Leitfähiger Kleber auf der Rückseite eines Touchscreen-FPC-Versteifungsblechs

Bei kapazitiven Touchscreens übernimmt das flexible Leiterkabel, kurz FPC, die Verbindung zwischen Touchsensor, Controller und Hauptplatine. Gleichzeitig muss es in einem sehr begrenzten Bauraum mechanisch befestigt, gebogen und gegen elektromagnetische Störungen geschützt werden.

Eine häufig eingesetzte konstruktive Lösung besteht darin, auf der Rückseite des metallischen FPC-Versteifungsblechs ein leitfähiges Klebeband oder einen leitfähigen Klebstoff anzubringen. Dadurch kann das Versteifungsblech mit dem Metallgehäuse, der Abschirmabdeckung oder einem definierten Massepunkt verbunden werden.

Diese Maßnahme kann die Erdung und EMV-Eigenschaften eines Touchsystems deutlich verbessern. Ihre Wirksamkeit hängt jedoch von der vollständigen Erdungsstruktur, dem verwendeten Klebstoff, der Kontaktfläche, dem Anpressdruck und der späteren Einsatzumgebung ab.

Kurzantwort
Ein leitfähiger Kleber auf dem FPC-Versteifungsblech eignet sich vor allem für folgende Aufgaben:

• elektrische Verbindung zwischen Versteifungsblech und Gehäusemasse;
• Reduzierung des Kontaktwiderstands an der Erdungsschnittstelle;
• Verbesserung der EMI-Abschirmung rund um das Touchscreen-FPC;
• Ableitung elektrostatischer Ladungen;
• Vermeidung eines elektrisch schwebenden Metallblechs;
• dünne Erdungslösung ohne zusätzliche Schraube oder Federkontakt.

Wichtig: Ein geerdetes Versteifungsblech bedeutet nicht automatisch, dass die GND-Kupferlage oder Abschirmschicht des FPC geerdet ist. Zwischen diesen Elementen muss eine konstruktiv definierte elektrische Verbindung bestehen.

1. Ziele der leitfähigen Verklebung
Niederimpedante Erdungsverbindung
Der leitfähige Kleber soll zwischen dem Metallblech und der Systemmasse eine dauerhaft stabile elektrische Verbindung herstellen. Als Systemmasse können beispielsweise folgende Bauteile dienen:

• Metallrahmen des Displays;
• leitfähiges Gerätegehäuse;
• EMI-Abschirmblech;
• definierte Chassis-GND-Fläche;
• geeigneter Erdungspunkt auf der Leiterplatte.

Für ESD- und Hochfrequenzstörungen reicht es nicht aus, ausschließlich den Gleichstromwiderstand zu betrachten. Auch Länge, Breite, Kontaktfläche und parasitäre Induktivität des gesamten Erdungspfads sind relevant.

Eine kurze und breite Verbindung ist für hochfrequente Störströme normalerweise günstiger als ein langer und schmaler Massepfad.

Kontinuierliche EMI-Abschirmung
Lack, Oxidschichten, Eloxal, Schutzfolien und nichtleitende Kleber können zwei benachbarte Metallteile elektrisch voneinander isolieren. Dadurch können Unterbrechungen in der Abschirmung entstehen.

Ein elektrisch schwebendes Versteifungsblech kann unter ungünstigen Bedingungen kapazitiv einkoppeln oder wie eine kleine Antenne wirken. Eine kontrollierte Anbindung an die Gehäusemasse kann dieses Risiko reduzieren.

Weitere Informationen über Erdungs-, Abschirmungs- und Integrationsanforderungen finden Sie bei den industriellen Touchdisplay-Lösungen von Ever Glory.

Mechanische Fixierung
Das Klebematerial stabilisiert gleichzeitig die Position des FPC-Versteifungsblechs. Dadurch kann es Verschiebungen durch Vibration, Stoßbelastung oder wiederholte Temperaturwechsel reduzieren.

Bei hohen mechanischen Belastungen sollte die Klebung jedoch durch eine Halterung, einen Niederhalter, einen Federkontakt oder eine andere konstruktive Sicherung ergänzt werden.

2. Vor der Materialauswahl: Erdungspfad prüfen
Vor der Auswahl des leitfähigen Klebers muss der vollständige Strompfad festgelegt werden:
FPC-Abschirmung oder GND-Kupfer → Versteifungsblech → leitfähiger Kleber → Metallgehäuse oder Systemmasse

Dabei sind folgende Fragen zu klären:

• Besteht das Versteifungsblech aus Edelstahl, Aluminium oder einem anderen leitfähigen Material?
• Ist das Versteifungsblech elektrisch mit der GND- oder Abschirmlage des FPC verbunden?
• Befindet sich zwischen Stahlblech und FPC eine isolierende Klebeschicht?
• Ist die Kontaktfläche am Gehäuse lackiert, eloxiert oder beschichtet?
• Wird Signalmasse, Chassismasse oder Schutzleiterpotenzial kontaktiert?
• Über welche Bauteile würde ein ESD-Strom tatsächlich abfließen?
• Handelt es sich um eine EMV-Hilfsverbindung oder um eine sicherheitsrelevante Erdung?

Für die Entwicklung eines vollständigen Touchsystems kann außerdem die Produktgruppe kundenspezifische kapazitive Touchscreen-Monitore einbezogen werden.

3. Geeignete Arten leitfähiger Kleber
Leitfähige Klebematerialien dürfen nicht pauschal als wärmehärtende Klebstoffe behandelt werden. Leitfähige Haftklebebänder benötigen normalerweise keine thermische Aushärtung, während flüssige leitfähige Kleber nach einem produktspezifischen Temperatur- und Zeitprofil ausgehärtet werden müssen.

4. Wichtige Auswahlparameter
Elektrische Eigenschaften
Bei flüssigen, ausgehärteten Klebstoffen kann der spezifische Volumenwiderstand ein sinnvolles Auswahlkriterium sein. Bei leitfähigen Klebebändern sind dagegen häufig folgende Werte aussagekräftiger:

• Durchgangswiderstand in Z-Richtung;
• Kontaktwiderstand bei definierter Fläche;
• Kontaktwiderstand bei festgelegtem Anpressdruck;
• Widerstandsänderung nach Temperatur- und Feuchtigkeitsalterung;
• Leitfähigkeit in Z- oder XYZ-Richtung;
• EMI-Schirmwirkung im relevanten Frequenzbereich.

Ein Wert wie ≤ 1,0 × 10⁻³ Ω·cm kann für bestimmte silbergefüllte Klebstoffe gelten, ist aber kein universelles Kriterium für leitfähige Haftklebebänder oder anisotrope Filme.

Klebeschichtdicke
Die erforderliche Dicke hängt unter anderem von folgenden Faktoren ab:

• Spalt zwischen Versteifungsblech und Gehäuse;
• Ebenheit der Kontaktflächen;
• mechanische Toleranzen;
• Kompressibilität des Klebematerials;
• benötigte elektrische Kontaktfläche;
• Bewegungen durch Temperaturwechsel.

Ein Bereich von 0,05 bis 0,20 mm kann bei bestimmten Konstruktionen sinnvoll sein. Die endgültige Dicke muss jedoch anhand der Toleranzkette und durch Musterprüfung bestätigt werden.

Temperaturbeständigkeit
Die Temperaturanforderung richtet sich nach dem tatsächlichen Fertigungsprozess.

Wird der Kleber erst nach dem SMT-Prozess angebracht, muss er nicht zwangsläufig eine Reflow-Temperatur überstehen. Erfolgt die Verklebung vor dem Löten, muss geprüft werden, ob Material, Träger und Klebeschicht den vollständigen Temperaturprozess vertragen.

Maßgeblich sind immer die Angaben des jeweiligen Materialherstellers zu:

• Verarbeitungstemperatur;
• Aushärtezeit;
• Anpressdruck;
• Lagertemperatur;
• Gebrauchstemperatur;
• Haltbarkeit;
• Feuchtigkeitsbeständigkeit.

Haftfestigkeit
Peel Strength, Scherfestigkeit und Beschichtungshaftung sind unterschiedliche Eigenschaften und müssen mit geeigneten Prüfmethoden bewertet werden.

Ein Gitterschnitt- beziehungsweise Cross-Cut-Test ist vor allem für Beschichtungen relevant. Er ersetzt keine definierte Schälprüfung eines Klebebands auf Edelstahl, Aluminium oder einer beschichteten Gehäuseoberfläche.

5. Konstruktive Anforderungen
Definierte Kontaktfläche
In der FPC- und Gehäusezeichnung sollten mindestens folgende Punkte angegeben werden:

• Außenkontur des leitfähigen Klebers;
• Klebeschichtdicke und Toleranz;
• Mindestkontaktfläche;
• Position zur Gehäusemasse;
• klebstofffreie Sicherheitsbereiche;
• maximal zulässiger Versatz;
• Abstand zu Testpunkten, Steckverbindern und Signalleitungen;
• Zustand und Beschichtung der Metalloberfläche.

Kein leitfähiger Kleber im dynamischen Biegebereich
Das Versteifungsblech und der leitfähige Kleber dürfen nicht in den dynamischen Biegebereich des FPC hineinragen. Andernfalls können örtliche Spannungsspitzen entstehen, die zu folgenden Schäden führen:

• Ermüdung der Kupferleiter;
• Risse in der Coverlay-Schicht;
• Ablösung der FPC-Lagen;
• unzuverlässige Touchsignale;
• Unterbrechung der Erdungsverbindung.

Die Kanten des Versteifungsblechs sollten möglichst abgerundet sein. Zwischen Biegebereich und Versteifungsblech ist eine geeignete Zugentlastungszone vorzusehen.

Schutz vor Klebstoffaustritt und Kurzschluss
Bei flüssigem leitfähigem Kleber müssen Dosiermenge, Auftragsgrenze und Sperrbereich eindeutig festgelegt werden. Austretender Klebstoff kann benachbarte Kontakte, Testpunkte oder Leiterzüge kurzschließen.

Wenn sich empfindliche Leiter in unmittelbarer Nähe befinden, kann ein nur in Z-Richtung leitendes Material Vorteile bieten. Diese Entscheidung muss jedoch anhand der vorgesehenen Kontaktfläche und des Montageprozesses validiert werden.

Galvanische Korrosion berücksichtigen
Zwischen Edelstahl, Aluminium, Kupfer und metallischen Füllstoffen können elektrochemische Potenzialunterschiede entstehen. Feuchtigkeit, Salz oder ionische Verunreinigungen können die Korrosion beschleunigen.

Unkontrolliertes Anschleifen ist deshalb nicht grundsätzlich empfehlenswert. Es kann eine Passivierung oder Beschichtung beschädigen und das Korrosionsrisiko erhöhen.

Oberflächenreinigung, Plasmabehandlung oder mechanische Aktivierung sollten nur nach Abstimmung mit dem Materiallieferanten und nach einer Korrosionsprüfung eingesetzt werden.

6. Empfohlener Fertigungsprozess
1.Wareneingang prüfen
Materialnummer, Chargennummer, Haltbarkeit, Lagerbedingungen und Oberflächenzustand kontrollieren.

2.Kontaktflächen reinigen
Staub, Öl und Trennmittel entfernen. Das Reinigungsmittel darf keinen isolierenden Rückstand hinterlassen.

3.Kleber dosieren oder Stanzteil positionieren
Außenkontur, Menge und Position entsprechend der freigegebenen Zeichnung kontrollieren.

4.Definiert anpressen
Druck, Zeit und Vorrichtung müssen reproduzierbar sein. Blasen, Falten und nicht kontaktierte Bereiche sind zu vermeiden.

5.Aushärten oder ruhen lassen
Flüssigkleber gemäß Herstellerprofil aushärten. Bei Haftklebebändern die vorgeschriebene Anpresszeit und gegebenenfalls die Zeit bis zum Erreichen der endgültigen Haftung beachten.

6.Endmontage durchführen
FPC nicht übermäßig knicken. Versteifungsblech und Klebeschicht dürfen während der Gehäusemontage nicht verschoben werden.

7.Elektrischen Widerstand prüfen
Widerstand zwischen Versteifungsblech und dem definierten Systemmassepunkt messen.

8.Zuverlässigkeit validieren
Widerstand, Haftung und Erscheinungsbild vor und nach den Umweltprüfungen vergleichen.

Ever Glory unterstützt solche Integrationsanforderungen auch im Rahmen kundenspezifischer industrieller PCAP-Multi-Touch-Displays.

7. Elektrische und mechanische Validierung
Für Widerstände im Milliohm-Bereich ist eine Zweileitermessung häufig nicht ausreichend, weil der Widerstand der Messleitungen das Ergebnis beeinflusst. Eine Vierleitermessung beziehungsweise Kelvin-Messung ist für niedrige Kontaktwiderstände besser geeignet.

Folgende Prüfungen werden empfohlen:

• initialer Kontaktwiderstand;
• Vierleiterprüfung zwischen Stahlblech und Systemmasse;
• Widerstandsänderung nach Temperaturwechsel;
• Widerstandsänderung nach Hochtemperatur- und Feuchtigkeitslagerung;
• Schäl- oder Scherfestigkeit;
• Vibrations- und Stoßprüfung;
• FPC-Biegeprüfung;
• ESD-Kontakt- und Luftentladung;
• leitungsgebundene und gestrahlte EMV-Prüfung;
• Korrosions- und Sichtprüfung;
• Prüfung nach Montage, Demontage und gegebenenfalls Reparatur.

Ein Grenzwert von weniger als 100 mΩ kann für ein konkretes Projekt definiert werden. Er ist jedoch kein allgemeingültiger Standardwert. Der zulässige Widerstand muss aus der Erdungsstruktur, der ESD- und EMV-Anforderung sowie der verwendeten Messmethode abgeleitet werden.

8. Angaben für Zeichnung, BOM und Einkaufsspezifikation
Für eine stabile Serienfertigung sollten folgende Daten dokumentiert werden:

• Hersteller und vollständige Materialnummer;
• Materialtyp: Klebeband, Flüssigkleber oder leitfähiger Film;
• Leitfähigkeit: Z-Achse oder XYZ-Achsen;
• Nenndicke und Dickentoleranz;
• Stanzkontur und Positionstoleranz;
• Material und Oberfläche des Versteifungsblechs;
• Material und Oberfläche der Gegenseite;
• Mindestkontaktfläche;
• Anpressdruck und Anpresszeit;
• Aushärtebedingungen, sofern erforderlich;
• Lagerbedingungen und Haltbarkeit;
• zulässiger Anfangswiderstand;
• Widerstandsänderung nach Alterung;
• klebstofffreie Sicherheitsbereiche;
• maximal zulässiger Klebstoffaustritt;
• Reparatur- und Nacharbeitsverfahren;
• EMV-, ESD- und Umweltprüfanforderungen.

Für Maschinenbau- und HMI-Projekte finden Sie passende Produktvarianten in der Kategorie Industriemonitore mit Touchscreen.

Häufig gestellte Fragen
Kann normales doppelseitiges Klebeband verwendet werden?
Normales doppelseitiges Klebeband kann das FPC mechanisch befestigen, stellt jedoch normalerweise keine elektrische Verbindung zwischen Stahlblech und Gehäuse her. Für eine definierte Erdung ist ein spezifiziertes leitfähiges Material erforderlich.

Ist die FPC-Abschirmung automatisch geerdet, wenn das Stahlblech geerdet wird?
Nein. Das Versteifungsblech muss elektrisch mit der FPC-GND- oder Abschirmschicht verbunden sein. Eine isolierende Klebeschicht zwischen FPC und Stahlblech kann diese Verbindung verhindern.

Ist der Kleber mit dem niedrigsten Widerstand immer die beste Lösung?
Nein. Zusätzlich müssen Haftung, Leitungsrichtung, Materialdicke, Temperaturbeständigkeit, Korrosion, Flexibilität und Prozessfähigkeit berücksichtigt werden.

Kann der leitfähige Kleber einen Federkontakt oder eine Schraube ersetzen?
Bei bestimmten EMV-Erdungsverbindungen ist das möglich. Bei hoher Vibrationsbelastung, großen Strömen oder sicherheitsrelevanter Erdung sollte er jedoch nicht ohne entsprechende Validierung als einzige Verbindung eingesetzt werden.

Wie lässt sich die tatsächliche EMV-Verbesserung nachweisen?
Eine Widerstandsmessung allein genügt nicht. Erforderlich ist ein Vergleich der ESD-, Störaussendungs- und Störfestigkeitsprüfung vor und nach der konstruktiven Änderung am vollständigen Endgerät.

Fazit
Ein leitfähiger Kleber auf der Rückseite eines metallischen FPC-Versteifungsblechs kann die Erdung, ESD-Ableitung und EMI-Abschirmung eines Touchsystems verbessern. Entscheidend ist jedoch nicht nur die Leitfähigkeit des Klebstoffs, sondern der vollständige elektrische Weg vom FPC über das Versteifungsblech bis zur Systemmasse.

Eine zuverlässige Serienlösung erfordert:

• eine klar definierte Erdungsstruktur;
• geeignete Kontaktflächen;
• einen zum Prozess passenden Klebstoff;
• kontrollierten Anpressdruck beziehungsweise Aushärtung;
• Schutz vor Kurzschluss und Korrosion;
• elektrische, mechanische und klimatische Validierung.

Ever Glory entwickelt kapazitive Touchscreen-Monitore für OEM/ODM-Projekte und unterstützt Gerätehersteller bei FPC-Führung, Erdung, Abschirmung, Touch-Controller-Abstimmung und mechanischer Integration. Weitere Informationen zur Fertigung und technischen Projektunterstützung finden Sie unter Über Ever Glory.