2K-Silikon für Mini-LED-Linsen präzise dosieren
Symmetrische Linsengeometrien, blasenfreie Materialverarbeitung und hoher Durchsatz
Bei Mini-LED-Anwendungen übernimmt das dosierte Material mehrere Funktionen gleichzeitig: Das 2K-Material bildet eine optisch wirksame Linse, streut das Licht der LED gleichmäßig und schützt das Bauteil vor äußeren Einwirkungen.
Damit die gewünschten optischen Eigenschaften zuverlässig erreicht werden, muss das Material homogen gemischt, präzise positioniert und mit einer reproduzierbaren Geometrie aufgetragen werden. Bereits geringe Abweichungen bei Mischungsverhältnis, Dosiervolumen oder Linsenform können die Lichtverteilung und die Qualität des Endprodukts beeinflussen.
marco entwickelt abgestimmte Gesamtlösungen aus Materialaufbereitung, 2K-Mischtechnik, präziser Dosierung, kamerabasierter Positionserkennung und dynamischer Automatisierung.
Optische Funktion und Schutz in einem Material
Das 2K-Silikon wird direkt auf die einzelnen Mini-LEDs dosiert. Nach dem Aushärten bildet jeder Tropfen eine optische Linse, die das Licht möglichst gleichmäßig in alle Richtungen streut. Gleichzeitig umschließt das Material die LED. Dadurch schützt es das Bauteil vor äußeren Einwirkungen und trägt zu einer langen Lebensdauer bei.
Die optischen Eigenschaften sind im Material selbst definiert. Voraussetzung für ein konstantes Ergebnis ist deshalb eine homogene Mischung beider Komponenten im vorgegebenen Verhältnis.
Warum die Linsenform entscheidend ist
Bei der Applikation muss jede Linse gleichmäßig und symmetrisch entstehen. Das ist besonders anspruchsvoll, weil die Bewegung des Dosierkopfs den frisch gesetzten Tropfen beeinflussen kann. Unter ungünstigen Bedingungen neigt sich das Material zu einer Seite und bildet eine asymmetrische Linsengeometrie.
Für einen stabilen Prozess müssen mehrere Parameter aufeinander abgestimmt werden:
- Austrittsgeschwindigkeit des Materials
- Material- und Düsentemperatur
- Dosierzeitpunkt und Ventilparameter
- Bewegungsprofil des Dosierkopfs
- Abstand zwischen Düse und Bauteil
In umfangreichen Labortests werden diese Einflussgrößen untersucht und an das jeweilige Material angepasst. So entsteht ein definiertes Prozessfenster, innerhalb dessen die Linsen reproduzierbar und symmetrisch aufgebaut werden können.
Volumetrisches 2K-Mischen auch bei extremen Mischungsverhältnissen
Für die optische Funktion des Silikons müssen beide Komponenten homogen gemischt und im kundenspezifisch vorgegebenen Verhältnis verarbeitet werden. Schon geringe Abweichungen können die Aushärtung, die Materialeigenschaften und damit auch das optische Ergebnis beeinflussen.
Der marco 2K-Mischkopf erfasst beide Komponenten volumetrisch und führt sie kontrolliert zusammen. Dadurch können, je nach Material und Anwendung, auch extreme Mischungsverhältnisse wie 20:1 präzise und reproduzierbar realisiert werden.
Da die Komponenten erst unmittelbar vor der Dosierung gemischt werden, befindet sich nur eine begrenzte Menge angemischten Materials im Prozess. Der Einfluss der Tropfzeit wird dadurch auf den Weg zwischen Mischkopf und Materialauftrag begrenzt.
Materialaufbereitung für Linsen ohne Lufteinschlüsse
Luftblasen innerhalb der Linse können die Lichtstreuung verändern und die optische Qualität beeinträchtigen. Die Vermeidung von Lufteinschlüssen beginnt daher bereits vor dem eigentlichen Dosiervorgang.
Beide Materialkomponenten werden in Tanks entgast und anschließend über die marco PushMembran zum Misch- und Dosiersystem transportiert. Diese Medienversorgung minimiert den erneuten Eindrang von Luft in das vorbereitete Material.
Das entgaste Silikon kann außerdem kleine Restgasmengen aufnehmen, die sich beispielsweise in Hohlräumen unter oder neben der LED befinden. Im definierten Prozessfenster lassen sich so Linsen ohne sichtbare Lufteinschlüsse herstellen.
Kamerabasierte Positionierung auf jeder LED
Eine gleichmäßige Linse erfüllt ihre optische Funktion nur dann zuverlässig, wenn sie mittig auf der LED positioniert ist. Fertigungs- und Bauteiltoleranzen können jedoch dazu führen, dass die tatsächlichen Positionen von den nominalen Koordinaten des Boardlayouts abweichen.
Vor dem Dosieren ermittelt ein Kamerasystem deshalb die reale Lage der LEDs. Das Dosierprogramm wird anhand dieser Messdaten angepasst. Der Materialauftrag orientiert sich damit an den tatsächlichen Bauteilpositionen und nicht ausschließlich am theoretischen Raster.
Das unterstützt eine präzise Zentrierung der Linsen und reduziert das Risiko positionsbedingter Qualitätsabweichungen.
Multihead-Dosierung für kurze Taktzeiten
Neben der Linsenqualität ist der erforderliche Produktionsdurchsatz ein zentraler Faktor. Eine sequenzielle Bearbeitung jeder einzelnen LED-Reihe würde bei dicht bestückten Boards zu langen Taktzeiten führen.
Für die Mini-LED-Anwendung kommt deshalb ein Multihead zum Einsatz. Mehrere Ventile sind in Y-Richtung versetzt angeordnet und werden auf dem marc3 Gantry System gemeinsam über das Bauteil geführt. Während sich der Dosierkopf entlang der X-Achse bewegt, werden mehrere LED-Linien parallel bearbeitet.
Die präzise Bewegungsführung des marc3 sorgt dabei dafür, dass die Ventile reproduzierbar zu den jeweiligen LED-Positionen geführt werden. Durch die Kombination aus Multihead und koordinierter Achsbewegung muss der Dosierkopf nicht jede Reihe einzeln anfahren.
Zusätzliche Positionierbewegungen werden dadurch reduziert und der Durchsatz erhöht, ohne die kontrollierte Formung der einzelnen Linsen zu vernachlässigen.
Zwei Materialien in einem Durchlauf dosieren
Neben den Mini-LEDs befinden sich auch Integrated Circuits (ICs) auf dem Board, die mit einem anderen Material eingeschlossen werden müssen, um die gleiche Langlebigkeit zu erreichen. Für diesen Encapsulation-Prozess wird der Dosierkopf um ein zusätzliches fünftes Ventil ergänzt.
Die optischen 2K-Silikonlinsen und die Einhausung der ICs können dadurch innerhalb eines Maschinendurchlaufs realisiert werden.
Das reduziert zusätzliche Prozessstationen, erneute Positioniervorgänge und das Handling bereits bearbeiteter Boards. Gleichzeitig wird die gesamte Prozesskette kompakter und effizienter.
Messbare Qualitätskontrolle durch Bildanalyse
Die Geometrie der fertigen Linsen kann mithilfe einer Bildanalyse kontrolliert werden. Dabei wird unter anderem der Schattenwurf der Linse ausgewertet.
Über eine zuvor validierte Korrelation kann daraus eine volumenbezogene Kenngröße abgeleitet werden. Der Kunde erhält damit eine messbare Prozesseigenschaft für die Qualitätskontrolle.
Die Bewertung basiert nicht nur auf einem visuellen Eindruck. Es kann überprüft werden, ob die Linsengeometrie innerhalb eines definierten Toleranzfensters liegt.
Vorteile der integrierten Mini-LED-Dosierlösung
- Reproduzierbare und symmetrische Linsengeometrien
- Präzise und homogene Verarbeitung von 2K-Silikon – auch bei extremen Mischungsverhältnissen
- Minimierung von Lufteinschlüssen durch Entgasung und kontrollierte Medienversorgung
- Exakte Zentrierung der Linsen durch kamerabasierte Positionserkennung
- Hoher Durchsatz durch parallele Multihead-Dosierung
- Verarbeitung von mehreren Dosiermedien in einem Durchlauf
- Messbare Qualitätskontrolle durch bildbasierte Auswertung
- Reduziertes Risiko von Ausschuss und Nacharbeit
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