Was Schutzlacksysteme in der Elektronik leisten

Moderne Produktlösungen und innovative Technologien stehen bei Biesterfeld Spezialchemie an oberster Stelle. Besonders bei hochempflindlichen Baugruppen ist die Verwendung von Schutzlacken unumgänglich, um sie vor Umwelteinflüssen zu schützen, die Lebensdauer zu verlängern oder die Funktionalität zu gewährleisten. Biesterfeld Spezialchemie vertreibt verschiedene Arten von Schutzlacken für unterschiedliche Lösungen in elektrischen, elektronischen und Energieanwendungen.

Generell unterscheiden sich die verschiedenen Arten von Schutzlacken durch ihre chemischen Basiskomponenten. Mit dem Fokus auf Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie Offshore-Anwendungen hat sich das Unternehmen auf silikonbasierte sowie UV-vernetzende Systeme spezialisiert. Bei der Betrachtung von Beschichtungsprozessen und ihrer Weiterentwicklung in der Beschichtungstechnik sowie der Formulierung von Beschichtungsstoffen standen in den letzten Jahren Betrachtungen der Umweltfreundlichkeit oder der Umweltverträglichkeit mehr und mehr im Fokus. Dies gilt insbesondere für die Schutzlackierung von Baugruppen. Deshalb richtet sich bei Schutzlacken die Anforderung ganz klar zu lösemittelfreien Schutzlacken mit schnellster Verarbeitung. In den Produktklassen wird zudem nach der aufzubringenden Schichtdicke des jeweiligen Schutzlacksystems unterschieden. Dünnschichtlacke charakterisieren sich durch eine Schichtdicke bis zu 200 µm, Dickschichtlacke ab 200 µm Schichtdicke. Hier ist zu beachten, dass die verfügbaren Lacksysteme verschiedene Viskositäten, Rheologien und Fließgeschwindigkeiten haben. Das Lackieren im Sandwich-Verfahren ist möglich.

Schutzlacke aus Silikon schützen elektronische Leiterplatten vor Feuchtigkeit und Verunreinigungen und verhindern Kurzschlüsse sowie Korrosion von Leitungsbahnen und Lötstellen. Sie minimieren auch das Dendridenwachstum und die Elektromigration von Metall zwischen den Leiterkarten. Zudem schützt die Verwendung von Schutzlacken Schaltkreise und elektronische Komponenten vor Verschleiß und Lösungsmitteln. Ebenso ermöglicht der Schutzlack eine Spannungsentlastung sowie den Schutz des Isolationswiderstands der Leiterplatte. Sie haben folgende Vorteile:

• Breiter Einsatzbereich mit einem Temperaturspektrum von -40° bis +200°C
• Hohe Chemikalienbeständigkeit
• Für harsche Einsatzbedingungen geeignet wie Luft-/Raumfahrt, Offshore und Automobilanwendungen
• Lösungsmittelfreie Systeme mit 100% Feststoffanteil
• Flammverzögernd nach UL94V-0
• Kein Flammpunkt

UV-härtende Schutzbeschichtungen härten in Sekunden unter hochintensivem UVA-Licht und sichtbarem Licht im Blaubereich aus. Dadurch wird eine schnelle Verarbeitung möglich und die Durchsatzmenge im Produktionsprozess erhöht. Gleichzeitig werden die Verarbeitungskosten gesenkt. Die Besonderheiten im Einzelnen:

• Chemische Basis: Acrylate und Polyurethane oder Hybride aus beiden Werkstoffen
• Sehr schnelle Aushärtung durch UV-Initiierung
• Flammverzögernd nach UL94V-0
• Chemische Nachhärtung unterhalb von Bauteilen (Schattenzonen)
• Hohe Chemikalienbeständigkeit
• Sehr gute thermische Schockbeständigkeit

Die Härtung kann in gängigen UV-Härtungsanlagen erfolgen. Von Vorteil ist eine gute Streuung der UV-Strahlung, sodass auch an den Flanken der Bauteile für eine ausreichende Belichtung und Härtung gesorgt ist, indem eine Schattenbildung neben den Bauteilen vermieden wird. Alle UV-Lacke benötigen einen sogenannten sekundären Härtungsmechanismus, der in den auf einer Baugruppe unvermeidlichen Schattenbereichen eine komplette Aushärtung ermöglicht. Der zweite Trocknungsschritt erfolgt in den Schattenbereichen mittels chemischer Vernetzung durch relative Luftfeuchte.

Durch Aufheizen der beschichteten Bauteile oder höhere Luftfeuchtigkeit lässt sich der sekundäre Härtungsprozess beschleunigen. Die Sicherstellung einer kompletten Durchhärtung ist für die spätere Funktionssicherheit der Baugruppe unter den zu erwartenden Umweltbelastungen unverzichtbar.

Nicht nur auf das Produkt – auch auf die richtige Anwendung kommt es an. Die Effektivität einer Schutzbeschichtung hängt stark davon ab, wie gut sie auf die Oberfläche aufgebracht wurde. Um die entsprechende Auftragsmethode für den individuellen Prozess zu definieren, sollten folgende Punkte betrachtet werden:

• Konstruktion und Design der Baugruppe/Leiterplatte
• Anforderungen an den Applikationsprozess – Umwelteinflüsse, Ausgasung, Ablüftungsprozesse etc. sollten hier bedacht werden
• Zu produzierende Menge – Schnelligkeit des Lackierungsprozesses, Aushärtungszeiten etc.
• Qualitätsanforderungen – nach internationalen Normen wie UL94V-0 / UL746E - IPC-CC-830
• Vorbereitende Maßnahmen – Abkleben und Schützen von empfindlichen Bauteilen

Es gibt fünf Auftragsmethoden, um konforme Beschichtungen zu erreichen – manuelle Beschichtungen per Bürste, Aerosol oder Zerstäubungs-Pistole oder die automatisierte Tauchbeschichtung und das selektive Beschichten mittels Maschine. Nachfolgend eine Kurzcharakteristik:

• Pinseln vom Großgebinde (Brushen): Erfordert detaillierte und geübte Erfahrung. Kritisch zu bewerten sind hier Schichtdickenauftrag und Konformität.
• Manuelles Sprühverfahren: Hier verwendet man generell Aerosolsprühdosen und händische Auftragspistolen. Ist eher für kleine Mengen geeignet. Dies kann sehr zeitaufwändig sein, da man vorher bestimmte Bereiche der Baugruppe abkleben/schützen muss.
• Maschinelles Sprühverfahren: Eine programmierbare Anlage, welche über einen Sprühkopf eine definierte Menge an Schutzlack aufträgt.
• Tauchverfahren: Maschinell tauchbare Lacke, welche die Schichtdicke und den Verlauf über die Eintauch- und Ausziehgeschwindigkeit und Verweilzeit definieren. Dieses Verfahren erfordert ein Abkleben/Maskieren empfindlicher Bauteile oder nicht zu benetzender Bereiche der Baugruppe.
• Selektives Beschichten: Programmierbares System mit definierter Menge an Lack zur Beschichtung von ausgewählten Bereichen auf der Leiterplatte. Der Dosierkopf ist oft auf eine festgelegte Menge an Lack, Auftragsbreite (curtain-technology) und definierte Geschwindigkeit ausgelegt.

Das Beschichten der elektronischen Baugruppe ist in der Regel der letzte Schritt in der Wertschöpfungskette der Baugruppe. Fehler an dieser Stelle können sehr kostenintensiv werden und verheerende Ergebnisse im Feld liefern. Zur Vermeidung einige Tipps zur Spurensuche:

Mangelnde Kantenbeschichtung und Nasseigenschaften (Pull Back)

• Der Lack ist zu dünnflüssig
• Der Lack ist kontaminiert
• Die Oberfläche der Baugruppe ist kontaminiert
• Materialeigenschaften des Substrats (Oberflächenspannung)

Haftungsprobleme:

• Unvollständige Aushärtung und Zeit
• Verunreinigungen
• Lötrückstände
• Extreme Aushärtetemperatur

Blasenbildung im Lack

• Zu hoher Sprühdruck beim Auftrag
• Verbleibende Feuchtigkeit Im Substrat
• Verbleibende Feuchtigkeit im Lack
• Rückstände auf der Leiterkarte durch „Moulding Prozess“
• Eingeschlossene Luft unterhalb von Bauteilen
• Auftragsgeschwindigkeit
• Verbleibende Luft im Sprühkopf

Sinn und Zweck des Conformal Coatings ist der Schutz von Platinen und anderen Komponenten gegenüber Umwelteinflüssen oder Schädigungen. Diese Funktion wird durch eine gute Haftung zur Leiterplatte auch unter Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit, Kontakt mit Wasser oder chemischen Lösungsmitteln oder Hitze und Kälte aufrechterhalten. Diese Eigenschaft erschwert aber auch das gewollte Ablösen von der Oberfläche zu Reparaturzwecken. Für die rückstandsfreie oder partielle Entfernung von Schutzlacken (rework) gibt es verschiedene Reinigungsmedien, die sich für diesen Einsatz eignen.

Biesterfelds Fokus liegt dabei auf der chemischen Feuchtreinigung und -entfernung von Schutzlacken, wie mit dem silikonbasierten, alkalischen Reinigungsmittel DS-2025. Durch den stark alkalischen pH-Wert gibt es jedoch korrosionsbedingte Limitierungen im Einsatz.

Als international tätiger technischer Distributeur hat sich das Hamburger Unternehmen zum Ziel gesetzt, seinen Kunden nicht nur eine anwendungstechnische Produktberatung zu bieten, sondern gezielt einen ganzheitlichen Service beziehungsweise Lösungen zu liefern. Die empfohlene Produktauswahl kann in einem der Anwendungslabore, unter anderem in Hamburg, auf Eignung geprüft oder bestehende Systeme entsprechend getestet werden. Dabei setzt Biesterfeld europaweit auf ein spezialisiertes Vertriebsteam, zu dem Anwendungstechniker und Chemiker gehören. Durch den engen Kundenkontakt, das technische Wissen und Anwendungs-Know-how können, auch teils gemeinsam mit dem Hersteller, maßgeschneiderte Produktlösungen angeboten werden. Besonders bei Umformulierungen, Rohstoffaustausch oder sich ändernden Regularien und Vorschriften ist dies ein gern angenommener Service.