DE3741916C2 - Verfahren zum Aushärten von Klebstoffen auf Kunststoffbasis - Google Patents

Verfahren zum Aushärten von Klebstoffen auf Kunststoffbasis

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aushärten von Kleb­ stoffen auf Kunststoffbasis, bei dem den Klebstoffen zur Beschleunigung der Polymerisation Energie in Form von Strahlung zugeführt wird.
Kunststoffe, insbesondere Klebstoffe auf Kunststoffbasis, müssen durch Polymerisation aushärten, um ihre endgültige me­ chanische Festigkeit zu erlangen. Dabei wird den Kunst- oder Klebstoffen die für die Polymerisation benötigte Energie in Form von Wärme oder Strahlung (Licht) insbesondere UV-Licht, zugeführt. Dabei ist es nun bekannt, daß die mecha­ nischen Eigenschaften der Kunst- oder Klebstoffe im Endpro­ dukt wesentlich von der Dauer des Aushärteprozesses abhän­ gen.
Daher ist es bereits üblich, Klebstoffe bei relativ hohen Temperaturen aushärten zu lassen, in dem den Klebstoffen in kurzer Zeit viel Wärmeenergie zugeführt wird, wodurch der Aushärtevorgang relativ schnell abläuft. Die Wärmezufuhr er­ folgt dabei entweder dadurch, daß das Werkstück mit dem aus­ zuhärtenden Klebstoff in einem Ofen einer entsprechend hohen Temperatur ausgesetzt wird, oder daß der Klebstoff von einer Wärmestrahlungsquelle beaufschlagt wird.
Die Wärme- bzw. Energiezufuhr erfolgt dabei im wesentlichen nach dem Gießkannenprinzip, also in der Weise, daß das gesam­ te Werkstück und nicht nur der auszuhärtende Klebstoffbe­ reich der Wärmezufuhr ausgesetzt wird. Ist nun der Klebstoff­ bereich relativ dick, so kann er in Folge einer langsamen Wärmeverteilung im Klebstoff nicht gleichmäßig aushärten, vielmehr läuft der Aushärteprozeß in unterschiedlichen Berei­ chen der Klebstoffschicht verschieden schnell und damit un­ gleichmäßig ab. Der ungleichmäßigen Aushärtung kann durch eine Erhöhung der Wärmezufuhr beispielsweise durch die Erhö­ hung der Temperatur in einem Aushärteofen entgegengewirkt werden. Dies hat jedoch zur Folge, daß Überhitzungen des Klebstoffes möglich sind, wodurch die mechanischen Eigen­ schaften des ausgehärteten Klebstoffes beeinträchtigt werden. Außerdem werden beträchtliche Teile der Wärmeenergie nicht vom auszuhärtenden Klebstoff, sondern vom übrigen Werk­ stück aufgenommen, so daß es zu erheblichen Energieverlusten und oft zu wesentlichen Schädigungen des Werkstückes selbst oder seiner Komponenten kommt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Ver­ fahren zum Aushärten von Klebstoffen auf Kunststoffbasis der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sich ein schnel­ les und gleichmäßiges Aushärten der Klebstoffe erreichen läßt.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Klebstoffe mit leitenden Partikeln dotiert werden und sowohl mit kurzwelli­ ger, vornehmlich von den leitenden Partikeln absorbierbarer als auch mit langwelliger, vornehmlich von den Klebstoffen absorbierbarer Strahlung beaufschlagt werden.
Durch die erfindungsgemäße Energiezufuhr zur Polymerisation der Klebstoffe mittels kurzwelliger und langwelliger Strah­ lung wird erreicht, daß die benötigte Energie stets genau an die Bereiche gebracht werden kann, wo sie benötigt wird. Da nämlich kurzwellige Strahlung von den leitenden Partikeln, z. B. Metallpartikeln, absorbiert wird, während sie vom Kunststoff durchgelassen wird, werden die leitenden Partikel durch die kurzwellige Strahlung aufgeheizt und geben die Energie an den sie umgebenden Klebstoff im Innenbereich der Klebstoffschicht ab. Umgekehrt wird langwellige Strahlung vom Metall reflektiert und vom Klebstoff absorbiert, so daß hierdurch die Oberfläche des Klebstoffes unmittelbar aufge­ heizt wird.
Somit läßt sich durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen errei­ chen, daß eine Klebstoffschicht äußerst schnell und gleichmä­ ßig aushärten kann, ohne daß dabei große Energieverluste auf­ treten, da die Strahlungsenergie gezielt den entsprechenden Klebstoffbereichen zugeführt wird.
Um eine genügend hohe Energiezufuhr für ein schnelles Aushär­ ten des Klebstoffes zur Verfügung zu stellen, sieht eine Wei­ terbildung der Erfindung vor, daß die Bestrahlung der dotier­ ten Klebstoffe mit kurzwelliger und langwelliger La­ serstrahlung durchgeführt wird.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die kurzwellige Strahlung von einem ersten Lasersystem und die langwellige Strahlung von einem zweiten Lasersystem erzeugt wird.
Bevorzugt umfaßt das erste Lasersystem einen YAG-Laser und das zweite Lasersystem einen Co₂-Laser
Die beiden Lasersysteme können aber auch aus einem oder meh­ reren Lasern bestehen, die die jeweils erforderliche Strah­ lung erzeugen.
Um die gezielte räumliche Energiezufuhr weiter zu verbes­ sern, ist bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung vor­ gesehen, daß die kurzwellige und die langwellige Laserstrah­ lung punktförmig auf auszuhärtende Klebstoffbereiche konzen­ triert wird, wobei die kurzwellige und die langwellige Laser­ strahlung in einem gemeinsamen Auftreffpunkt konzentriert werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfin­ dung ist vorgesehen, daß die auszuhärtenden Klebstoffberei­ che mit den Auftreffpunkten der Laserstrahlung abgetastet werden (Scanning). Durch das erfindungsgemäß vorgesehene Scanning läßt sich in Abhängigkeit von der jeweiligen Ver­ weildauer der Auftreffpunkte der Strahlung auf den Klebstoff­ bereichen die in den entsprechenden Abschnitten der Kleb­ stoffbereiche jeweils erforderlichen Energiemengen sehr genau dosieren, so daß dem Klebstoff nur jeweils so viel Energie zugeführt wird, wie er für die Polymerisation benö­ tigt, ohne daß es zu einer Überhitzung des Klebstoffs kommt.
Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgese­ hen, daß z. B. das erste und/oder das zweite Lasersystem beim Abtasten der Klebstoffbereiche gepulst werden. Durch das Pulsen der verschiedenen beiden Laser wird nun eine wei­ tere Möglichkeit der Dosierung der einem Klebstoffbereich zu­ zuführenden Energie ermöglicht, wobei es insbesondere vor­ teilhaft ist, daß die Laser unabhängig voneinander gepulst werden können. Somit läßt sich auch die Energiezufuhr für die Oberflächenbereiche des Klebstoffes und seine Innenberei­ che unabhängig voneinander einstellen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Klebstoffbereiche nacheinander mit der kurzwelligen und der langwelligen Laserstrahlung beauf­ schlagt werden. Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich beispielsweise der Innenabschnitt eines Klebstoffberei­ ches aushärten, während der Klebstoff an der Oberfläche noch weich und klebrig ist, so daß weitere Klebstoffbereiche an den ersten in folge der Aushärtung des Innenabschnitts be­ reits formstabilen Klebstoffbereich angefügt werden können, wobei sich eine besonders feste und innige Verbindung der an­ einander angrenzenden Klebstoffbereiche ergibt. Anschließend kann dann die Oberfläche der Klebstoffbereiche in der beschriebenen Weise mit langwelliger Laserstrahlung erfol­ gen.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, daß es in Folge der ge­ nauen örtlichen Zuführung der Strahlungsenergie möglich ist, jeweils nur ganz gezielt diejenigen Oberflächenabschnitte des Klebstoffbereiches nicht auszuhärten, an die sich weite­ re Klebstoffbereiche anschließen sollen, während der restli­ chen Oberfläche bereits die zum Aushärten erforderliche lang­ wellige Strahlungsenergie zugeführt wurde.
Um die Zufuhr von kurzwelliger und langwelliger Laserstrah­ lung noch besser einstellen und an die erforderlichen Gege­ benheiten anpassen zu können, sieht ein weiteres Ausführungs­ beispiel der Erfindung vor, daß das Abtasten der Klebstoffbe­ reiche mit unabhängig voneinander vorgebbarer Abtastfrequenz für die beiden Lasersysteme und mit unterschiedlich regelba­ rer Auslenkung erfolgt.
Das Verfahren zum Aushärten von Klebstoffen auf Kunststoff­ basis nach der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt bei der Herstellung von elektronischen Schaltungsvorrichtungen verwendet.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher beschrieben, die Zeichnung zeigt eine schema­ tische Darstellung einer Laseranordnung zum Abtasten eines Klebstoffbereiches mit Laserstrahlung.
Die in der Zeichnung dargestellte Laseranordnung besitzt hier z. B. einen CO₂-Laser 10, dessen Laserstrahl 11 über einen ersten Umlenkspiegel 12 zu einem zweiten Umlenkspiegel 13 reflektiert wird, der den Laserstrahl 11 auf einen Kleb­ stoffbereich 14 reflektiert.
Der erste Umlenkspiegel 12 ist dabei an einer senkrecht zum Laserstrahl 11 verlaufenden Welle 15 befestigt und kann mit­ tels eines Servoantriebs 16, z. B. mit einem Stellmotor oder einer nach dem Galvanometerprinzip arbeitenden Antrieb, ge­ dreht werden, so daß sich der vom Laserstrahl 11 erzeugte, auf dem:Klebstoffbereich 14 befindliche Laserlichtfleck in Richtung des Doppelpfeils X verschieben läßt. Der zweite Um­ lenkspiegel 13 ist entsprechend an einer Welle 17 befestigt, die senkrecht zur Welle 15 verläuft und die von einem weite­ ren Servoantrieb 18 zum Drehen des Umlenkspiegels 13 beauf­ schlagt ist, so daß dadurch eine Verschiebung des Laserlicht­ flecks in Richtung des Doppelpfeils Y bewirkt werden kann.
Parallel zum CO₂ Laser 10 ist hier z. B. ein YAG-Laser 19 an­ geordnet, dessen Laserstrahl 20 von einem dritten Umlenkspie­ gel 21 zum zweiten Umlenkspiegel 13 umgelenkt und von diesem ebenfalls auf den Klebstoffbereich 14 geworfen wird.
Der dritte Umlenkspiegel 21 ist dabei entsprechend dem ersten Umlenkspiegel an einer senkrecht zum Laserstrahl 20 angeordneten Welle 22 befestigt, die von einem Servoantrieb 23 zum Drehen des dritten Umlenkspiegels 21 beaufschlagt wird.
Durch die Drehung des dritten Umlenkspiegels 21 läßt sich eine Verschiebung des vom Laserstrahls 20 erzeugten Auftreff­ spunkts oder Lichtflecks auf dem Klebstoffbereich 14 in Rich­ tung des Doppelpfeils X erzielen. Die Verschiebung des vom Laserstrahls 20 erzeugten Lichtflecks in Richtung des Doppel­ pfeils Y erfolgt zusammen mit der des anderen Lichtflecks in Abhängigkeit von der Drehung des zweiten Umlenkspiegels 13.
Der Klebstoffstreifen 14 ist auf einem Grundkörper, z. B. einer Isolierplatte 24, angeordnet und besitzt in Folge einer Dotierung mit leitenden Partikeln, z. B. Metallparti­ keln, eine bestimmte Leitfähigkeit, so daß er beispielsweise einen Widerstand für eine elektronische Schaltungsvorrich­ tung bilden kann, die in weiteren, nicht näher beschriebenen Herstellungsschritten auf der Isolierplatte 24 aus aus weite­ ren Klebstoffbereichen gebildeten elektronischen Bauteilen und/oder herkömmlichen elektronischen Bauteilen aufgebaut werden kann.
Im folgenden wird die Funktionsweise der beschriebenen Laseranordnung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren näher er­ läutert:
Zunächst wird der streifenförmige Klebstoffbereich 14 aus einem leitenden, mit leitenden Partikeln dotierten Klebstoff auf Kunststoffbasis auf die Isolierplatte 24 aufgebracht. An­ schließend wird der Klebstoffbereich 14 so von den Laser­ strahlen 11 und 20 des CO₂-Lasers 10 bzw. YAG-Lasers 19 oder entsprechend in den Wellenlängen abgestimmter Laser­ systeme beaufschlagt, daß auf ihm ein Lichtfleck zur Zufüh­ rung von Energie für die Polyinerisation beim Aushärten des Klebstoffs gebildet ist. Durch entsprechendes Drehen der Um­ lenkspiegel 12, 13, 21 mittels der von einer nicht darge­ stellten Steuerschaltung beaufschlagten Servoantriebe 16, 18, 23 wird der Lichtfleck auf dem Klebstoffbereich in der Art verschoben, daß er den gesamten Klebstoffbereich 14 abta­ stet. Dabei wird die Abtastgeschwindigkeit, also die Ver­ schiebegeschwindigkeit des Lichtflecks, und die dem Licht­ fleck von den Lasern 10, 19 zugeführte Energie so gesteuert, daß dem Klebstoff jeweils nur soviel Strahlungsenergie zuge­ führt wird, wie er zur Polymerisation während des Aushärte­ prozesses im Innenbereich und auf der Oberfläche benötigt.
Dabei kann, falls erforderlich, der langwellige Strahlung liefernde CO₂-Laser 10 abgeschaltet werden, sobald sich der Lichtfleck an den Endabschnitten des Klebstoffbereiches 14 befindet, um ein Aushärten der Klebstoffoberfläche in den Endabschnitten des Klebstoffbereiches 14 zu verhindern, so daß dort die Oberflächen für das Ansetzen weiterer Klebstoff­ bereiche für andere elektronische Bauteile unausgehärtet und klebrig bleibt.
Während der von den beiden Laserstrahlen 11 und 20 gebildete Lichtfleck den Klebstoffbereich 14 abtastet, dringt nun die kurzwellige, im Beispiel vom YAG-Laser 19 gelieferte Strah­ lung in den Klebstoff ein und wird von den darin befindli­ chen Metallpartikeln absorbiert und in Wärme umgewandelt. Die Wärme wird anschließend an den die Metallpartikel umgebe­ nen Klebstoff abgegeben und führt somit zur Polymerisation des Klebstoffes im Innenbereich und damit zum Aushärten.
Hierbei kann in Abhängigkeit von der Dotierung des Klebstof­ fes mit Metallpartikeln, also in Abhängigkeit von der Anzahl der kurzwellige Strahlung absorbierenden Metallpartikel die vom YAG-Laser 19 zugeführte Energie, beispielsweise durch Pulsen des YAG-Lasers 19, so eingestellt werden, daß gerade soviel Energie zugeführt wird, wie der die Metallpartikel um­ gebende Klebstoff jeweils aufnehmen kann, ohne daß es zu einem überhitzen des Klebstoffes kommt.
Die langwellige, vom CO₂-Laser gelieferte Laserstrahlung wird unmittelbar an der Oberfläche des Klebstoffbereiches 14 vom Klebstoff absorbiert, wo sie zu einer Oberflächenerwär­ mung führt, durch die ein schnelles Aushärten des Klebstof­ fes gewährleistet wird.
Somit läßt sich der Klebstoffbereich 14 durch die Zuführung der Strahlungsenergie schnell und im allgemeinen gleichmäßig aushärten, so daß er für seine weiter Verwendung die erfor­ derlichen guten mechanischen Eigenschaften aufweist. Hierbei läßt sich insbesondere auf einfache Weise, wie beschrieben, ein Überhitzen des Klebstoffes vermeiden.
Besonders vorteilhaft läßt sich die Erfindung bei einem "Ver­ fahren zur Herstellung einer elektronischen Schaltungsvorrich­ tung" nach der DE-A-37 41 918 anwenden, wo Klebstoffe zur Schaffung von beliebig geformten elektrischen Bauteilen mit definiertem elektrischen Widerstand je nach dem gewünsch­ ten Grad an elektrischer Leitfähigkeit mehr oder weniger mit leitenden Partikeln, z. B. Metallpartikeln, dotiert werden. Die leitenden Partikel erfüllen somit den doppelten Zweck, den Klebstoff die gewünschte Leitfähigkeit zu verleihen und im Zusammenhang mit der kurzwelligen Strahlung den Klebstoff im Innern gleichmäßig zu erhitzen.

Claims (11)

1. Verfahren zum Aushärten von Klebstoffen auf Kunststoffba­ sis, bei dem den Klebstoffen zur Beschleunigung der Polymerisation Energie in Form von Strahlung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebstoffe mit leit­ enden Partikeln dotiert werden und sowohl mit kurzwelli­ ger, vornehmlich von den leitenden Partikeln absorbierba­ rer als auch mit langwelliger, vornehmlich von den Kleb­ stoffen absorbierbarer Strahlung beaufschlagt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung der do­ tierten Klebstoffe mit kurzwelliger und langwelliger La­ serstrahlung durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzwellige Strah­ lung von einem ersten Lasersystem und die langwellige Strahlung von einem zweiten Laser­ system erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Lasersystem einen YAG-Laser und das zweite Lasersystem einen CO₂-Laser umfaßt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzwellige und die langwellige Laserstrahlung punktförmig auf auszuhärtende Klebstoffbereiche konzentriert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die kurzwellige und die langwellige Laserstrahlung in einem gemeinsamen Auftreff­ punkt konzentriert werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auszuhärtenden Kleb­ stoffbereiche mit den Auftreffpunkten der Laserstrahlung abgetastet werden (Scanning).
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und/oder das zweite Lasersystem beim Abtasten der Klebstoffbereiche ge­ pulst werden.
9. Verfahren nach Ansprüchen 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebstoffbereiche nacheinander mit der kurzwelligen und der langwelligen La­ serstrahlung beaufschlagt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtasten der Kleb­ stoffbereiche mit unabhängig voneinander vorgebbarer Ab­ tastfrequenz für die beiden Lasersysteme und mit unter­ schiedlich regelbarer Auslenkung erfolgt.
11. Verfahren zum Aushärten von Klebstoffen auf Kunststoff­ basis nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei der Herstellung von elektronischen Schaltungsvorrichtungen.
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