Horizon bringt die Leistung von Micro-AM in die Produktion von ESD-empfindlichen Teilen

Durch den Einsatz seiner hauseigenen Technologie für die schablonenbasierte 3D-Mikrofabrikation erschließt Horizon Microtechnologies verschiedene Anwendungsbereiche, die bisher nicht von der Flexibilität, Vielseitigkeit und Innovation profitieren konnten, die durch den Einsatz der additiven Fertigung (AM), genauer gesagt der Mikro-AM, möglich sind.

Ein solcher Anwendungsbereich ist die Herstellung von Teilen und Komponenten, die elektrostatische Entladungen (ESD) und deren potenziell schädliche Auswirkungen unterdrücken müssen. Da moderne elektronische Komponenten immer empfindlicher auf statische Entladungen reagieren, werden die Anforderungen an den antistatischen Schutz im gesamten Mikroelektroniksektor immer größer und strenger. Die bahnbrechende Technologie von Horizon ist in der Lage, durch die Kombination von Präzisionspolymer-Mikro-AM und ESD-Konformität wesentlich zur Beseitigung von ESD in Anwendungen beizutragen, die vom 3D-Druck profitieren würden.

Die schablonenbasierte 3D-Mikrofabrikation nutzt die Nützlichkeit der mit Polymer-Mikro-AM hergestellten 3D-Mikrostrukturen für bisher unversorgte Bereiche der Industrie, indem sie der Mikrostruktur Material und Funktionalität hinzufügt, typischerweise mit einem Beschichtungsprozess nach der Herstellung. Damit schließt Horizon die Lücke zwischen polymerbasierter Mikro-AM und Teilen mit verbesserter Funktionalität wie Leitfähigkeit, Hitzebeständigkeit und anderen nicht polymerkompatiblen Eigenschaften.

Andreas Frölich, Gründer und CEO von Horizon, sagt: “Bei Horizon können wir Teile mit einer kontrollierbaren leitfähigen Oberflächenbeschichtung herstellen und auch interne Kanäle mit mehreren Biegungen beschichten. Dadurch können wir sehr kompakte und leistungsstarke Endeffektoren für Vakuum-Pick-and-Place-Geräte herstellen, die gleichzeitig leitfähig genug sind, um elektrostatische Entladungen zu verhindern. Die antistatischen Eigenschaften und die ESD-Sicherheit ermöglichen auch den Einsatz unserer Teile unter Bedingungen, die Funkenfreiheit und Explosionsschutz erfordern.”

ESD ist die Freisetzung statischer Elektrizität, wenn ein geladener Gegenstand mit einem zweiten Gegenstand in Berührung kommt. Dies kann in vielen industriellen Umgebungen ein kostspieliges Problem sein, das sich nur schwer vermeiden lässt, da es durch triviale Vorgänge entstehen kann, z. B. wenn zwei Objekte aneinander reiben und eines positiv und eines negativ aufgeladen wird. Diese Ladungen können dann leicht fließen oder auf andere Objekte überspringen, selbst über kurze Entfernungen im Freien. Ein Beispiel dafür ist der “Schock” oder Funke, den man manchmal spürt, wenn man einen Metalltürknauf berührt, nachdem man über einen Teppichboden gelaufen ist. Im Alltag ist dies nur lästig, aber der damit verbundene kurze, aber intensive elektrische Strom kann leicht ausreichen, um dauerhafte Schäden zu verursachen, wenn er zu oder über elektronische Bauteile in einer Fertigungsanlage fließt. Im Gegensatz zu fertigen Geräten oder Produkten sind die nackten Komponenten in der Regel nicht gegen ESD geschützt, so dass der Strom durch empfindliche Bereiche wie dünne elektrische Leiterbahnen auf einer Leiterplatte fließen kann und dabei so viel Wärme erzeugt, dass die Leiterbahn schmilzt oder die Komponente anderweitig beschädigt wird.

Um dies zu vermeiden, müssen alle in der Produktion verwendeten Materialien und Werkzeuge ein Mindestmaß an Leitfähigkeit aufweisen und ordnungsgemäß geerdet sein, um eine kontrollierte Freisetzung potenziell vorhandener elektrostatischer Ladungen zu ermöglichen. Darüber hinaus obliegt es den Konstrukteuren von Bauteilen und Komponenten, einen Schutz einzuplanen, indem sie Produkte und Baugruppen so robust wie möglich gestalten, um den Auswirkungen von ESD zu widerstehen. In jedem Fall müssen Abhilfemaßnahmen getroffen werden, die teuer sein können und die Designfreiheit bei der Entwicklung neuer und besserer Produkte und Komponenten einschränken. Es versteht sich von selbst, dass die Empfindlichkeit gegenüber ESD-Effekten im Laufe der Zeit nur noch zunehmen wird, da die Schaltungen in elektronischen Geräten immer schneller, kleiner und ausgefeilter werden.

Ein Beispiel für den Einsatz von leitfähigen Mikro-AM-Teilen in ESD-gefährdeten Bereichen sind Werkzeuge für Bestückungsautomaten, die den Nutzen der leitfähigen Beschichtungstechnologie von Horizon zeigen. Bei diesen Maschinen handelt es sich um automatische Bestückungsautomaten, die winzige elektronische Bauteile wie Chips, Widerstände und Kondensatoren mit sehr hoher Geschwindigkeit an den benötigten Stellen auf Leiterplatten platzieren. Die kleinsten genormten Teilegrößen können bei solchen Anwendungen bis zu 0,1 mm mal 0,05 mm betragen. Bestückungsautomaten können auch für die Positionierung optischer und elektrooptischer Komponenten, wie z. B. nackte Laserdioden, auf größeren Baugruppen eingesetzt werden. In beiden Fällen sind die Komponenten sehr klein, ESD-empfindlich und haben in der Regel mindestens zwei elektrische Kontaktpunkte, von denen jeder präzise in Bezug auf das zu bestückende Bauteil platziert werden muss.

Frölich schlussfolgert: “Dies erfordert ein präzises Werkzeug wie einen Endeffektor oder einen Pick-and-Place-Kopf, um sie zu bewegen. Eine gängige Methode, diese Bauteile zu bewegen, ist ein Kopf mit einer kleinen Öffnung (kleiner als das Bauteil), der an eine Vakuumleitung angeschlossen ist. Der Kopf wird in die Nähe des Bauteils gebracht, das Vakuum wird eingeschaltet, und das Bauteil wird an die Öffnung gesaugt und bleibt dort, bis das Vakuum ausgeschaltet wird. Insbesondere bei Laserdioden kann es auch berührungsfreie Bereiche auf dem Bauteil geben, was zusätzliche Einschränkungen für die Form des Endeffektors mit sich bringt. Die kleinen Merkmale, die geforderten Toleranzen, die fast beliebige Form und die erforderlichen internen Kanäle lassen sich mit micro-AM leicht erreichen, und unser Beschichtungsverfahren sorgt für die notwendige Leitfähigkeit, um ESD-Probleme zu vermeiden.”

Durch den Einsatz der Horizon-Technologie können Elektronikhersteller, Entwickler von Montage- und Handhabungsgeräten sowie Designer von Elektronikgehäusen nun die Verwendung von Polymer-Mikro-AM erforschen, ohne sich um die ESD-Konformität sorgen zu müssen.

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