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Steigerung der Durchsatzrate und der Prozesssicherheit bei der Herstellung von Smart-Labels durch eine neuartige Aufbau- und Verbindungstechnik

Gemeinsamer Abschlussbericht für den Zeitraum: 01.06.2008 - 31.05.2010. Förderkennzeichen AIF 15442 N
 
: Dilger, K.
: TU Braunschweig, Institut für Füge- und Schweißtechnik; Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung -IFAM-, Bremen

Braunschweig, 2010, 136 pp.
German
Report
Fraunhofer IFAM ()

Abstract
In diesem Projekt wurden unterschiedliche, neu entwickelte ACA-Klebstoffsysteme hinsichtlich ihrer Eignung zur schnelleren und prozesssicheren Fertigung von Smart-Labels untersucht. Der erste Ansatz beschäftigte sich mit ACA-Schmelzklebstoffen, die auf unterschiedliche Antennenmaterialen vorapplizert werden. Dazu wurden in einem Klebstoffscreening Schmelzklebstoffe identifiziert, die aufgrund ihrer Charakteristika ein schnelles Erstarrungsverhalten aufweisen. Mittels Druckscherfestigkeitsprüfungen und thermischer Analyse konnten insgesamt 6 Klebstoffsysteme zur Formulierung von ACA-Schmelzklebstoffdispersionen herangezogen werden. Basis für die leitfähigen Schmelzklebstoffdispersionen, die per Schablonendruck verarbeitet werden, sind Mikropartikel aus Schmelzklebstoff. Partikelgrößen von minimal 15 µm sind mit den Verfahren Kryomahlen, Sprühtrockenen und Sieben hergestellt worden. Die Dispersionen wurden rheologisch so untersucht und formuliert, dass sie thixotrope Eigenschaften für den Druck besitzen. Um ein Prozessfenster zum reproduzierbaren Drucken zu ermitteln, wurde anhand von umfangreichen Parameterstudien der Schablonendruck soweit optimiert, dass Minimalvolumia im Bereich von 8-16 nl/Dot appliziert werden konnten. Mit Hilfe einer statistischen Versuchsplanung sind die minimalen Aushärtezeiten in einem Die-Montageprozess von 3-6 s pro RFID-Tag ermittelt worden, wobei Folgedrücke von 6 N und Verarbeitungstemperaturen im Bereich von 120 -160 °C nötig sind. Die Kontaktierungsqualltäten sowie Scherfestigkeiten von mittels ACA-Schmelzklebstoffen gefügten Testaufbauten zeigen ähnliche Eigenschaften wie Standard-ACAs. Anhand einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung sind prozentuale Erhöhungen der Durchsatzzahlen für das Fertigen von RFID-Tags um über 50% ermittelt worden. Der zweite Ansatz ist ein niedrigviskoser reaktiver vorapplizierbarer Acrylat- Epoxid-HybridKlebstoff, der in zwei Härtungsschritten reagiert. Dieser Klebstoff wird bereits auf Waferebene mittels spin-coating aufgetragen. Anschließend wird der Klebstoff mittels UV- Strahlen unter Stickstoff zu einem Thermoplast polymerisiert (1. Härtungsschritt). Der Klebstoff liegt nach der UV-Härtung bel Raumtemperatur als trockene lackfrele Beschichtung vor. Der mit Klebstoff beschichtete Wafer wird in den nächsten Verarbeitungsschritten gesägt und die Chips werden vereinzelt. Durch das Vorapplizieren des Klebstoffes entfällt der Klebstoffauftrag in der Fertigungsanlage zur Transponderproduktion. Dadurch können ca. 10 % der Anlagenkosten eingespart werden. Je nach Anlage beträgt dies bis zu 95 T€. Der zweite Härtungsschritt wird mittels Thermoden initiiert. Die dafür notwendige Temperatur in der Klebfuge beträgt 90 °C. Dadurch können auch temperaturempfindlIche Substrate wie beispielsweise Polycarbonat verarbeitet werden. Die Chipkontaktierung auf Polycarbonat Ist sonst nur mit dem relativ teueren da aufwendigen Ultraschallverlegeverfahren mit Chipmodul möglich. Die Ersparnis pro kontaktiertem Chip beträgt 0,15 €. Die VerweIlzeit in der Thermodenstation für das Initiieren des 2. Härtungsschrittes konnte ebenfalls auf unter 10 Sekunden gesenkt werden. Der reaktive vorapplizierbare Klebstoff kann als NCA- oder als ACA-Klebstoff formuliert werden. Für den ACA-Klebstoff wurden verschiedene Folistoffe getestet. Die besten Resultate wurden mit metallischen Partikeln bzw. mit Partikeln, die einen möglichst hohen MetalIanteil haben, erzielt. Die Klimabeständigkeit bel 85 °C und 85 % rel. Feuchte bezüglich der KIebfestigkeit war sehr gut.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-195430.html