Schutzbeschichtungen

Schutzlacke sind klare, flexible Decklacke, die sich an die komplizierten Geometrien von Leiterplatten anpassen. Sie werden auf Leiterplatten aufgebracht, um diese robuster zu machen und dadurch die Produktlebensdauer zu verlängern.

Derzeit gibt es acht verschiedene Familien von Schutzbeschichtungen, wie im IPC-CC-830C-Standard festgelegt . Dazu gehören Acryl-, Polyurethan-, Silikon-, Epoxid-, UV-härtbare, Parylen-, ultradünne und Styrol- Blockcopolymertypen. Die folgende Tabelle fasst die Vor- und Nachteile der einzelnen Beschichtungsarten zusammen.

Die Wahl der richtigen Technologie hängt hauptsächlich von folgenden Überlegungen ab: Welche Zertifizierungen (falls vorhanden) wird benötigt? Was sind die größten Umweltprobleme, vor denen geschützt werden muss? Und welche Verarbeitungsmöglichkeiten sind möglich? Letztendlich kommt es bei der richtigen Materialauswahl darauf an, alle Ihre Anforderungen zu kennen. Bitte wenden Sie sich an unseren technischen Support, wenn Sie Hilfe benötigen.
 

Schutzbeschichtungen werden verwendet, um die Lebensdauer von Leiterplatten zu verlängern, indem sie eine Schutzschicht gegen häufige Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit, Staub, Schmutz und Pilze bilden. Diese Beschichtungen verfügen über hervorragende dielektrische Eigenschaften, die dazu beitragen, einen Überschlag zu verhindern , wodurch Leiterbahnen näher beieinander platziert werden können und dadurch die Entwicklung kleinerer, leistungsstärkerer Elektronikkomponenten erleichtert wird.
 

Es gibt zwei Hauptstandards für Schutzlacke: UL746E und IPC-CC-830. Der UL746E Conformal Coating Standard umfasst eine Reihe dielektrischer Tests, die die Isolationseigenschaften der Beschichtung nach Umwelteinflüssen sowie ihre Flammhemmung messen. Der IPC-CC-830-Standard wurde vom Institute for Printed Circuits (IPC) erstellt , um den MIL-I-46058C-Standard zu ersetzen, der 1998 für inaktiv erklärt wurde. Dieser Standard testet die Haltbarkeit der Beschichtung gegenüber Thermoschock, hydrolytischer Alterung und Feuchtigkeitssättigung , Pilzresistenz und Flammschutz.

In diesen beiden Artikeln haben wir detailliertere Informationen zu den Standards UL746E und IPC-CC-830 bereitgestellt.

Den IPC-CC-830-Standard verstehen

Den UL 746E-Standard verstehen

Bei Schutzlacken treten dieselben Mängel auf wie beim Auftragen von Lacken. Indem Sie lernen, wie man eine Schutzbeschichtung aufträgt, können Sie die Bearbeitungszeit optimieren und Probleme an der Lackierstraße vermeiden. Nachfolgend finden Sie eine Zusammenfassung der häufigsten Beschichtungsfehler und wie diese behoben werden können.

Das Aufbringen einer Schutzbeschichtung erfordert mehrere Folgeprozesse, um sowohl eine ordnungsgemäße Abdeckung als auch ein ästhetisches Finish zu erzielen.

PCB-Reinigung – Um Beschichtungsfehler wie Benetzungsstörungen zu vermeiden und einen glatten, homogenen Film zu erzielen, müssen Substrate gründlich gereinigt werden, um unerwünschte Verunreinigungen wie Flussmittel, Fett und Öl zu entfernen. MG Chemicals verfügt über ein umfangreiches Portfolio an Reinigungsprodukten, um sicherzustellen, dass Oberflächen sauber und für die Schutzbeschichtung bereit sind.

Maskierung – Um ein Übersprühen der Schutzbeschichtung zu verhindern, bei dem sich die Beschichtung in unerwünschten Bereichen ablagert, müssen Substrate in Sperrbereichen abgedeckt werden. Die Maskierung erfolgt entweder durch die Verwendung einfacher Materialien wie Malerband oder einer abziehbaren Lötstoppmaske wie MG's 862. Es ist wichtig, die Maskierung kurz nach dem Auftragen und vor dem Aushärten der Beschichtung zu entfernen, um ein Ablösen der Beschichtung zu vermeiden.

Aufbringen von Schutzbeschichtungen –  Abhängig von der Menge der zu beschichtenden Teile und den Fähigkeiten Ihres Unternehmens können verschiedene Beschichtungstechniken eingesetzt werden.

Für kleine Reparaturen und Arbeiten mit geringem Volumen ist der Pinselauftrag eine ideale Technik, da keine Vorbereitung erforderlich ist. Es ist sehr präzise und erfordert keine Fachkenntnisse. Das Eintauchen eignet sich auch ideal für Prozesse mit geringen Stückzahlen, für ein zuverlässiges Eindringen der Beschichtung unter Komponenten und für eine allgemein schnelle Verarbeitung, erfordert jedoch möglicherweise ein intensives Maskieren und kann in der Handhabung schmutzig sein.

Bei großvolumigen Projekten gewinnt die Sprühtechnik an Bedeutung und ist ideal, wenn eine schnelle Durchlaufzeit, eine bessere Kantenabdeckung und eine bessere Gleichmäßigkeit des Films erforderlich sind.

Das Sprühen kann mit einer einfachen pneumatischen Spritzpistole in einer speziellen Abzugskabine erfolgen. Diese Technik erfordert jedoch einige Fachkenntnisse und erfordert möglicherweise eine Maskierung. Der Sprühprozess kann durch den Einsatz automatisierter Geräte der Art von PVA , Nordson Asymtek und Specialty Coating Systems rationalisiert werden. Diese Systeme bieten Geschwindigkeit und Präzision, um den Durchsatz zu maximieren und Nacharbeiten zu minimieren.

Aushärtung – Es gibt drei Arten von Schutzlacken, die nach ihren Aushärtungsmechanismen klassifiziert werden: thermoplastisch, duroplastisch und UV-härtbar. Zu den thermoplastischen Materialien gehören Acryl und Silikon/Acryl-Hybridbeschichtungen. Sie härten durch physikalisches Trocknen aus, da das Lösungsmittel einfach verdunstet und der Beschichtungsfilm zurückbleibt. Diese Beschichtungen können entweder unter Umgebungsbedingungen oder durch Hitze ausgehärtet werden. Duroplaste sind Materialien, die im Rahmen ihres Aushärtungsmechanismus eine chemische Reaktion eingehen. Wie Thermoplaste können sie typischerweise unter Umgebungsbedingungen ausgehärtet werden. Um optimale Eigenschaften und eine vollständige Aushärtung zu erreichen, benötigen diese Beschichtungen jedoch erhöhte Temperaturen. UV-härtbare Materialien sind Acrylate und Methacrylate, die aushärten, wenn sie bestimmten Wellenlängen von UV-Licht ausgesetzt werden.

Qualitätskontrolle – Der Hauptaspekt bei der Prüfung von Schutzbeschichtungen ist die Abdeckung. Mit einer UV-Lampe geht das schnell und einfach. Bei Bestrahlung der Baugruppe mit UV-Licht reflektieren die beschichteten Bereiche blau fluoreszierend.

Messung der Dicke von Schutzbeschichtungen –  Typische Trockenfilmdicken von Schutzbeschichtungen liegen zwischen 1 und 5 Mil (25,4 und 127 μm) und können mit den folgenden Techniken überprüft werden:

Mikrometer – Eine einfache zerstörungsfreie Methode besteht darin, Punkte entlang des unbeschichteten Substrats mit kalibrierten Mikrometern zu messen und diese Punkte anschließend erneut zu messen, wobei der Unterschied die Beschichtungsdicke ist.

Positector – Eine weniger umständliche, zerstörungsfreie Technik verwendet ein digitales Schichtdickenmessgerät, das Änderungen in magnetischen oder elektrischen Feldern misst, um die Schichtdicke zu bestimmen. Obwohl diese Technik viel schneller und einfacher ist, ist sie auf den Einsatz auf leitfähigen Substraten beschränkt und kann daher keine Beschichtungsdicken über Lötstopplack oder anderen isolierten Komponenten messen.

Mikroschnittanalyse – Das einfachste zerstörungsfreie Werkzeug zur Messung der Schichtdicke ist ein Nassfilmmessgerät mit einer schwarzen Lampe. Allerdings ist dieses Verfahren nur bei High-Solid-Systemen, wie zum Beispiel UV-Lacken, anwendbar. Für hochpräzise Schichtdickenmessungen kann schließlich eine Querschnittsanalyse angewendet werden, bei der ein Abschnitt des beschichteten Substrats herausgeschnitten und in eine Kunststoffform montiert wird. Anschließend wird der Querschnitt poliert und unter einem leistungsstarken Mikroskop analysiert, um die Beschichtungsdicke an verschiedenen Stellen zu messen. Obwohl diese Technik die genauesten Messungen liefert, erfordert sie viel Zeit und kostspielige Ausrüstung und zerstört die Probe.

Nacharbeit/Reparatur – Gelegentlich sind Reparaturen erforderlich, um Bereiche auszubessern, an denen die Beschichtung beschädigt, delaminiert ist oder auf andere Weise vom Substrat entfernt wurde. Dies geschieht typischerweise auf einer sehr kleinen Fläche, die eine präzise Anwendung erfordert. Daher werden diese Reparaturen typischerweise mit einem Pinsel aufgetragen, um die erneut aufgetragene Beschichtung zu lokalisieren und auf einen kleinen Bereich zu beschränken.

Überlegungen
Die Wahl der richtigen Schutzbeschichtung hängt von Ihren Materialanforderungen ab – nämlich davon, welche Zertifizierungen ( IPC oder UL ?) erforderlich sind, welchen Umgebungsbedingungen die Beschichtung standhalten muss und welche Verarbeitungsmöglichkeiten Sie haben. Deshalb sollten Schutzbeschichtungen nicht nach der Besten-zu-Schlechten-Rangliste bewertet werden, sondern vielmehr nach der besten Eignung. Beispielsweise benötigt eine Platine für den Innenbereich nicht den extremen Schutz, den ein Epoxidharz bietet, sondern lediglich eine einfache konforme Acrylbeschichtung, die vor Staub und elektrischen Überspannungen schützt.

Umgekehrt wird eine Leiterplatte unter der Motorhaube eines Autos verbaut, ist ein verbesserter Schutz durch Epoxid- oder UV-härtende Materialien erforderlich, die Kraftstoffdämpfen, Streusalz und häufigen Stößen standhalten können. Bei der Auswahl eines Beschichtungssystems muss jede Schutzbeschichtungstechnologie sowohl auf ihre Stärken als auch auf ihre Schwächen hin bewertet und gegen Ihre spezifischen Anforderungen abgewogen werden.

Acryl – Acryl ist ein hervorragendes Material für milde Umgebungen, in denen die Gefahr besteht, dass es zeitweise Feuchtigkeit, Salznebel, Staub und Pilzen ausgesetzt ist. Seine Stärken sind niedrige Kosten, Benutzerfreundlichkeit und Nacharbeit. Sein Nachteil ist die geringe chemische Beständigkeit.

Polyurethan – Polyurethane bieten den gleichen Schutz wie Acryl sowie eine gewisse Beständigkeit gegenüber chemischen Lösungsmitteln, zeichnen sich durch eine hervorragende Abriebfestigkeit aus und behalten eine starke Haftung bei niedrigen Temperaturen bei. Ihr Nachteil ist ihre relativ lange Aushärtezeit, wodurch sie für Anwendungen mit hohem Volumen nicht ideal sind.

Epoxidharz – Epoxidharze bieten im Vergleich zu Acryl, Polyurethan und Silikon einen besseren Schutz. Sie schützen vor häufigen Verunreinigungen wie Feuchtigkeit, aber auch vor aggressiven Chemikalien und Abrieb und tragen dazu bei, Lötstellen vor Stößen zu schützen. Die Anwendung kann aufgrund der langen Aushärtungszeit relativ umständlich sein, sodass ihre Verwendung im Allgemeinen auf Anwendungen beschränkt ist, die einen verbesserten Schutz erfordern.

Silikon – Silikone werden vor allem wegen ihrer hohen Temperaturbeständigkeit und Elastizität geschätzt. Im Vergleich zu den meisten anderen Schutzbeschichtungsarten haben Silikone einen außergewöhnlich niedrigen Modul, was sie ideal für die Beschichtung empfindlicher oberflächenmontierter Geräte oder für Anwendungen mit starken Temperaturwechseln macht. Silikonbeschichtungen werden nicht verwendet, wenn ein Schutz vor Ölen und anderen Lösungsmitteln erforderlich ist, und können im Vergleich zu anderen Produkten manchmal unerschwinglich sein.

UV-Härtung – UV-härtende Materialien zeichnen sich durch unübertroffene Härtungsgeschwindigkeiten aus. Die Aushärtung anderer Chemikalien dauert Stunden, UV-Materialien können jedoch in Sekundenschnelle ausgehärtet werden, was zu einem hohen Durchsatz beiträgt und sie ideal für großvolumige Projekte macht. Um ihren vollen Nutzen zu erzielen, sind jedoch erhebliche Investitionen erforderlich, einschließlich automatisierter Sprühgeräte, Radiometer und Aushärtungslampen/Fördersysteme. Bevor Sie sich für UV entscheiden, sollte daher eine gründliche Kosten-Nutzen-Analyse durchgeführt werden.

Parylene – Parylene unterscheidet sich von allen anderen Schutzbeschichtungstechnologien dadurch, dass es sich um ein Pulver handelt, das durch einen Prozess, der als chemische Gasphasenabscheidung bekannt ist, auf Leiterplatten aufgetragen wird . Dieser Prozess ist äußerst umständlich und erfordert hochspezialisierte Ausrüstung. Die ausgehärtete Beschichtung bietet jedoch eine unübertroffene elektrische Isolierung, Gesamtabdeckung und Temperaturbeständigkeit. Parylene kommt ausschließlich dann zum Einsatz, wenn ein völlig homogener Film erforderlich ist.