Sensible Messelektronik im Außenbereich effizient und günstig schützen

Elektronik-Komponenten wie beispielsweise modular aufgebaute Embedded-Systeme können durch die von TQ angebotene Fluorpolymer-Beschichtung optimal vor Schädigung durch hohe Luftfeuchtigkeit und Betauung geschützt werden. Das Bild zeigt eine Embedded-PC-Lösung von TQ basierend auf COM Express Mini, bei der das Beschichtungsverfahren aktuell zum Einsatz kommt.

Elektronik-Komponenten wie beispielsweise modular aufgebaute Embedded-Systeme können durch die von TQ angebotene Fluorpolymer-Beschichtung optimal vor Schädigung durch hohe Luftfeuchtigkeit und Betauung geschützt werden. Das Bild zeigt eine Embedded-PC-Lösung von TQ basierend auf COM Express Mini, bei der das Beschichtungsverfahren aktuell zum Einsatz kommt. TQ-Systems GmbH

Bei den meisten Outdoor-Anwendungen handelt es sich um Messtechnik-Anwendungen. Sensible Messelektronik wird dabei oft mit leistungsfähigen Prozessoren kombiniert. So können vor Ort erste Auswertungen und Analysen durchgeführt werden. Aber auch eine lokale Datenspeicherung sowie die Anbindung an das Internet, etwa für IoT-Anwendungen, sind dadurch einfach möglich.

Der Einsatz im Außenbereich bedeutet für die Elektronik aber gleichzeitig auch eine stärkere Belastung durch eine höhere Feuchtigkeit. Daher greift der bloße Schutz vor Tropfwasser und Regen in den meisten Fällen zu kurz. Eine oftmals sehr kostenintensive Schutzmaßnahme ist hierbei, die Gehäuse mit Klimageräten auszustatten, welche die Feuchtigkeit regulieren. Daneben besteht die Möglichkeit, aufwendige Membran-Lösungen einzusetzen.

Das Technologie-Unternehmen TQ verfolgt dabei einen anderen, wesentlich effizienteren und günstigeren Ansatz für seine kundenspezifisch entwickelten Systeme: Die meist modular aufgebaute Elektronik – bestehend aus Prozessor-Modul und applikationsspezifischem Carrierboard – wird durch ein spezielles Beschichtungsverfahren rundum vor Feuchtigkeit, Schadgasen und Verschmutzung geschützt.

Da diese Systeme typischerweise im Dauerbetrieb laufen und nur schwer zugänglich sind, sind neben einer hohen Zuverlässigkeit auch die gesicherte Langlebigkeit wichtige Anforderungen. Hohe Luftfeuchtigkeit und Betauung können jedoch zu Korrosion und vorzeitiger Schädigung der Elektronik führen. Besonders anfällig sind unter anderem auch die Leiterplatten selbst. Diese bestehen aus einzelnen, sehr dünnen Schichten aus FR4-Material, so dass gerade an den Leiterplattenkanten ein kritischer Angriffspunkt für die Schädigung durch Feuchtigkeit entsteht.

Mittels Conformal Coating, also dem Anbringen von Lacken, versuchen viele Anbieter, Ihre Elektronik vor Feuchtigkeit zu schützen. Dieses Verfahren ist aber nicht nur kostenintensiv, sondern stößt auch an Grenzen. Im Bereich von Steckverbindern ist eine Lackierung nicht möglich, die die Kontaktierungsflächen frei bleiben müssen. Zudem muss sichergestellt werden, dass die Kontaktfedern nicht durch Lacknebel verklebt oder in Ihrer Federwirkung beeinflusst werden. Sporadische Kontaktierungsprobleme könnten sonst die Folge sein.

Hochintegrierte Bausteine und Prozessoren werden typischerweise als BGA (Ball-Grid-Array) eingesetzt, was bei lackierten Baugruppen dazu führt, dass zwischen dem Baustein und der Platine zusätzlich ein aufwendiges „Underfill“ vorgesehen werden muss, um Lufteinschlüsse zu vermeiden und die Lötstellen unterhalb des Bauteils zu schützen. In der Praxis zeigt sich, dass die Verwendung von Schutzlacken sehr aufwendig ist und meist nur sehr eingeschränkten Feuchtigkeitsschutz bietet.

Das von TQ angebotene Beschichtungsverfahren verwendet Fluorpolymer-Verbindungen, die im Tauchverfahren aufgebracht werden. Dabei wird eine hauchdünne etwa 450 nm starke Schicht aufgebracht, die sämtliche Elektronik-Komponenten, Lötstellen und natürlich auch die Leiterplatte selbst zuverlässig vor Feuchtigkeit, schädlichen Gasen und Verschmutzung schützt.

Durch die extrem niedrige Viskosität wird sichergestellt, dass die Beschichtung auch an schwer zugänglichen Stellen wie unterhalb von BGAs aufgetragen wird und somit zusätzliche Maßnahmen wie „Underfill“ entfallen. Auch Steckverbinder und die Kontaktierungsbereiche werden vollständig umschlossen, so dass ein lückenloser Schutz sichergestellt werden kann. Dennoch ist die zuverlässige Kontaktierung an den Steckerbinder-Kontakten sichergestellt: Die Fluorpolymer-Schicht wird beim Einstecken des Gegensteckers im Bereich der Kontaktierungsfläche weggeschoben, so dass eine elektrische Verbindung entsteht.

Zudem hat die hauchdünne Fluorpolymerbeschichtung die Eigenschaft, dass sie an den Kontaktierungsflächen durch den Federdruck der Kontakte durchstoßen wird, selbst wenn keine Ablösung der Schicht beim Einstecken stattfinden würde. Zahlreiche Versuche und Praxisbeispiele belegen, dass hier die Zuverlässigkeit der Kontaktierung und elektrischen Eigenschaften unbeeinflusst bleibt.

Besonders effizient ist das Fluorpolymer-Beschichtungsverfahren auch im modularen Aufbau von Elektronikbaugruppen, wie dies beispielsweise beim Einsatz von COM Express Modulen der Fall ist. So können nicht nur die Einzelkomponenten selbst beschichtet werden. Es ist auch möglich, die komplett montierte Elektronik-Einheit im Ganzen zu beschichten. Es handelt sich somit also um einen lückenlosen Rund-Um-Schutz für die Elektronik.

Für Outdoor-Anwendungen bietet die von TQ angebotene Fluorpolymer-Beschichtung der bei TQ produzierten Elektronik einen Schutz gegen hohe Luftfeuchtigkeit und Betauung. Die Elektronik muss in diesem Fall nicht durch aufwändige Klimatisierung geschützt werden. Es genügen einfache Gehäuselösungen, die die Elektronik vor mechanischer Beanspruchung und direkter Beregnung schützen. So lassen sich Kosten während der Entwicklungs- und Konstruktionsphase aber vor allem auch im Serieneinsatz drastisch reduzieren. 

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