Automatisierte Klebverfahren für die Mikromontage mit Hilfe von bauteilintegrierten Klebhilfen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Bei der Montage von Mikrosystemen kommt neben den Handhabungsgeräten zum Greifen und Zuführen der Komponenten dem eigentlichen Fügeprozess eine besondere Bedeutung zu. Durch geringe Bauteilabmessungen, Forderungen nach einer niedrigen Wärmebelastung und spezielle funktionale Anforderungen wird die Klebtechnik als Fügeverfahren hier immer häufiger eingesetzt. Es bestehen allerdings derzeit technologische Einschränkungen, wie z.B. Grenzen bei den minimal dosierbaren Klebstoffvolumina, Schwankungen in der dosierten Klebstoffmenge, Abweichungen bei der Einstellung eines definierten Fügespalts oder Abweichungen von der Sollposition durch fehlende Anfangsfestigkeit. Gegenstand des abgeschlossenen Forschungsvorhabens „Automatisierte Klebverfahren für die Mikromontage mit Hilfe von bauteilintegrierten Klebhilfen“ war, die Beschränkungen existierender Dosiersysteme mit Hilfe von bauteilintegrierten Klebhilfen aufzuheben und im Ergebnis eine exakte, reproduzierbare Montage zu erreichen. Die Untersuchungen bilden die Basis für die weitere Entwicklung hin zu kleineren Abmessungen der zu montierenden Mikrosysteme bei gleichzeitiger Verbesserung der Prozesssicherheit der Montage. Zur Erreichung dieser Ziele wurden nach theoretischen Überlegungen entsprechende Mikrogeometrien entworfen. Diese bauteilintegrierten Klebhilfen wurden im Rahmen des Projekts auf ihre Eignung hin untersucht und konnten eine Verbesserung der Montageeigenschaften bewirken. Beim Entwurf der Klebhilfen wurden folgende Schwerpunkte verfolgt: • Herstellbarkeit mit bekannten Mikrostrukturtechniken, idealerweise parallel zu Bauteilnotwendigen Prozessen • Tolerierung von Dosierungsschwankungen • Eignung des Verfahrens in gängigen Montageprozessen. Die Gestaltung der Fügegeometrie erfolgte durch die Festlegung definierter Anlageflächen, die Einstellung eines definierten Fügespalts und Klebgruben zum Leiten und Stoppen des Klebstoffs. Während der theoretischen Untersuchungen wurden konzeptionelle Überlegungen zur Lösung der Aufgabenstellung getätigt und prozesssichere Parameter für die Klebstoffdosierung und Aushärtung ermittelt. Die praktische Umsetzung umfasste den Aufbau eines Versuchsstandes mit einer geeigneten Automatisierungslösung sowie einer der Anlage angepassten Messeinrichtungen. Die experimentellen Untersuchungen umfassten umfangreiche Klebversuche mit unterschiedlichen Bauteilgeometrien und Klebstoffsystemen und die Auswertung der Ergebnisse. Die vorgesehenen Untersuchungen wurden vollständig durchgeführt und die Ziele des Vorhabens wurden erreicht. Der Bericht enthält Hinweise für die konstruktive Auslegung der Fügestelle anhand der untersuchten Bauteile. Davon ausgehend können leicht Gestaltungsrichtlinien für andere Fügepartner und Klebstoffsysteme abgeleitet werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Assembly of Hybrid Microsystems Using an Assembly System with 3D Optical Sensor. In: Annals of CIRP, 2006, 55/1, S. 11–14
Hesselbach, J., et al.
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Research and Experiments on the Surface Structure in the Bonding Area für Micro Assembly Using Adhesive. Dissertation, Beijing University, 2006
Ma, W.
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Influences on the automated assembly of hybrid Microsystems with high accuracy. In: Smart Systems Integration 2007, S. 621-624
Schöttler, K.; Hesselbach, J.; Raatz, A.
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Photogrammetrischer 3D-Bildsensor für die automatisierte Mikromontage. Dissertation, Inst. f. Produktionsmesstechnik, TU Braunschweig, Aachen, Shaker Verlag, 2007
Berndt, M.
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A Critical Review of Releasing Strategies in Microparts Handling. In: Micro-Assembly Technologies and Applications - IFIP International Precision Assembly Seminar (IPAS'2008) Chamonix, France, February 10-13, 2008, Band 260, S. 223–234
Fantoni, G.; Porta, M.
