Die Befestigungsmaterialien für Bauteile lassen sich in zwei Kategorien einteilen, wie in der Tabelle dargestellt.
Das Löten, früher bleihaltig, heute aber überwiegend bleifrei, bietet den doppelten Vorteil, kostengünstig und etabliert zu sein. Darüber hinaus unterstützt das Reflow-Verfahren die Bauteilausrichtung, indem es die Bauteile so ausrichtet, dass die Oberflächenenergie des Löttropfens minimiert wird. Diese Selbstausrichtung reduziert die Auflösungsanforderungen des Bestückungsprozesses erheblich und ermöglicht so eine schnellere Bauteilplatzierung.
Das Löten hat jedoch einen entscheidenden Nachteil. Das Reflow-Verfahren erfordert typischerweise hohe Temperaturen um 250 °C für die weit verbreiteten SAC-Lote (Zinn/Silber/Kupfer) und zudem zeitaufwändige Aufheizphasen. Daher ist es weder für thermisch spröde Substrate wie PET geeignet noch mit der Hochgeschwindigkeits-Rolle-zu-Rolle-Fertigung (R2R) oder der additiven 3D-Elektronik kompatibel. Es sei angemerkt, dass in jüngster Zeit Niedrigtemperaturlote entwickelt wurden, um die Kompatibilität mit Polymersubstraten zu verbessern, diese jedoch noch keine breite Akzeptanz gefunden haben.
Das zeitaufwändige Hochtemperatur-Reflow-Verfahren eröffnet neue Möglichkeiten für elektrisch leitfähige Klebstoffe (ECAs), die im neuen IDTechEx-Bericht „Elektrisch leitfähige Klebstoffe 2022–2032: Technologien, Märkte und Prognosen“ detailliert analysiert werden. Im Gegensatz zu Lötmitteln, die aus einer Metalllegierung bestehen, setzen sich ECAs aus einem in ein Polymerharz eingebetteten Metallpulver zusammen.
Obwohl sie teurer sind und den Vorteil der Selbstausrichtung nicht bieten, ermöglichen ECAs die direkte Verbindung von Bauteilen mit dem Substrat und erfordern weder hohe Reflow-Temperaturen noch lange Aufheizzeiten. Daher werden sie das Löten auf herkömmlichen Leiterplatten voraussichtlich nicht ersetzen, ihr Marktanteil dürfte jedoch mit dem Übergang zu integrierter und flexibler Elektronik steigen.
Anisotrope leitfähige Klebstoffe (ACAs) weisen zudem eine geringere Leitfähigkeit auf als die gängigeren isotropen leitfähigen Klebstoffe (ICAs). Derzeit erfordern ACAs (als Folien oder Pasten erhältlich) die Anwendung hoher Temperaturen und Drücke bei der Bauteilplatzierung, was sowohl die Herstellungskosten als auch das Beschädigungsrisiko erhöht. Die neue Technologie der „feldjustierbaren leitfähigen Klebstoffe“ beseitigt diese Einschränkung jedoch, da die anisotrope Leitfähigkeit bereits vor dem Verkleben induziert wird.
Neue Anwendungsgebiete von ECAs
ECAs eignen sich gut für Anwendungen, bei denen elektronische Bauteile auf einem anderen Substrat als einem herkömmlichen FR4-Substrat montiert werden müssen, insbesondere wenn das Substratmaterial thermisch spröde ist.
Eine vielversprechende neue Anwendung von ECAs ist die In-Mold-Elektronik (IME), mit der dekorative Oberflächen mit integrierter kapazitiver Berührungssensorik und Beleuchtung hergestellt werden. Automobilinnenräume sind der Hauptanwendungsbereich, und der Gesamtmarkt für IME wird bis 2032 voraussichtlich ein Volumen von rund 1,5 Milliarden US-Dollar erreichen. IME-Komponenten werden hergestellt, indem leitfähige Tinte im Siebdruckverfahren auf ein flaches Substrat (typischerweise Polycarbonat) aufgebracht und anschließend die elektronischen Bauteile montiert werden. ECAs kommen zum Einsatz, da Polycarbonat den hohen Reflow-Temperaturen beim Löten nicht standhalten würde.
Eine weitere vielversprechende Anwendung von ECAs ist die flexible Hybridelektronik (FHE), ein sich entwickelnder Ansatz, der die Vorteile konventioneller und gedruckter Elektronik vereint. Dabei werden Bauteile auf flexiblen Substraten mit gedruckten Leiterbahnen montiert. Um die kostengünstigen PET-Substrate nicht zu beschädigen, sind ECAs (oder alternativ Niedertemperaturlöten) erforderlich.
Ein sehr spezifischer Anwendungsfall für ECAs sind dehnbare Elektronikbauteile, die für elektronische Textilien und einige elektronische Hautpflaster benötigt werden. Dies erfordert Lösungen zur Befestigung leicht dehnbarer Komponenten. Da die mechanischen Eigenschaften von ECAs stark von den Eigenschaften des Polymerharzes abhängen, kann durch die Verwendung eines elastomeren Materials eine leichte Elastizität erzielt werden
