- Steigerung der Produktqualität durch funktionale Nanobeschichtungen
Hocheffektive Nanobeschichtungen, wie beispielsweise Antikorrosions- oder Isolationsbeschichtungen, helfen in den unterschiedlichen Produktionsschritten dabei, erwünschte Eigenschaften zu erzielen und ungewünschte Effekte zu verhindern. Speziell auf den Anwendungsbereich zugeschnittene Substanzen werden dabei durch die Nanobeschichtung mittels PlasmaPlus-Verfahren zielgerichtet auf den neuralgischen Stellen der Produktoberfläche aufgebracht.
„Eine der bekanntesten Nanostrukturen ist der Lotuseffekt, wie er bei den Blättern der Lotuspflanze auftritt. Allerdings handelt es sich hier nicht um eine Beschichtung, sondern um eine natürliche Oberflächenstruktur des Blattes, die aber sehr gut erklärt, wie Nanobeschichtungen funktionieren“, erklärt Nico Coenen, Business Development Manager Electronics Market der Plasmatreat GmbH. Die geringe Benetzbarkeit einer Oberfläche wird als Lotuseffekt bezeichnet, bei der das Wasser von der Blattoberfläche abperlt und als Tropfen abläuft. Komplexe mikro- und nanoskopische Oberflächenstrukturen sind für diese Eigenschaften verantwortlich.
„Solche hocheffektiven Oberflächenstrukturen mit unterschiedlichen Funktionalitäten können wir mit dem Openair-Plasma-Verfahren PlasmaPlus ebenfalls erzeugen“, so Coenen. Zu diesem Zweck wird das in der Plasmadüse erzeugte Plasma mit einem Präkursor angereichert, um so auf der Oberfläche eine ultradünne, aber starke funktionale Schicht aufzutragen. Dabei kommt es auf den Anwendungsfall und den dazu passenden Präkursor an, welche Eigenschaften erreicht werden. Das Spektrum reicht von Schutz- über Barriere-, Isolations-, Haftungs- bis hin zu Antikorrosionsschichten. Die Schichtdicken liegen dabei zwischen 20 und 500 nm und werden mit einer Auftragsgeschwindigkeit von 3 bis 10 m²/h aufgebracht.
„In der Kunststoffindustrie werden diese funktionalen Oberflächen schon sehr lange eingesetzt. Auch in der Verpackungsindustrie werden Barrierebeschichtungen aufgebracht, die Lebensmittel schützen. Ebenfalls sind haftvermittelnde Funktionsbeschichtungen für den 2K-Spritzguss umsetzbar. Aber auch in der Elektronikfertigung rücken die Beschichtungsprozesse mittels PlasmaPlus immer stärker in den Fokus.“ Gerade die Beschichtung als Schutz- oder Isolationsbarriere ist für viele Elektronikfertiger interessant, da durch diese die Baugruppe vor eventuellen Qualitätsproblemen oder Schäden, die im späteren Produktlebenszyklus auftreten können, geschützt werden. Gerade bei komplexen Baugruppen, mit einer hohen Miniaturisierung und Packungsdichte, ist eine Beschichtung durch die Openair-Plasma-Technologie in Verbindung mit PlasmaPlus ein effizienter Prozess, um ganze Baugruppen oder selektiv ausgewählte Bauteile zu behandeln.
Das Erreichen der bestmöglichen Produktqualität ist das eine, der Nachweis darüber das andere: reproduzierbare Prozessabläufe, eine hohe Systemzuverlässigkeit, stabile Qualitätsniveaus und datengestützte Automatisierung sind gängige Prozessvorgaben. Aus diesem Grund werden alle Prozessparameter bei Plasmatreat Anwendungen durch die integrierte Prozesskontrolle Plasma Control Unit (PCU) überwacht und für eine spätere Rückverfolgbarkeit gespeichert. Denn gerade bei sicherheitsrelevanten Baugruppen ist ein reproduzierbarerer Fertigungsprozess mit einer lückenlosen Überprüfung und Dokumentation besonders wichtig.
„Das Einsatzspektrum von PlasmaPlus-Anwendungen in der Elektronikindustrie ist sehr breit. Es lässt sich z.B. beim Drahtbonden einsetzen, wo die selektive Beschichtung der Pads diese vor dem austretenden Epoxidharz nach dem Ofen schützt und somit die sichere Verbindung von Draht und Pad sicherstellt. Aber auch andere anspruchsvolle Einsatzgebiete, in denen Elektroniken beispielsweise einem warmfeuchten Klima, Sprühwasser oder Salznebel ausgesetzt sind, wie z.B. bei maritimen Anwendungen, im Bergbau oder auch im Einsatz in tropischen Regionen, eignen sich die Nanobeschichtungen zum Schutz der Baugruppe. Es muss aber nicht immer so exotisch sein: Wenn man z.B. an die elektronischen Gehäuse in Autos denkt, fällt auf, dass viele Steuerungseinheiten in Alu-Gehäusen eingebaut werden. Um Feuchtigkeit fernzuhalten, wird eine harte oder eine flüssige Dichtung verwendet. Aber auch dann kann mit der Zeit Feuchtigkeit in die Elektronik gelangen. Hier haben sich unsere Nanobeschichtungen als eine passende Lösung erwiesen, die zu hervorragenden Feuchtigkeitsbarrieren führt. Die Nanobeschichtung ist präzise nur auf den Dichtungsflächen aufbringbar und hält z.B. Tests bis zu 960 Stunden Salzsprühnebel bei gängigen Legierungen stand. Das spart Zeit und Material. Zusätzlich arbeiten unsere Anlagen inline, das steigert die Flexibilität in der Produktion ungemein“, erklärt Coenen.
In der Produktion treten immer wieder neue Anforderungen an Produkte, aber auch Veränderungswünsche für vorhandene Prozesse auf. Hier unterstützt eine Forschergruppe von Plasmatreat die Entwicklung ganz neuer funktionaler Oberflächen. Rahmenbedingungen sind die Gegebenheiten beim Kunden vor Ort, die Materialien im Produktionsprozess und das Umfeld, in dem das Endprodukt genutzt wird. Die Einsatzmöglichkeiten der PlasmaPlus-Technologie sind noch lange nicht ausgeschöpft und lösen Probleme auf ganze neue Art und Weise.
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