgeführt, die mit durch PDD Technologie kommt ist der piezoelektrische Plasmage- tierten Silizium-MEMS-Spiegeln
Bauteilen bestückt, abgepumpt ohne signifikante Wärmeverluste nerator CeraPlas von TDK. Das ca. sowie auf handelsüblichen Kom-
und nach der Plasmabehandlung und daher mit einer Leistung von 7 cm lange Bauteil transformiert eine ponenten basiert.
wieder entleert werden. Alterna- nur 18 W aus. Dies macht den kleine Eingangsspannung hoch-
tiv gibt es auch inline-fähige Plas- piezobrush im Handbetrieb unge- effizient um mehrere Größenord- Prozessoptimierung in der Ver-
malösungen unter Atmosphären- fährlich für den Bediener und auch nungen, sodass ohne Zugabe von bindungstechnik
druck, welche allerdings mit Integra- für temperatursensitive Materi- speziellen Gasen ein kaltes Plasma Nicht nur bei Gehäusen und Kom-
tionsaufwand verbunden sind, wie alien, wie beispielsweise dünne unter Raumbedingungen gezündet ponenten kann die Kaltplasmatech-
beispielsweise der Installation einer Kunststofffolien. Auch bezüglich werden kann. Dieses Plasma über- nologie des piezobrush PZ3 Pro-
Absaugeinheit und der Implemen- der Anschaffungskosten stellt der steigt eine Temperatur von 50 °C zesse verbessern. Auch in der Ver-
tierung einer Prozesskontrolle um piezobrush im Gegensatz zu kon- nicht und ist ein Gemisch aus hoch- bindungstechnik findet das Hand-
eine Überbehandlung oder Tempe- ventionellen Systemen wesentlich reaktiven Ionen, Radikalen und Neu- gerät Anwendung. So stellt die iso-
raturschädigung von Substratmate- geringere Hürden dar und eignet tralteilchen. lierende Ummantelung von Kabeln
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Bild 6: Plasmabehandlung von Gehäuseteilen
Bild 5: Plasmabehandlung von Batterien Bild 7: Plasmabehandlung von Flachbandkabeln
nicht nur bei der Konfektionierung, diesen speziellen Materialien zu min- Plasmaunterstützte Produktions- lich Robustheit und Dichtigkeit erfül-
sondern auch bei der Kennzeich- derwertigen Druckbildern und beim prozesse für Energiespeicher len, eine Anforderung, die mithilfe
nung oftmals eine Herausforde- Aufwickeln der Kabel zum Abrieb der Kaltplasmatechnologie unkom-
rung dar. Es kommen hier unter- der Kennzeichnung kommen. Ein Abgesehen von der verbesserten pliziert erfüllt werden kann.
schiedlichste Kunststoffe zum Ein- Beispieldruck auf einem PTFE- Kontaktierung von Batterien, können
satz, deren Oberflächen eine abwei- Substrat zeigt, dass sogar auf die- auch in der Produktion von ande- Zusammenfassung
sende Wirkung auf Klebstoffe oder sem stark abweisenden Material ren Energiespeichern mit kaltem
Drucktinten haben. Typische Mate- eine Standard-Inkjet-Tinte wesent- Atmosphärendruckplasma einige In der vorgestellten Auswahl an
rialien sind beispielsweise PE, PVC, lich besser auf der plasmabehan- Prozesse optimiert werden. So ver- Anwendungsfällen des piezobrush
PC, PTFE (Teflon) oder PI (Kapton). delten Seite des Testcoupons haf- hilft die Plasmatechnologie beispiels- PZ3 für Plasma in der Elektroin-
Bei Prozessen wie dem Verkleben, tet (Bild 3). weise zu einer verbesserten Benet- dustrie wird die Breite der Einsatz-
Vergießen oder dem Umspritzen Nicht nur bei flüssigen Bindungs- zung von Bipolarplatten mit flüssigen möglichkeiten für dessen kom-
von Steckern können Adhäsions- partnern wie Klebstoffen oder Tin- Elektrolyten, wie sie in Brennstoff- pakte Kaltplasmatechnologie deut-
probleme auftreten, welche mögli- ten kann eine Vorbehandlung der zellen eingesetzt werden. Grund- lich: Von Adhäsionsprozessen, wie
cherweise auch erst bei Tempera- zu benetzenden Oberfläche mit sätzlich können mit dem Handge- Kleben oder Drucken auf Standard-
tur- oder Wechselbelastungen auf- dem piezobrush eine entschei- rät piezobrush PZ3 selektiv Benet- aber auch Sondermaterialien, über
fällig werden. Diese Probleme kön- dende Steigerung der Haftung zungseigenschaften von Oberflä- Anwendungen im Wire-Bonding,
nen auf Seiten der Kabelummante- bringen. Im Bereich Wire-Bonding chen verändert werden. Speziell bei bis hin zu Forschungs- und Ent-
lung, aber auch auf Seiten des Ste- konnte die Firma TPT Wire Bonder den Energiespeichern mit flüssigen wicklungsvorhaben, wie beispiels-
ckermaterials auftreten und durch GmbH & Co. KG auf den Kontakt- Elektrolyten gibt es hier im Bereich weise im Bereich Energiespeicher.
eine Plasmavorbehandlung der flächen von Batterien durch eine des internen Aufbaus noch jede Die einfache Handhabbarkeit und
entsprechenden Oberflächen mini- Behandlung mit dem piezobrush Menge Forschungspotential. Was intuitive Bedienung machen den pie-
miert werden. und dem zugehörigen Modul „Near- den Außenbereich solcher Zellen zobrush PZ3 zum nahezu idealen
Auch bei der Kennzeichnung der field“ den Scherkraftwert der Draht- angeht, so kommt es wieder auf Werkzeug für Plasmavorbehand-
Kabelummantelungen, z.B. mittels verbindung mehr als verdoppeln die Qualität der Gehäuse an: Diese lung von der Vorentwicklung bis hin
Inkjet-Druckverfahren, kann es auf (Bild 4 bis 7). müssen höchste Ansprüche bezüg- zur Fertigung von Kleinserien. ◄
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