UV-Kleben, Vergießen und Verkapseln

Beim UV-Kleben entscheidet nicht, wie viel Strahlung die Quelle abgibt, sondern wie viel davon im Klebspalt ankommt. Zwischen Lampe und Photoinitiator liegt in aller Regel ein Bauteil – Glas, Kunststoff, eine Vergütung –, und dieses Bauteil filtert. In der Elektronik-, Sensorik- und Optikfertigung sowie in der E-Mobility kommt eine zweite Variable hinzu: die Schichtdicke. Vergussmassen und Verkapselungen sind selten nur wenige Mikrometer dick, sondern reichen von Bruchteilen bis mehreren Millimetern – und genau dort entscheidet sich, ob eine Charge durchhärtet oder am Boden flüssig bleibt. Die Auslegung eines Klebe- oder Vergussprozesses beginnt deshalb bei zwei Fragen: Welche Wellenlängen lässt das Fügeteil überhaupt durch, und wie tief dringt diese Strahlung in die Schicht ein?

Der Markt für UV-härtende Klebstoffe wird für 2025 mit rund 3,2 Mrd. USD beziffert und soll bis 2035 auf etwa 7,2 Mrd. USD wachsen (CAGR ca. 8,6 %); Elektronikanwendungen stellen mit rund 32,5 % bereits das größte Einzelsegment. Speziell für Klebstoffe in der Elektromobilität wird ein deutlich schnelleres Wachstum erwartet – ein Report nennt hier eine CAGR von rund 40,5 % über den Betrachtungszeitraum, getrieben von Elektrifizierung und neuen Materialkombinationen in Batteriemodulen.

Ein zweiter, regulatorisch getriebener Trend beschleunigt den Wechsel von Quecksilberdampflampen zu UV-LED-Systemen: Ab 2027 ist in der EU im Rahmen der Minamata-Konvention eine Einschränkung bestimmter quecksilberhaltiger UV-Lampen vorgesehen, was die Umstellung bestehender Anlagen auf LED-Technik zusätzlich beschleunigt [5]. Für Klebstoffformulierer bedeutet das mehr Systeme, die gezielt auf einen der vier LED-Peaks 365/385/395/405 nm statt auf das breite Quecksilberspektrum abgestimmt sind. Parallel etablieren sich UV/VIS-härtende und Dual-Cure-Formulierungen stärker in Anwendungen mit teiltransparenten Substraten und Schattenzonen, wie sie in dicht bestückter Elektronik und in E-Mobility-Baugruppen typisch sind. Dritter Trend: die Prozessüberwachung wandert von der stichprobenhaften Radiometer-Messung zur kontinuierlichen Inline-Erfassung, die Ausfälle in Echtzeit statt erst bei der nächsten Qualitätsprüfung meldet.

UV-Kleben, -Vergießen und -Verkapseln findet sich branchenübergreifend überall dort, wo eine Fügestelle schnell, punktgenau und ohne thermische Belastung des Bauteils vernetzen muss:

• Optische Linsen und Prismen
• Kameramodule
• Displays und Touchscreens
• Sensoren
• Steckverbinder
• Leiterplatten und elektronische Baugruppen
• IC-Verkapselung
• Mikrosystemtechnik
• Medizintechnische Komponenten
• Glas-Metall- und Glas-Kunststoff-Verbindungen
• Mikrofluidik
• Verguss elektronischer Komponenten

UV- und lichthärtende Klebstoffe bestehen aus Monomeren beziehungsweise Oligomeren und einem Photoinitiator. Trifft Licht der passenden Wellenlänge auf den Photoinitiator, zerfällt dieser in reaktive Spezies, die die Polymerisation auslösen. Dabei unterscheidet man zwei grundlegende Mechanismen [1]:

• Radikalische Härtung (meist Acrylate): Der Photoinitiator zerfällt in freie Radikale, die Monomere zu langen Ketten verknüpfen. Sie härten sehr schnell, sind aber sauerstoffempfindlich.
• Kationische Härtung (meist Epoxide): Der Photoinitiator erzeugt eine Photosäure, die Epoxidringe öffnet und die Vernetzung startet. Diese Reaktion läuft auch nach dem Abschalten der Lampe weiter (Nachhärtung) und ist unempfindlich gegenüber Sauerstoff – ein Grund, warum kationische Systeme in der Elektronikverkapselung und optischen Verklebung bevorzugt eingesetzt werden.

Ein praxisrelevanter Effekt bei radikalischen Systemen ist die Sauerstoffinhibierung: An der Oberfläche reagiert Luftsauerstoff mit den entstehenden Radikalen und stört die Vernetzung, was zu einer klebrigen Restschicht führt. Gemildert wird das durch hohe Bestrahlungsstärke (häufig über 1.000 mW/cm²), ein breiteres Spektrum, längere Belichtung oder das Fluten der Oberfläche mit Stickstoff bzw. Argon [2]. In einer abgedeckten Klebefuge oder unter einer Vergussschicht spielt dieser Effekt dagegen kaum eine Rolle, da dort ohnehin kaum Sauerstoff nachdiffundiert.

Eine Lackschicht ist der Umgebungsluft ausgesetzt; hier ist Sauerstoff an der Oberfläche das Thema. Eine Klebefuge dagegen ist meist abgedeckt – sie wird durch das Bauteil oder von der Seite bestrahlt, mit entsprechend geringerem Sauerstoffeintrag. Wichtiger sind hier die spektrale Transmission des Bauteils und die Geometrie der Fuge. Die grundlegenden Zusammenhänge zwischen Spektrum, Dosisrate und Vernetzung sind unter UV-Härtung und Photopolymerisation zusammengefasst.

Photoinitiatoren absorbieren nur in einem begrenzten Band. Ein auf 365 nm ausgelegter Initiator wird von einer 405-nm-Quelle kaum angeregt – auch wenn diese leistungsstärker ist. Die industriellen UV-LED-Peaks bei 365, 385, 395 und 405 nm sind unterschiedliche chemische Angebote, keine austauschbaren Leistungsklassen [3]. Die Auswahl beginnt am Klebstoffdatenblatt und endet mit einer Messung an der tatsächlichen Quelle. Häufige Fehlerquelle: Eine Typbezeichnung nennt die nominale Peak-Wellenlänge, nicht die spektrale Halbwertsbreite (FWHM), Fertigungstoleranzen oder die Verschiebung mit der Sperrschichttemperatur. Mehr dazu unter UV-LEDs für UVA, UVB und UVC.

Hinweis: Die Tabelle beschreibt allgemeine Tendenzen aus der Fachliteratur. Welche Wellenlänge im konkreten Fall passt, hängt vom tatsächlich verwendeten Photoinitiator und der Transmission des Fügeteils ab und sollte am realen Aufbau gemessen werden – nicht anhand der nominalen LED-Bezeichnung.

Die Transmission des Bauteils entscheidet, welches Spektrum den Klebstoff überhaupt erreicht. Optisch klar heißt nicht UV-transparent: Viele Kunststoffe sind im sichtbaren Bereich klar, brechen aber unterhalb von etwa 380 nm steil ab; Floatglas ist im UVB-Bereich nahezu opak; UV-Schutzadditive blockieren Strahlung gezielt. Zwischen der Transmissionskurve des Bauteils und dem Absorptionsband des Initiators muss eine Überlappung bestehen. Ist diese schmal, helfen: längere Wellenlänge wählen, von der Fugenseite bestrahlen, Dual-Cure-Systeme einsetzen oder lichtaktivierbare Klebstoffe, die nach der Bestrahlung weiterreagieren.

Kleine Klebepunkte (Steckverbinder, Sensoren, bestückte Leiterplatten) passen zu einem UV-LED-Spot mit hoher Bestrahlungsstärke auf wenigen mm². Längere Nähte oder mehrere gleichzeitig auszuhärtende Teile passen zu Flächenstrahlern oder modular angeordneten Serie-L-Systemen entlang eines Förderbands. Die eigentliche Auslegungsfrage ist nicht Spot gegen Fläche, sondern Abschattung: Gehäusekanten, Metallrahmen, opake Bauteile und Hinterschnitte erzeugen unerreichbare Zonen. Es lohnt sich, das Bestrahlungsfeld vor dem Bau der Anlage per Optiksimulation zu berechnen – sie arbeitet auf importierten Bauteilgeometrien. Eine unerreichbare Zone braucht ein zweites Vernetzungsprinzip – dazu mehr im Abschnitt zu Dual-Cure-Systemen.

In der Elektronik- und Halbleiterfertigung übernehmen UV-Klebstoffe zunehmend Aufgaben, die klassisch dem Lötprozess vorbehalten waren: Bauteilverklebung, konforme Beschichtung und Display-Montage lassen sich mit niedrigeren Prozesstemperaturen und kürzeren Zykluszeiten realisieren als beim Löten oder bei thermisch härtenden Systemen. In der Sensorik zählt vor allem die enge Fügetoleranz kleiner Bauteile, in der Optik die Dimensionsstabilität – hier werden aufgrund des geringeren Schrumpfs häufiger kationisch härtende Epoxidsysteme statt Acrylate eingesetzt, gerade bei der Verklebung von Glas, Metall und Polymer für optische Baugruppen.

Die E-Mobility bringt eigene Randbedingungen mit: steigende Leistungsdichte bei gleichzeitig sinkendem Bauraum, höhere Anforderungen an Temperatur-, Chemikalien- und mechanische Beständigkeit sowie zunehmend flexible Substrate und Flex-Leiterplatten auf gekrümmten Oberflächen. Für Batteriemodule, Leistungselektronik und Sensorik in Antriebssträngen bedeutet das: UV-Klebstoffe müssen nicht nur schnell fixieren, sondern über die Lebensdauer des Fahrzeugs stabil bleiben – ein Grund, warum der Markt für Klebstoffe in der Elektromobilität derzeit deutlich stärker wächst als der UV-Klebstoffmarkt insgesamt.

Angrenzende Anwendungsfelder: Automatisierung und Prozessintegration, Elektronik und Halbleiterfertigung, Optik und Präzisionsbauteile.

Vergussmassen und Verkapselungen haben eine Schichtdicke, die eine Klebefuge nicht hat. Strahlung wird über die Tiefe absorbiert und gestreut – die Oberfläche reagiert zuerst, die untere Zone zuletzt, bei gefüllten, pigmentierten oder trüben Massen unter Umständen gar nicht. Die Eindringtiefe hängt gleichzeitig von Füllstoff, Farbe, Photoinitiator-Konzentration und Schichthöhe ab und lässt sich nicht allein aus der Oberflächenbestrahlungsstärke ableiten. Bei elektronischen Baugruppen kommt die thermische Seite hinzu: Eine UV-LED bringt kaum IR-Last mit, aber ein Teil der optischen Leistung wandelt sich im Material in Wärme um, und die Vernetzung selbst ist exotherm. Bei temperaturempfindlichen Bauteilen muss die Bauteiltemperatur parallel zur Dosis verfolgt werden – kürzere Bestrahlung bei höherer Leistung ist nicht automatisch schonender.

Ursache der Abschwächung ist die Absorption durch Matrixmaterial und Photoinitiator: Jede zusätzliche Schichtdicke schluckt einen konstanten Anteil der verbleibenden Strahlung. Für klare, homogen absorbierende Systeme lässt sich das näherungsweise mit dem Beer-Lambert-Gesetz beschreiben:

I(z) = I₀ · e^−αz
mit I₀ = einfallende Bestrahlungsstärke, I(z) = Bestrahlungsstärke in der Tiefe z, α = effektiver Absorptionskoeffizient.

Bei konstanter Bestrahlungszeit folgt die kumulierte Dosis D(z) derselben Exponentialform – im Rechenbeispiel unten steht dafür der gebräuchliche Koeffizient µ anstelle von α, physikalisch dieselbe Größe.

Bei gefüllten Vergussmassen reicht dieses einfache Modell häufig nicht aus, da zusätzlich Streuung an Pigmenten, Füllstoffen und Grenzflächen auftritt – die Strahlung wird dabei nicht nur absorbiert, sondern auf einem längeren, diffusen Weg zusätzlich geschwächt.

Die Abschwächung der Strahlung über die Schichtdicke lässt sich vereinfacht mit dem Lambert-Beer-Gesetz abschätzen:

D(z) = D₀ · e^−µz
mit D₀ = Oberflächendosis, D(z) = Dosis in Tiefe z, µ = materialabhängiger Extinktionskoeffizient.

Illustrative Annahmen für eine 2 mm dicke, leicht gefüllte Epoxid-Vergussmasse bei 365 nm:

• Geforderte Mindestdosis am Fugengrund (laut Klebstoffdatenblatt): D_min = 1.500 mJ/cm²
• Gemessene Resttransmission der Masse bei 2 mm Schichtdicke: T ≈ 30 % (Werte für ähnliche gefüllte Systeme liegen je nach Füllstoffanteil häufig in der Größenordnung 20–40 % und sollten am realen Material gemessen werden)

Daraus folgt die benötigte Oberflächendosis:

D₀ = D_min / T = 1.500 mJ/cm² / 0,30 ≈ 5.000 mJ/cm²

Liefert die Anlage im zulässigen Prozessfenster (Zeit, Temperaturbudget) nur beispielsweise 3.000 mJ/cm² an der Oberfläche, bleibt der Fugengrund mit rechnerisch rund 900 mJ/cm² unter der Mindestdosis – die Charge härtet an der Oberfläche durch, am Boden nicht. Optionen in diesem Fall: Schichtdicke reduzieren, Klebstoff mit höherer Transmission bei der gewählten Wellenlänge einsetzen, von der Seite zusätzlich bestrahlen oder auf ein Dual-Cure-System umstellen. Die tatsächliche Transmission eines Vergussmaterials lässt sich mit einem Spektroradiometer an einer Materialprobe bestimmen, statt sie aus Datenblattwerten zu schätzen.

UV-Strahlung breitet sich geradlinig aus und lässt sich nicht um Hindernisse biegen. Hohe Bauteile auf Leiterplatten (Elektrolytkondensatoren, Steckverbinder, Spulen), Hinterschnitte, Kavitäten oder ein von außen bestrahltes, geschlossenes Gehäuse erzeugen Schattenzonen, in denen der Klebstoff ohne Zusatzmaßnahme flüssig bleibt. Dual-Cure-Klebstoffe lösen das über einen zweiten, UV-unabhängigen Vernetzungspfad:

Praxistipp zur Erkennung: Eine UV-Indikatorfolie an der Klebestelle, unter Produktionsbedingungen belichtet, macht Schattenzonen als unbelichtete Bereiche sichtbar, bevor die erste Serie läuft.

Eine ausgehärtete Verbindung lässt sich nicht visuell prüfen. Da die entscheidende Prozessgröße unsichtbar ist, braucht jeder freigegebene Klebeprozess einen Messwert: die Bestrahlungsstärke an der Fugenposition und die daraus resultierende Dosis. Für die Auslegung und den Quellenvergleich liefert das UVpad das Spektrum auf Bauteilebene; für wiederkehrende Prüfungen genügt ein Breitbandradiometer wie der RMD Pro. Wichtig ist die Sensor-Quellen-Abstimmung: Wie weit ein Breitbandsensor gegenüber einem schmalbandigen LED-Spektrum abweichen darf, zeigt die spektrale Fehlanpassung.

Neben der optischen Dosis gehört die Temperatur in dieselbe Messkette: Kommerzielle UV-Radiometer erfassen keine IR-Bestrahlungsstärke, daher wird der thermische Effekt üblicherweise über ein berührungsloses Pyrometer als Anstieg der Bauteiltemperatur erfasst [4]. Wärme kann je nach Anwendung Nutzen oder Risiko sein, ist aber immer Teil des Prozessfensters – bei temperaturempfindlichen Bauteilen (Elektronik, optische Kitts) sollte sie ebenso freigegeben und überwacht werden wie die Dosis selbst.

Für die Serienfertigung wandert die Messung in die Linie: UV-Curing-Sensoren bleiben dauerhaft im Strahlengang, curelog zeichnet bis zu 2.000 Messungen pro Sekunde in vier Spektralbereichen auf und macht das Profil einer schnelllaufenden Härtungslinie sichtbar. Beide Ansätze beantworten dieselbe Frage – arbeitet die Quelle noch im freigegebenen Fenster? Dass sie das nicht automatisch über die Zeit tut, beschreibt die Alterung von UV-Lampen und UV-LEDs: Peak-Wellenlänge und Ausgangsleistung verschieben sich, oft schleichend genug, um im laufenden Betrieb unbemerkt zu bleiben, bis Bauteile aus der Freigabe fallen. In der Breite zeigt sich der Trend zu genau dieser Art kontinuierlicher Inline-Überwachung auch bei anderen Herstellern von UV-Härtungssystemen im Kontext von Industrie 4.0.

Für Versuchsreihen und Materialfreigaben abseits der Linie stehen Bestrahlungskammern mit definierter Geometrie zur Verfügung, für die Prozessseite Steuergeräte mit Timer, Dimmung und Trigger sowie das übrige Programm der UV-LED-Lichtquellen.

Auch in den eigenen Kundenveröffentlichungen taucht UV-Kleben in mehreren Facetten auf – von der Oberflächenvorbehandlung für Klebeverbindungen bis zur Verkapselung von Photovoltaikmodulen.

Untersucht, wie eine UVO-Vorbehandlung die Zwischenschichtzähigkeit koextrudierter Epoxid-LMPAEK-Klebeverbindungen verändert – ein Beleg dafür, dass UV-Behandlung nicht nur härtet, sondern auch die Fügefestigkeit selbst beeinflussen kann.
Hybrid epoxy-LMPAEK composite co-cured joints: A study on UVO pretreatment and its effect on interlaminar toughness
Katz, L., et al. "Hybrid epoxy-LMPAEK composite co-cured joints: A study on UVO pretreatment and its effect on interlaminar toughness." Composites Part B: Engineering 323 (2026): 113727.

Überwacht einen Silikonklebstoff unter UV-Exposition im Hochvakuum mit einem einzelnen Multiparametersensor – ein Anwendungsfall für dieselbe Prozessüberwachung, die auch am Boden über ein UVpad läuft.
Multiparameter Single Sensor for Space Silicone Adhesive Monitoring Under High-Vacuum Ultraviolet Exposure
Fazzi, Luigi, et al. "Multiparameter Single Sensor for Space Silicone Adhesive Monitoring Under High-Vacuum Ultraviolet Exposure." Journal of Spacecraft and Rockets 60.3 (2023): 740-752.

Vergleicht vier Verkapselungsmaterialien für Photovoltaikmodule unter UV-Bestrahlung in der Atacama-Wüste – Verkapselung unter extremer UV-Last, wie sie auch E-Mobility-Baugruppen erreichen kann.
Comparing the effects of ultraviolet radiation on four different encapsulants for photovoltaic applications in the Atacama Desert
Correa-Puerta, Jonathan, et al. "Comparing the effects of ultraviolet radiation on four different encapsulants for photovoltaic applications in the Atacama Desert." Solar Energy 228 (2021): 625-635.

Untersucht die sauerstoffbeeinflusste Zone in mehrlagigen Photopolymeren – der Effekt, der die Oberfläche klebrig lässt, während der Kern längst vernetzt ist.
Effect of the oxygen affected layer in multilayered photopolymers
Pierrel, J., et al. "Effect of the oxygen affected layer in multilayered photopolymers." Polymer Chemistry 8.31 (2017): 4596-4602.

Zeigt an ultraschnell härtenden Acrylaten, wie Comonomer-Wahl und -Menge die thermomechanischen Eigenschaften der Vernetzung verschieben.
Influence of co-monomer-type and amount on thermomechanical properties of ultrafast-curing acrylic resins using a triacrylic crosslinker
Böhm, Michael, et al. "Influence of co-monomer-type and amount on thermomechanical properties of ultrafast-curing acrylic resins using a triacrylic crosslinker." Journal of Applied Polymer Science 136.13 (2019): 47294.

Weitere Arbeiten aus den Themenfeldern Photochemie und Polymerforschung sowie Stereolithographie, Vernetzung und Beschichtungen stehen unter Veröffentlichungen von Kunden nach Themen.

[1] : PMC – Free-Radical Photopolymerization

[2] : Dymax – Sauerstoffinhibierung überwinden

[3] : ScienceDirect – Specific photoinitiating systems at 365, 385, 395 and 405 nm

[4] : uvmeasurement.org – Radiometric Methods for UV Process Design and Process Monitoring

[5] : Fraunhofer IOSB-AST – Possible ban on some types of UV lamps in the EU from 2027

Wie funktioniert die Aushärtung von UV-Klebstoffen chemisch?
Ein Photoinitiator absorbiert Licht der passenden Wellenlänge und zerfällt in reaktive Spezies (Radikale bei Acrylaten, eine Photosäure bei Epoxiden), die die Polymerisation der Monomere auslösen und zu einem festen Netzwerk vernetzen.

Welche Wellenlänge passt zu welchem Photoinitiator?
Das hängt vom jeweiligen Initiator ab – gängige Angebote liegen bei 365, 385, 395 und 405 nm. Maßgeblich ist die Überlappung von LED-Emissionsspektrum und Absorptionsband des Initiators, nicht die reine Leistung der Quelle. Verbindlich ist das Klebstoffdatenblatt, ergänzt durch eine Messung an der realen Quelle.

Was ist der Unterschied zwischen 365, 385, 395 und 405 nm UV-LEDs?
365 nm bietet die höchste Photonenenergie und oft die größte Eindringtiefe in klare Materialien, 405 nm die geringste Eindringtiefe bei effizienter Oberflächenhärtung. 385 und 395 nm liegen dazwischen und bieten breite Materialkompatibilität bei hoher LED-Lebensdauer und Energieeffizienz.

Wie tief dringt UV-Licht in eine Vergussmasse ein?
Die Eindringtiefe folgt näherungsweise dem Lambert-Beer-Gesetz und hängt von Füllstoff, Farbe, Photoinitiator-Konzentration und Wellenlänge ab. Sie lässt sich nicht aus der Oberflächenbestrahlungsstärke allein ableiten, sondern muss am realen Material gemessen werden, etwa mit einem Spektroradiometer.

Was sind Dual-Cure-Klebstoffe und wann braucht man sie?
Dual-Cure-Klebstoffe kombinieren die schnelle UV-Fixierung mit einem zweiten, UV-unabhängigen Härtungspfad (Wärme, Feuchte oder Anaerobhärtung). Sie werden eingesetzt, wenn Schattenzonen – etwa unter hohen Bauteilen oder in geschlossenen Gehäusen – nicht ausreichend bestrahlt werden können.

Wie wird die UV-Dosis beim Kleben richtig gemessen?
Über ein Radiometer oder Spektroradiometer an der Fugenposition, das Bestrahlungsstärke und daraus die Dosis (Bestrahlungsstärke × Zeit) erfasst. Entscheidend ist die spektrale Passung von Sensor und Quelle – ein falsch abgestimmter Breitbandsensor kann bei schmalbandigen LEDs stark abweichende Werte liefern.

Welche UV-Klebstoffe eignen sich für die Elektronikfertigung und E-Mobility?
Für Elektronik und E-Mobility kommen je nach Anforderung radikalisch härtende Acrylate (schnelle Fixierung) oder kationisch härtende Epoxide (geringer Schrumpf, hohe Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit) zum Einsatz, häufig als Dual-Cure-System für Schattenzonen an dicht bestückten Baugruppen.

Wie lässt sich ein UV-Klebeprozess in der Serienfertigung überwachen?
Über fest im Strahlengang installierte UV-Curing-Sensoren und kontinuierlich protokollierende Messgeräte, die Bestrahlungsstärke und Dosis dauerhaft mit dem freigegebenen Prozessfenster vergleichen und Abweichungen – etwa durch Alterung der Quelle – in Echtzeit melden.

Unsicher, ob Ihre UV-Dosis am Fugengrund noch ausreicht? Wir vermessen Ihr Spektrum und Ihre Bestrahlungsstärke am realen Bauteil und beraten Sie zur passenden Wellenlänge, Geometrie und Prozessüberwachung – schreiben Sie uns Ihre Fragestellung oder fragen Sie direkt eine UVpad-Messung an.