Artikelarchiv Galvanotechnik

Bondbarkeit

Unter Bonden versteht man allgemein das Kontaktieren von elektronischen Bauelementen mit ihren Trägerwerkstoffen – im COB-Bereich bevorzugt über Drahtverbindungen. Dabei findet praktisch eine Mikroreibverschweißung im atomaren Bereich zwischen Draht- und Trägeroberfläche bzw. zwischen Draht- und Bauteiloberfläche statt [9]. Prinzipiell muss beim Drahtbonden unterschieden werden in:

­– Thermokompressionsbonden: Herstellung der Bondverbindung über Druck und Temperatur;

­– Ultraschallbonden: Aluminiumdrahtbonden im Wedge-Wedge-Verfahren unter Druck und Ultraschallenergie; ­

– Thermosonicbonden: Golddrahtbonden bevorzugt im Ball-Wedge-Verfahren unter Druck, Temperatur (im Bereich von etwa 120?°C) und Ultraschallenergie.

Zu den derzeit heftig diskutierten Themen der galvanischen Beschichtungstechnik zählt die Prozesssicherheit der Verfahren. Dabei wird oft davon ausgegangen, dass die Fehlerquote bei der Beschichtung allein durch die präzise Einstellung und Konstanthaltung der Parameter innerhalb der galvanischen Prozesskette deutlich gesenkt werden kann. Zu diesen Parametern zählen dabei bekanntermaßen die Konzentration der Elektrolytbestandteile, Temperatur der Lösungen, Positionierung der zu beschichtenden Teile auf dem Gestell und im Elektrolyten oder physikalische Werte wie Stromstärke und Behandlungsdauer. In Bezug auf diese Parameter kommen moderne Galvanikunternehmen dem Ideal des konstanten und beherrschten Prozesses in der Regel recht nahe, wobei die laufende Erfassung und Regulierung bestimmter Werte innerhalb enger Toleranzen durchaus problematisch sein kann. Dies gilt z. B. für eingetragene Störstoffe oder Abbauprodukte eventueller organischer Komponenten, die teilweise unbekannt oder schwer analysierbar sind. Darüber hinaus wird das Ergebnis einer oberflächentechnischen Bearbeitung aber sehr stark von der Materialzusammensetzung und dem Ausgangszustand des Substrates beeinflusst. Da ein großer Teil der galvanischen Beschichtungen heute im Lohnauftrag vergeben wird, ergibt sich aus dem angelieferten Substrat immer wieder ein hoher Unsicherheitsfaktor in Bezug auf die Prozesssicherheit der galvanischen Beschichtung. Aber auch bei In-House-Galvaniken kann im Falle eines Fehlers die Ermittlung der tatsächlichen Ursache einer unzureichenden Beschichtung ein langwieriger Prozess sein.

Auf der diesjährigen Jahrestagung des ZVO und der DGO wurde, wie in den vergangenen Jahren auch schon, ein Themenblock zu Umwelttechnik und den Entwicklungen auf Grund der gesetzlichen Vorgaben aus Brüssel angeboten. Und – leider – war auch in diesem Jahr das Interesse der Tagungsteilnehmer eher verhalten; oder vielleicht waren auch nur nicht genügend interessierte Branchenmitglieder auf der Tagung. Dabei muss allen in der Branche tätigen Unternehmen und deren führenden Mitarbeitern klar werden, dass die technische Lösung von Problemen und Aufgaben eine Sache ist – die übrigens in Anbetracht der stetig steigenden Umsatzzahlen sehr gut gelöst wird. Eine andere ist aber die Erfüllung von gesetzlichen Auflagen. Es darf nur an die letzte größere Umwälzung in der Oberflächentechnik erinnert werden: welch ein Aufruhr ging durch die Branche, als völlig unerwartet der Einsatz von sechswertigem Chrom in Chromatierungen beschränkt bzw. anschließend vollständig unterbunden wurde. Inzwischen wurden Ersatzlösungen entwickelt, die sehr gute Ergebnisse liefern, aber eben in Bezug auf die Eigenschaften kein vollständiges Äquivalent sind.

Rückblick auf die Leistungen der Oberflächentechnik für den Umweltschutz

-Fortsetzung aus Heft 9/2006- Gewerbe und Industrie Unsere moderne Welt lebt von Produktion und Gebrauch der unterschiedlichsten Produkte. Dabei wird der Verbrauch der gefertigten Waren häufig nicht so sehr von der Funktionstüchtigkeit des betreffenden Teils gesteuert, sondern vielfach von Design und Mode. Jedes unmoderne Stück lässt sich mit geschickter Werbung durch ein neues, anders aussehendes ersetzen. Dieses Prinzip hält die kapitalistisch geprägte Wirtschaft in Gang, ist jedoch für die Umwelt schädlicher als so mancher toxische Stoff. Wegwerfmentalität kostet Ressourcen; Recycling funktioniert nicht in allen Fällen und schon gar nicht in den armen Staaten. Außerdem bedeutet auch Recycling stets Energieaufwand, um die zurückgeführten Stoffe zu raffinieren und für eine erneute Verwendung aufzubereiten.

Mancher Betriebsleiter hat schon die Erfindung des Papiers verflucht. Papier, Papier und nochmals Papier – aber Papier ist geduldig und hält viel aus, auch Statistiken. Statistisch wurde hochgerechnet und prognostiziert, dass mit Einführung der EDV die Papierflut ein Ende hätte. Tatsächlich aber scheint das Gegenteil eingetreten zu sein: Es ist ja so einfach und auch sicherer – falls der PC mit seinem Speicher abstürzt – doch noch schnell einen Ausdruck anzufertigen. Mark Twain soll einmal formuliert haben: Es gibt Lügen, verdammte Lügen und Statistiken. Er hatte wohl recht. Dummerweise kosten diese Lügen oder vornehmer ausgedrückt Dichtungen, viel kostbare Zeit, die für innovative Aktivitäten verloren ist. Verlangt die Behörde statistische Angaben, so fragt man nach dem Zweck und wertet entsprechend aus – Papier ist geduldig! Werden zum Beispiel die möglichst hohen Investitionen für den Einsatz lösemittelfreier moderner Beschichtungsverfahren gewünscht, so wird der volle Einsatz einer Pulverbeschichtungsanlage angegeben. Will der Betrieb durch Engagement im Umweltschutz glänzen, dann ist die Pulverrückgewinnung – die das Verfahren erst wirtschaftlich macht – eine Umweltschutzinvestition. Wohin gehört die Sparspülung in der Galvanik? Zum Umweltschutz durch Elektrolytrecycling? Oder ist sie normales Verfahrenszubehör? Kurt Tucholski hätte sicher hierzu eine passende Glosse geschrieben. Wem nutzen diese Statistiken, die häufig erst nach ein bis zwei Jahren fertig sind und veröffentlicht werden, wenn heute der internationale Wettbewerb die Situation infolge ökonomischer Verschiebungen oder neuer ökologischer Erkenntnisse innerhalb eines Jahres komplett verändert?

Für die Herstellung von Mikrobauteilen aus Kunststoff oder Keramik mittels Heißprägen oder Spritz- gießen werden mikrostrukturierte Abformwerkzeuge (Formeinsätze) aus Metall benötigt. Neben den klassischen formgebenden Methoden, wie zum Beispiel mechanische Mikrofertigung [1], Laserbearbeitung oder Erodierverfahren, wird für die Herstellung von Formeinsätzen mit besonders anspruchsvollen Strukturdetails und höchsten Anforderungen an Seitenwandrauigkeit und Aspektverhältnisse vorrangig die Kombination aus Lithographie und Galvanoformung (LIGA-Verfahren) eingesetzt [2, 3]. Bei diesem Fertigungsprozess stellen die eingesetzten Lithographieverfahren (Röntgentiefenlithographie oder UV-Lithographie) oftmals eine Beschränkung in Bezug auf die Dimensionalität der zu realisierenden Mikrostrukturen und auf die maximale Größe der strukturierbaren Fläche auf dem Werkzeug dar. Am Institut für Mikrostrukturtechnik, IMT, werden derzeit in Zusammenarbeit mit externen Partnern alternative Verfahren erprobt, bei denen aus Kunststoff-Mikrobauteilen durch galvanische Replikation mikrostrukturierte Abformwerkzeuge aus Nickel ge- fertigt werden.

Vor einigen Tagen brachte die Frankfurter Allgemeine auf ihren Wissenschaftsseiten einen Bericht über eine IUPAC-Konferenz über Green-Sustainable Chemistry (Grüne, nachhaltige Chemie). Bemerkenswert an diesem Bericht erscheint mir, dass er einen allmählichen Wandel in der Wahrnehmung dessen registriert, was Otto Normalverbraucher so unter Chemie versteht. Statt Chemie als eine das Leben insgesamt umspannende Wissenschaft zu begreifen, deren Spektrum vom Speisesalz bis zur DNS reicht und selbstverständlich auch Industriechemikalien, PVC, Insektizide, Pestizide und andere Gifte usw. umfasst, wurde schon vor über zwanzig Jahren beispielsweise alles, was mit Chlor zu tun hatte (dass Kochsalz auch dazu gehört, wurde natürlich übersehen, weil man ja Chlor, Vinylchlorid und Phosgen etc. aufs Korn genommen hatte und sich alles nur um Trichlorethylen, DDT und Dioxin drehte), als harte Chemie verdammt, was beispielsweise dazu führte, dass der Chemielehrer meines Sohnes fast panische Angst vor einer Ampulle mit Chlorgas empfand, und erst einen altgedienten, harten Chemiker brauchte, dem er dieses Teufelszeug zur Entsorgung übergeben konnte.

CemeCon eröffnet Wege zu höherer Produktivität

Durch Verschleiß von Werkzeugen und Maschinenbauteilen entstehen der Industrie Kosten in Milliardenhöhe. Dünne Hochleistungsbeschichtungen tragen entscheidend dazu bei, diese deutlich zu reduzieren. Zum Beispiel im Bereich Präzisionswerkzeuge. Eine wenige 1.000stel Millimeter dünne PVD-Beschichtung verbessert die Leistungsfähigkeit und Produktivität des Gesamtsystems Zerspanen deutlich – von der Maschine über die Energiekosten und Verbrauchs­materialien bis hin zu den Personalkosten. Spezialist für solche Beschichtungen wie etwa CVD-Diamant, Supernitride oder PVD-Oxide ist die CemeCon AG aus Würselen bei Aachen. Wichtig werden die Beschichtungen unter anderem bei der Herstellung eines Zerspanwerkzeuges zur Bearbeitung von Inconel: Dort wurde innerhalb von 15 Jahren die Standzeit vervielfacht – zu einem großen Teil dank der gesteigerten Qualität der Beschichtungen. Im Fokus der Beschichtungstechnologie steht längst nicht mehr die bloße Verlängerung der Standzeiten von Zerspanwerkzeugen; vielmehr geht es um höhere Schnittgeschwindigkeiten, um Minimalmengenschmierung oder gar Trockenbearbeitung für kürzere Nebenzeiten und weniger Nacharbeiten dank höherer Zerspanqualität.

Bericht über eine Veranstaltung des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden

Laseranwender, Neueinsteiger sowie Laserhersteller trafen sich am 5. und 6. Juli 2006 zum 2. Internationalen Workshop Faserlaser, der vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, Dresden organisiert wurde. Neben dem Workshop, der im Maritim-Internationales Congress Center Dresden stattfand, wurde auch eine begleitende Ausstellung abgehalten, auf der Firmen ihre Produkte vorstellten. Fast 300 Teilnehmer informierten sich über den aktuellen Stand der Entwicklungen im Bereich der Faserlasertechnologie. Im Jahr des 800. Stadtjubiläums von Dresden nahm das IWS die Gelegenheit wahr, in der diesjährigen Stadt der Wissenschaft den aktuellen Stand der Technik, die Entwicklungspotenziale sowie neue Einsatzmöglichkeiten des Faserlasers zu präsentieren.

Moderne Fahrzeuge un- terliegen immer höheren Anforderungen und An- sprüchen an Leistungsfähigkeit und Lebensdauer. Obwohl die meisten tribologisch belasteten Bauteile in geschmierter Um- gebung arbeiten, sind die Reibungsverluste in den Systemen immer noch recht hoch und bieten daher ein hohes Optimierungspotenzial (Abb. 1). Vor allem die beiden Oberflächenphänomene Reibung und Verschleiß grenzen die Motorlebensdauer, Effizienz und Leistungsfähigkeit einzelner Teile sehr stark ein (Abb. 2). Da der Konstrukteur bei der Auslegung von Bauteilen den Werkstoff zumeist nach den primären Funktionen Festigkeit, Gewicht und Preis auswählt, muss er bei den Oberflächeneigenschaften häufig Kompromisse eingehen oder ganz neue Lösungen suchen.

Die Bundesregierung hat sich Ende August auf ihre nationale Hightech-Strategie geeinigt. Kernstück ist die Konzentration auf Schlüsseltechnologien und eine deutliche Erhöhung der Forschungsaufgaben bis 2009. Siebzehn Technologiebereiche, von der Nanotechnologie über die Raumfahrt bis zu den maritimen Technologien und die Sicherheitsforschung wurden als strategische Innovationsfelder definiert. Insgesamt 14,7 Mrd. € sollen im Laufe dieser Legislaturperiode in diese Bereiche investiert werden. Knapp 4 Mrd. € davon sind zusätzliche Mittel, von denen ca. 2,3 Mrd. € an das Forschungsministerium und 1,1 Mrd. € an das Wirtschaftsministerium gehen. Der Rest verteilt sich auf andere Ministerien wie das Umwelt- und das Verkehrsministerium. Die Gesamtmittel fließen zum größten Teil in die 17 Innovationsfelder (12 Mrd. €), 2,7 Mrd. € entfallen auf Querschnittsmaßnahmen (Quelle: VDI nachrichten, 1. September 2006, Nr. 35). Ob die versprochenen Mittel auch über die schwierigen Haushaltsverhandlungen der nächsten Jahre hin- über gerettet werden können, muss sich zeigen.

Titandioxid-Photokatalysatoren katalysieren unter Einwirkung von Licht chemische Reaktionen auf ihrer Oberfläche. Entwickelt und eingesetzt werden solche Photokatalysatoren für selbstreinigende Oberflächen, antibakterielle Materialien sowie für die Luft- und Wasserreinigung.

Der im Jahr 2000 in den Kinos erfolgreich gelaufene Film Erin Brockovich beruht auf einer wahren Begebenheit und erzählt die Geschichte der Erin Brockovich gegen den Großkonzern Pacific Gas and Electric (PG&E). Hartnäckige Nachforschungen ergaben, dass in den 60er-, 70er- und 80er-Jahren die Bewohner von Hinkley (Kalifornien) durch sechswertiges Chrom im Grundwasser massiv Gesundheitsschäden erlitten haben. In regelmäßigen Abständen wurde bei PG&E die Oberfläche der Kühlschlangen in den Kühltürmen mit chrom(VI)haltigen Lösungen behandelt und das Abwasser in Absetzbecken gelagert, wobei Luft und Grundwasser verschmutzt wurden. 1996 ist die Firma aufgrund der Nachforschungen von Erin Brockovich und Ed Masry zu einer der größten Schadensersatzsumme in der Geschichte der USA verklagt worden, auf insgesamt 333 Millionen US-Dollar. Die Summe wurde unter mehr als 600 Bewohnern von Hinkley aufgeteilt. 2001 hat der Staat von Kalifornien die Menge an sechswertigem Chrom im Trinkwasser limitiert.