Elektrochemische Migration kann eine Ursache für den Ausfall elektronischer Baugruppen sein.

Elektrochemische Migration kann eine Ursache für den Ausfall elektronischer Baugruppen sein. KC-Produkte

Elektronische Baugruppen werden unter den verschiedensten klimatischen Verhältnissen betrieben. Am häufigsten wirkt sich dabei Feuchtigkeit störend aus, welche die Oberflächenisolation unter einen kritischen Wert bringt. Die Folge sind dauerhafte oder sporadische Ausfälle durch Fehlfunktionen. Nicht selten funktioniert das analysierte Board im Labor wieder einwandfrei, was eine Ursachenfindung erschwert.

Es können aber auch Folgeeffekte visuell auftreten, wie Metallkorrosion oder die elektrochemische Migration zwischen metallischen Leitern. Produktionsbedingte oder in der Umwelt vorhandene Fremdstoffe wie Säuren, Stäube, Fette und dergleichen leisten ebenfalls ihren Beitrag zu einem verfrühten Ausfall.

Schutzüberzug aus polymeren Materialien

Seit Jahrzehnten wird daher Elektronik mit Schutzüberzügen aus polymeren Materialien versehen. Je nachdem, welche Anforderungen an die Anwendung gestellt werden und welche Applikationsmöglichkeiten nutzbar sind, gibt es mehrere Überzugsstufen. Sie können von äußerst dünnen Schichten, sogenannten Oberflächenmodifizierern, über klassische Elektroisolationslacke bis hin zu Dickschichtlacken und Vergussstoffen reichen.

Dabei gilt allgemein ausgedrückt, dass mit steigender Schichtdicke des Polymers die Sperrwirkung gegen Fremdmedien zunimmt, sprich der Schutzgrad erhöht wird. Und jeder kennt den Umstand, dass Klebstoffe, Lacke oder Verguss nur korrekt auf dem Untergrund anhaften und sich schön homogen verteilen, wenn das Substrat dafür geeignet ist. Neben der Materialkombination und der Oberflächenbeschaffenheit spielt hier vor allem die Sauberkeit eine wichtige Rolle. Und dies gilt auch für die Elektronik.

Wird vor Aufbringen der Schutzbeschichtung nicht gereinigt, können ungeschützte Bereiche zurückbleiben.

Wird vor Aufbringen der Schutzbeschichtung nicht gereinigt, können ungeschützte Bereiche zurückbleiben. KC-Produkte

Diverse Gründe sprechen für eine Baugruppenreinigung vor der Schutzbeschichtung. Denn es ist die tägliche Erfahrung des Lackierers, dass Polymere nicht anhaften, sich nicht flächig in einer gleichförmigen Schicht ausbreiten oder gar derart entnetzen, dass mangelhafte oder ungeschützte Bereiche zurückbleiben. In aller Regel lösen sich die Beschichtungsprobleme, sobald die Ursachen in entfernbaren Fremdstoffen zu finden sind, durch ein vorangestelltes Reinigen.

Reinigerkonzentrationsmessung mit dem Bath Analyzer.

Reinigerkonzentrationsmessung mit dem Bath Analyzer. KC-Produkte

Da diese Themen sehr komplex sind und von der Bestückung über die Oberfläche bis zur Chemie reichen, sieht sich hier KC-Produkte als Spezialist. Eine Lackieranlage oder den Schutzlack zu beschaffen, ist heutzutage nicht mehr das Problem. Doch einen funktionierenden, stabilen Prozess auf die Füße zu stellen und über alle Einflüsse Bescheid zu wissen, ist etwas anderes. Genau dies ist die Stärke des Dienstleisters. Bereits seit 1977 setzt das Unternehmen sich dort als Lohnbeschichter und Anlagenhersteller intensiv mit dem klimatischen Schutz von Elektronik auseinander. Entsprechend breit sind die Fertigungsmöglichkeiten bei der Vorbehandlung, wie dem Beschichtungsprozess an sich.

Baugruppenreinigung: Der Teufel steckt im Detail

Mit den eigens entwickelten Baugruppen-Reinigern lassen sich Boards entsprechend der Zielvorgaben reinigen. Zum Einsatz kommen Sprüh- und Tauchanlagen mit Badüberwachung und Prozessdokumentation. Doch auch bei der Reinigung steckt der Teufel im Detail. So macht es einen großen Unterschied, ob im Vorfeld alle Prozesse konstant abliefen und dadurch die Fremdstoffe in Art und Menge bekannt sind. Auch, ob seit der Lötung der Baugruppe wenige Tage oder mehrere Wochen vergangen sind, spielt für die Reinigbarkeit eine gewichtige Rolle.

Damit das Waschen immer innerhalb des gewünschten Prozessfensters abläuft, wird bei dem Unternehmen aus Friolzheim mit dem Bath Analyzer Kit von Zestron Europe die Konzentration überwacht und nach vorgeschriebenen Zyklen werden Medien, Filter und Kartuschen getauscht.

Neben Harz- und Aktivatorrückständen ist es auch ratsam, das Reinigungsergebnis auf Flussmittelrückstände zu untersuchen.

Neben Harz- und Aktivatorrückständen ist es auch ratsam, das Reinigungsergebnis auf Flussmittelrückstände zu untersuchen. KC-Produkte

Anhand des Beispiels einer hochwertigen Automobilbaugruppe aus der Lohnbeschichtung kann ein typischer Prozessablauf vollständig dargestellt und greifbar gemacht werden. Nach dem Wareneingang wird neben der Typ- und Mengenprüfung auch das vom Kunden angegebene Datum der Lötung betrachtet. Die Baugruppen müssen innerhalb einer definierten Zeit von 15 Tagen gereinigt worden sein. Aufgrund einer früheren Versuchsreihe hat sich bei den verwendeten Flussmitteln und Lötprozessen ein pH-neutraler Reiniger, angewendet im Sprühverfahren, als das geeignetste Reinigungsmittel herausgestellt.

Die Baugruppen werden in die Beladekörbe der Reinigungsanlage gesetzt und anschließend nach einem festgelegten Reinigungsprogramm gewaschen. Neben der Zeit und Temperatur in der Reinigung ist vor allem das Spülen und Trocknen ein wichtiger Schritt. Nur wenn die Rückstände gelöst und abtransportiert wurden, ist die Baugruppe auch wirklich sauber. Darüber hinaus ist das Trocknen für die nachfolgende Schutzlackierung wichtig. Doch zuvor wird das Reinigungsergebnis ermittelt. Hierzu nutzt man die Zestron Prüftinten für die Detektion der Harz- und der Aktivator-Rückstände. Mit weiteren Tinten wird die Oberflächenspannung abgeschätzt, um die Lackierbarkeit des Substrates freigeben zu können.

Die Selektive Tauchlackierung Milli-Coat bietet der Schaltung einen hohen Schutz.

Die Selektive Tauchlackierung Milli-Coat bietet der Schaltung einen hohen Schutz. KC-Produkte

Zum Schluss wird im Kontaminometer eine Vergleichsmessung der verbliebenen, leitfähigen Salze durchgeführt. Erst wenn alle Kriterien erfüllt und dokumentiert wurden, folgt die beidseitige Schutzlackierung. In diesem Fall wird ein präzises, maschinelles Tauchlackier-Verfahren, genannt Milli-Coat verwendet.

Dadurch kann der lösemittelbasierte Schutzlack in sehr engen Grenzen partiell in Teilbereichen aufgetragen werden. Die Bauteile sind umhüllt und solide gegen Feuchtebelastung und vor Vibration geschützt. Neben Harz- und Aktivatorrückständen ist es auch ratsam, das Reinigungsergebnis auf Flussmittelrückstände zu untersuchen

Anschließend wird bei der visuellen Überprüfung der Beschichtung mit Lackier- und Freizonen auch die Schichtdicke des Lackes ermittelt und protokolliert. Auch hierfür gelten Vorgaben, angelehnt an die Regularien aus IPC-A-610, innerhalb welcher die Beschichtung liegen muss. Durch das Überprüfen an verschiedenen Stellen der Prozesskette werden Abweichungen rasch erkannt und es kann entsprechend gegengesteuert werden. Auf diese Weise erhält der Kunde die Sicherheit der Einhaltung validierter Prozesse auch in Fremdfertigung.