Die Herausforderungen rund um den effektiven Baugruppenschutz sind groß: Bereits kleinste Ungenauigkeiten können große Auswirkungen beim Schutz von elektronischen Baugruppen haben. Zudem steigt durch die Miniaturisierung der Bauelemente auf den Baugruppen – durch deren höhere Packungsdichte und die dadurch auch immer kleiner werdenden Abstände – die Intoleranz gegenüber Beschichtungsfehlern. In der Folge nehmen die Anforderungen an die Präzisionsgenauigkeit der Beschichtungsanlagen zu. Zugleich werden vom Markt aber schnellere Taktzeiten gefordert. Um diesem Spannungsfeld zu begegnen, streben die Hersteller von Beschichtungsanlagen wie Rehm Thermal Systems mit seiner Anlage Protecto immer bessere Wiederholgenauigkeiten der Achssysteme und der Auftragsverfahren an. Kurzum: Die Systeme werden mit der Zeit immer schneller und besser.

Das Fließverhalten verschiedener Lacke im Vergleich: Gut nachvollziehbar, dass durch das unterschiedliche Verhalten das Auftragen dünner Linien und das Einhalten von Randgenauigkeiten erschwert wird.

Das Fließverhalten verschiedener Lacke im Vergleich: Gut nachvollziehbar, dass durch das unterschiedliche Verhalten das Auftragen dünner Linien und das Einhalten von Randgenauigkeiten erschwert wird. Rehm

Fließverhalten der Lacke vs. Präzision

Wie lassen sich Prozesssicherheit und reproduzierbare Beschichtungsergebnisse ermöglichen? Wie lässt sich effektiv verhindern, dass durch Sprühnebel Kontaktbereiche, Stecker oder sensible Bauteile durch den Lack kontaminiert werden? Präzision beim Auftrag von Schutzlacken ist unabdingbar. Jedoch sollte man sich bei den technischen Daten zu „± Hundertstel-Präzisionen“ aber bewusst sein, dass das Applizieren von Flüssigkeiten nicht mit grundsätzlich mechanischen Prozessen wie der Zerspanung vergleichbar ist. So ist auf einem gefrästen Werkstück die Genauigkeit einer Achse zum Beispiel ganz klar nachweisbar und 1:1 wiederholbar.

Bei Flüssigkeiten und Beschichtungslacken verhält es sich hingegen anders: Natürlich wird die Wiederholbarkeit auch hier gefordert und technisch auch nahezu eingehalten. Aber was bedeutet „nahezu“? Jeder Lack hat andere Eigenschaften wie Temperaturabhängigkeit, Viskosität oder vom Lackhersteller empfohlene Verarbeitungsparameter, etc.. Um nun das elektronische Board mit der geforderten Präzision zu beschichten, stehen die verschiedensten Ventil- und Düsentechnologien zur Auswahl.

Das Fließverhalten der Lacke erschwert das Auftragen dünner Linien und das Einhalten von Randgenauigkeiten wie etwa partielles Beschichten neben Bauteilen, die nicht lackiert werden dürfen (Bild 1). Das Thema Randgenauigkeit oder Randschärfe wird hierbei oft diskutiert. Eine Randschärfe, die beispielsweise ein fester Körper besitzt, ist bei Flüssigkeiten nicht zu erzeugen. Die Ecken sind abgerundet, eine Linie oder ein Rand ist nie zu 100 Prozent scharf, sondern eher, wenn auch kaum sichtbar, leicht wellig. Diese Welligkeit sieht man immer, auch wenn Applikatoren mit sehr kleinem Innendurchmesser Verwendung finden.

Eine weitere Herausforderung ist Randschärfe, da Kapillarwirkungen zu nicht gewünschten Ergebnissen führen können – vor allem dann, wenn Bauteile zu nahe am Rand der vorgesehenen Beschichtung sitzen.

Eine weitere Herausforderung ist Randschärfe, da Kapillarwirkungen zu nicht gewünschten Ergebnissen führen können – vor allem dann, wenn Bauteile zu nahe am Rand der vorgesehenen Beschichtung sitzen. Rehm

Kapillarwirkungen können hierbei Fluch und Segen zugleich sein. Steht ein Bauteil genau an einem scharf zu lackierenden Rand, wird sich das Material durch die Kapillare um das Bauteil herumziehen. Das kann zum einen gewollt sein, zum anderen aber auch nicht (Bild 2). Würde angrenzend ein SMT-Stecker neben diesem Bauteil sitzen, zieht auch dieser sich dann seinen kleinen Anteil Lack durch die Kapillarwirkung. Das kann bereits ausreichend sein, um den Stecker zu kontaminieren.

Um den immer komplexer werdenden Boards und den geforderten Taktzeiten gerecht zu werden, muss man mehrere Applikatoren in Kombination verwenden. So können sie verschiedene Arten von Auftragsverfahren erfüllen, um die Einhaltung von Präzision und Geschwindigkeit im Prozess sicherzustellen.

Typische Lackfehler

Lackspritzer und Nebel können aus mehreren Ursachen heraus entstehen: Rehm 05-Lackfehler_gesamt_NEU

  • Der Lackfilm wird bei schneller Fahrt von einer Bauteilkante unterbrochen. Dabei treffen die Tropfen aufeinander oder zerspringen. Die sich bildendenden Tropfen fliegen recht weit über die Baugruppe.
  • Durch luftunterstützte Verfahren. Auch hier gibt es eine starke Abhängigkeit von der Materialtype.
  • Durch die Oberflächenspannungen des Lackes selbst kann eine Tropfen-Kugel entstehen, die auf dem Film abrollt. Diese abrollende Kugel kann sich bei einer freien Bahn über mehrere Zentimeter fortbewegen.
  • Zu starke Impulsenergien beim Jetten. Der Tropfen zerspringt förmlich oder platzt in der Luft.
  • Sprühen oder Tropfen aufjetten auf bereits nassen Bereichen. Dies ist vergleichbar mit Tropfen, die auf eine Pfütze treffen.
  • Besonders schnelltrocknende Lacke können bei luftunterstützten Verfahren bereits in der Luft trocknen und Nebel oder sogenannte „Sprühfäden“ bilden. Dieser Lack kann bereits an der Düsenspitze antrocknen, sammelt sich und lenkt dann den Lack beim Austritt ab. Hier ist es wichtig, ein gutes Reinigungssystem für die Ventile und Nadeln in der Anlage einzusetzen.

Ein flexibles, vollautomatisches Beschichtungssystem, das alle Auftragsarten zugleich anbieten kann, ermöglicht das Zusammenspiel zwischen Präzision und Taktzeit. Damit lässt sich softwarebasiert, ohne Werkzeuge und zeitintensives Rüsten, eine hohe Leistung, Präzision und Produktionssicherheit sicherstellen. Maskierungen und Vorarbeiten, welche unter Umständen händisch getätigt wurden, fallen somit weg. Die Prozesse sind geregelt und haben unterschiedliche Automatisierungsgrade.

Prozesssicherheit durch hohe Wiederholgenauigkeit

Die präzise Herstellung der Ventile und Nadeln (Applikatoren) ist Voraussetzung für den sehr wiederholgenauen Prozess. Begleitend können druck-, gewicht-, durchfluss- und positionsüberwachende Systeme darauf achten, dass die vom Anwender bei der Erstellung der Lackiergeometrie festgelegten Parameter im Prozessablauf auch sicher wiedergegeben werden.

Lacktypendatenbanken ermöglichen Hilfestellungen bei der Erstellung des Lackierprojekts. Dadurch ist es auch möglich automatische Datenerfassung für Traceability und Anbindung an MES sicherzustellen. Hierzu zählen unter anderem Voreinstellungen von Parametern und die nahezu 1:1-Darstellung am Bildschirm, welche die Lackierfläche „aufmalt“, wie sie später dann auch auf der Leiterplatte aussehen soll. Füllstandsabfragen, automatisierte Reinigerstationen, Viskositätsmessgeräte und automatische Anpassungen sowie Temperaturüberwachungen runden die Sicherheiten im Prozess ab.

Ob sich eine beschichtete Baugruppe im Nachgang noch Nachbearbeiten lässt, hängt vom Lack ab. Zwei Verfahren haben sich etabliert, um den Lack abzutragen: entweder mittels Verdünner oder Entlackungsmittel oder durch das Abstrahlen mit ESD-gerechtem Granulat (Bild).

Ob sich eine beschichtete Baugruppe im Nachgang noch Nachbearbeiten lässt, hängt vom Lack ab. Zwei Verfahren haben sich etabliert, um den Lack abzutragen: entweder mittels Verdünner oder Entlackungsmittel oder durch das Abstrahlen mit ESD-gerechtem Granulat (Bild). Rehm

Die Lackiersysteme ermöglichen es, Achs- und Wiederholgenauigkeit der Fördermengen zu ermitteln. Um einen präzisen Prozess abzubilden, reichen diese Daten meist aus. Eine allgemeingültige Aussage zu der Toleranzfeldbreite ist auf der Basis der spezifischen Eigenschaften einer Baugruppe wenig sinnvoll. Wesentlich sind hingegen Eigenschaften wie etwa der geforderte Lackierbereich, die Verteilung von Bauteilen auf der Baugruppe oder der Abstand von Bauteilen zueinander. Überdies können AOI-Systeme, wenn erwünscht, Schichtstärken und Toleranzbereiche festhalten und Baugruppen zu IO- oder NIO-Teilen (in Ordnung, nicht in Ordnung) sortieren. Noch haben diese optischen Geräte mit Problemen wie Transparenz, Spiegelungen, Reflexionen und Farbe des Lacks auf der Baugruppe zu kämpfen. Hier werden sich die AOI-Hersteller zukünftig aber stark weiterentwickeln.

Viele dieser oben genannten Ursachen erschweren die Reproduzierbarkeit des Lackierbildes, da sie oft sporadisch entstehen. Man reduziert oder verhindert solche Fehler, indem die richtige Applikationsart verwendet wird und die Einstellparameter für das Material optimiert werden. Dazu gehören beispielsweise der Druck inklusive Überwachung, die Luftmenge bei der Luftunterstützung, der Abstand von Düse zur Baugruppe und die Materialdurchflusskontrolle. Durch die bereits erwähnten Lacktypendatenbanken lassen sich solche Parameter auch für den Anwender bereits voreinstellen oder vorschlagen. Aber hier ist es wichtig, dass der Systemhersteller den Anwender mit seiner Erfahrung unterstützt, um den Prozess korrekt einzufahren.

Auch die akkurate Beschichtung der Kanten stellt eine Herausforderung dar: Eine sogenannte Kantenflucht eines Lackes lässt sich kaum verhindern, da sie ein natürliches Phänomen ist. Die Schichtstärke von lösemittelbasierten Lacken an einer Kante beträgt erfahrungsgemäß gerade mal 1 bis 5 µm. Je höher die Viskosität des Lackes ist, desto dicker wird die Lackschicht auf der Kante. Für einen hohen Schutz der Kanten wäre somit ein Dickschichtlack die richtige Wahl.

Wie gut lassen sich Reparaturen durchführen?

Nicht jeder Lack kann repariert werden. Daher muss als erstes in Erfahrung gebracht werden, wie sich die einzelnen Lacke entfernen oder auch wieder überlackieren lassen. Das technische Merkblatt des Lackherstellers gibt darüber Auskunft. Zwei Methoden haben sich hierbei durchgesetzt. Zum einen das Ablösen des Lackes mittels Verdünner oder Entlackungsmittel. Zum anderen das Abstrahlen mit ESD-gerechtem Granulat. So lassen sich Acryllacke mittels Lackverdünner komplett entfernen. Hingegen können Lacke, die auf anderen Kunstharzen basieren, sowohl mittels Reinigern als auch Abstrahlern nur partiell entfernt werden. Epoxidbasierende Lacke sind meist lösemittelbeständig und so hart, dass sie sich nicht ohne Beschädigung der Baugruppe entfernen lassen.

Vielfältige Umwelteinflüsse machen die Zuverlässigkeit einer elektronischen Baugruppe streitig. Jedoch gibt es für jede Anforderung den passenden Schutzlack.

Vielfältige Umwelteinflüsse machen die Zuverlässigkeit einer elektronischen Baugruppe streitig. Jedoch gibt es für jede Anforderung den passenden Schutzlack. Rehm

Beim Auftrag der erneuten Lackschicht auf partiell entlackten Leiterplatten muss zuvor die Verträglichkeit des Lackes mit dem auf der Baugruppe verbliebenen Lack getestet werden. Wird dies nicht beachtet, kann es zur Bildung von „Runzelhaut“ kommen. Bei manchen Lacken kommt gar keine Haftung des gleichen Lackes auf dem ausgehärteten Lack zustande. Grundsätzlich muss immer in Erfahrung gebracht werden, ob Lötstopplack oder Bauteile beim Entlacken beschädigt werden können.

Schutzwirkung und Eignung des Lackes

Es empfiehlt sich, vor der Auswahl eines geeigneten Lackes den Einsatzort des zu beschichtenden Substrats sowie die Notwendigkeit der Schutzwirkung zu bestimmen. Danach richtet sich die Anforderung an den Lack: Je anspruchsvoller der Lack sein muss, desto höher die Kosten für die Verarbeitung beziehungsweise für das Material selbst. Zusätzlich ist die Schutzwirkung abhängig von der technischen Sauberkeit (Reinheit) der Baugruppe, von der Eignung des Lackes und von der Auftragsmethode, also letztlich von der Qualität der Lackierung.

Zur Eignung des Lackes kann man grundsätzlich sagen, dass die Schutzwirkung linear mit der Lackdicke zunimmt. Insofern erhält man mit den sogenannten Dickschichtlacken im Vergleich zu den lösemittelbasierten Lacken eine höhere Schutzwirkung. Hinzu kommt, dass Dickschichtlacke wegen des geringen Anteils an Verdünner während der Härtung weniger schrumpfen und dadurch weniger Spannungen aufbauen. An diese Dickschichtlacke werden aber besondere Anforderungen bezüglich Verarbeitung und Trocknung gestellt. Deshalb sollte man zuerst anhand der technischen Merkblätter der Lackhersteller nach geeigneten Lacken schauen und diese testen, bevor man sich für einen Dickschichtlack entscheidet. Im Vergleich zum Dickschichtlack gibt es eine große Vielfalt handelsüblicher, lösemittelbasierter Lacke; sie werden je nach Anwendung auf verschiedene Eigenschaften getrimmt:

  • Gute Haftung
  • Hohe Temperaturbeständigkeit
  • Gute Überlackierbarkeit
  • Flexibilität (z.B. auf Folien/Flex)
  • Keine Bläschenbildung
  • Chemikalienbeständigkeit
  • Schnelle Trocknung
  • Sichtschutz
  • Bessere Verarbeitbarkeit mit luftunterstützenden Verfahren
Lacktypendatenbanken ermöglichen Hilfestellungen bei der Erstellung des Lackierprojekts. Zudem erlauben sie die lückenlose Traceabiltiy.

Lacktypendatenbanken ermöglichen Hilfestellungen bei der Erstellung des Lackierprojekts. Zudem erlauben sie die lückenlose Traceabiltiy. Rehm

In der heutigen Zeit bieten die immer flexibleren Systeme die Möglichkeit, mehrere Materialien parallel zur selben Zeit zu verarbeiten und Prozesse wie Abdichten, Maskieren, Unterfüllen und Conformal Coating zeitgleich zu realisieren. Hierbei ist es  unbedingt notwendig, die Verträglichkeit der Stoffe untereinander zu prüfen. Da diese zusätzlichen Prozesse meist kostenintensiv sind, kommen der Wahl der Beschichtungsanlage, ihre Beschaffenheit und der flexible und zeitgleiche Umgang mit unterschiedlichen Materialien große Bedeutung zu.

 

Erfahren Sie auf der nächsten Seite alles Wissenswerte über die gängigen Auftragsverfahren beim Beschichten elektronischer Baugruppen.

Seite 1 von 212