Just in time selektiv beschichten

Achim Battermann & Gert Tetzner, Panacol-Elosol, Oberursel

Eine Beschichtung von Leiterplatten oder Hybridbauteilen wird überall dort benötigt, wo an Baugruppen höchste Anforderungen an Funktion, Zuverlässigkeit, Qualität und Kosteneffizienz gestellt werden. Conformal-Coatings bieten Schutz gegen äußere Einflüsse und erhöhen die Isolationsfestigkeit von elektronischen Schaltungen. Um den Marktbedürfnissen gerecht zu werden, wurden UV-/Licht härtende Epoxid-Conformal-Coating-Massen entwickelt. Sie sind einkomponentig konzipiert und somit einfach zu handhaben, da sie mit allen handelsüblichen Applikationsverfahren verarbeitet werden können (Bild 1). Außerdem sind sie lösungsmittelfrei und zeichnen sich daher durch sehr niedrige VOC-Werte aus.

Epoxide haben im Vergleich zu Acrylaten den Vorteil, dass sie wesentlich chemikalienbeständiger sind und eine deutlich höhere Temperaturbeständigkeit besitzen. Sie härten bei moderaten Energiedichten < 100 mW/cm2 in 30 bis 60 s oberflächentrocken aus. Für die Aushärtung in UV-Schattenzonen können sie bei niedrigen Temperaturen von z.B. 115°C thermisch nachgehärtet werden. Die neuen Materialien auf Epoxidharzbasis zeigen ferner einen sehr geringen Schrumpf (< 1,5%), eine geringe Wasseraufnahme (< 0,5%) und können mit variablen Eigenschaften formuliert werden. Härtebereiche zwischen Shore D 40–95 und Tg-Werte von 25°C bis 140°C sind werkseitig einstellbar. Die Haftung auf allen PCB-Oberflächen ist ausgezeichnet, und die Produkte sind auch auf so genannten „no-clean“ PCBs einsetzbar. Für das Aufbringen von Beschichtungsmassen sind technisch ausgereifte Verfahren verfügbar:

UV-Epoxidharz-Conformal-Coatings haben bereits Einzug in Automotive-Bereiche gehalten. Dieser Industriezweig ist besonders darauf angewiesen, den Spagat zwischen extrem hohen Qualitätsanforderungen und kostengünstigen Produktionsverfahren zu erreichen.

An einem Beispiel aus der Automobilindustrie soll das Verfahren aufgezeigt werden. In den heutigen Pkws werden mit stark steigender Tendenz Komfort-Klimaanlagen eingebaut. Im Automatikmodus wird dabei die einmal eingestellte Temperatur weitgehend unabhängig von äußeren Einflüssen gehalten. Zusätzlich sorgt eine automatische Umluftschaltung dafür, dass unangenehme Gerüche und Abgase nicht in den Fahrzeuginnenraum gelangen. Diese Aufgabe wird durch den Luftgütesensor (scherzhaft auch Schnüffelsensor genannt) erfüllt. Da sich die elektronische Schaltung auf der Leiterplatte dabei im Luftansaugtrakt der Klimaanlage befindet, ist eine Beschichtung absolut notwendig, um die Funktion über viele Jahre zu gewährleisten. In diesem Beispiel wird die Leiterplatte selektiv mit einem Dosierventil mit fünfzigfachem Dosierkopf (Bild 2) beschichtet und anschließend inline 60 Sekunden lang mit UV A-Licht ausgehärtet. Eine zusätzliche thermische Aushärtung ist in diesem Fall nicht notwendig, da es keine Schattenzonen gibt. Um eine abschließende 100% QS-Kontrolle zu ermöglichen, ist die Beschichtungsmasse fluoreszierend eingestellt. Somit kann der Selektivverguss unter Schwarzlicht kontrolliert werden. Die komplette Herstellung des Sensors einschließlich einer zweiten Vergussanwendung und einer Mehrfachlötverbindung ist so in einem kostengünstigen Inlineprozess ohne Zwischenlagerung des Bauteils Realität geworden. Die Fertigung erfolgt just in time und erfüllt damit die Forderung aus dem Automotive-Bereich (Bild 3). Die hohen Anforderungen der Automobilindustrie wie zum Beispiel auch Temperaturschock-Prüfungen – 40°C/+ 125°C konnten mit Acrylatsystemen nicht erreicht werden, da die Tg-Werte von Acrylaten deutlich unter 100°C liegen.

Viele kennen das Problem: An mehreren Arbeitsplätzen wird UV-Klebstoff verarbeitet und muss ausgehärtet werden. Diese Arbeitsplätze mit gleichen Anwendungen erfordern Investitionen in Form von UV-Strahlern mit hoher Intensität und entsprechend hohem Preis. Bisher ließ sich das nur dadurch lösen, dass pro Arbeitsplatz, beziehungsweise maximal für zwei Arbeitsplätze, ein UV-Strahler zum Einsatz kam. Mehr als zwei Lichtleiter pro UV-Strahler reduzierte die UV-Leistung derart, dass eine Aushärtung innerhalb kurzer Taktzeiten unmöglich wurde.

Zur Lösung für solche Anwendungen steht jetzt ein UV-Punktstrahler zur Verfügung, der die Möglichkeit bietet, acht Arbeitsplätze mit UV-Leistungen von > 500 mW/cm2 zu versorgen (Bild 4). Zentral angeordnet können mit diesem Strahler und jeweils 1500 mm langen Lichtleitern mit 5 mm Durchmesser acht Arbeitsplätze bedient oder acht UV-Aushärtungen an einem Bauteil punktgenau innerhalb weniger Sekunden ausgeführt werden. Wird kein UV-Licht benötigt, sorgen Shutter vor den Lichtleitern für eine zuverlässige Abschottung des UV-Lichts. Aus Arbeitsschutz- und Sicherheitsgründen ist dies ein enormer Vorteil gegenüber Flächenstrahlern. Die Investition für einen solchen UV-Strahler gegenüber acht Einzelgeräten beträgt nur einen Bruchteil der Kosten. Für kleinere Anforderungen stehen die UV-Strahler mit vier, beziehungsweise sechs Lichtleitern, zur Verfügung.

Neue Entwicklungen von UV-Beschichtungsmassen auf Epoxidharzbasis ermöglichen Anwendungen auch im Automobilbereich mit extrem reduzierten Fertigungszeiten. Durchgängige Inlineprozesse wirken sich kostengünstig aus. Innovationen in der UV-Strahler-Technologie reduzieren die Investitionskosten und ermöglichen gleichzeitig bis zu acht hochintensive UV-Bestrahlungen.

Productronica, Stand A3.426

EPP 433

Vorteile von UV-Epoxidharz-Conformal-Coating Beschichtungsmassen: