Lebensdauer rauf – Rework runter Nordson-Asymtek, Hardegsen

Weiter steigende Anforderungen an Qualität, Zuverlässigkeit und Lebensdauer von hochwertigen elektronischen Baugruppen, und auch die weiterentwickelte Fertigungsmethoden für eine höhere Packungsdichte der Bauelemente, machen eine Schutzlackierung immer wichtiger. Bestückte Baugruppen können mittels spezieller Lacke vor Feuchtigkeit, Staub, Schmutz, Verunreinigungen und mechanischen Belastungen geschützt werden, um einer Funktionsbeeinträchtigung vorzubeugen. Dabei eignen sich konventionelle Verfahren wie Tauchen und Sprühen nur bedingt für eine selektive Beschichtung. Freizuhaltende Bereiche der Baugruppen müssen durch Kappen, Klebestreifen oder ähnliche Hilfsmittel manuell abgedeckt, und nach der Beschichtung wieder entfernt werden. Die Vielfalt an solch zusätzlichen manuellen Arbeitsgängen lässt sich schwer in einen kontinuierlichen Fertigungsprozess einbinden, kostenintensiv sind sie auch. Mit den gängigen Verfahren ist lediglich ein ungewisses Beschichtungsergebnis zu erzielen.

Protab hat sich bereits Ende der 80iger Jahre für eine Asymtek Beschichtungsanlage entschieden, um die eigenen Baugruppen, die hauptsächlich in der Verpackungsindustrie eingesetzt worden sind, zu beschichten. Da die Anlage mit den Produkten nicht ausgelastet war, wurde die Beschichtung als zusätzliche Dienstleistung auch für andere Unternehmen angeboten. Diese Nische entwickelte sich aufgrund der großen Nachfrage mehr und mehr zum jetzigen Unternehmensschwerpunkt des Unternehmens. Im Laufe der Jahre erfolgte eine Spezialisierung auf diese anspruchsvolle Thematik und es wurden weitere SelectCoat Beschichtungsanlagen angeschafft, mit denen heute auf einer Produktionsfläche von rund 1200m² Losgrößen von 1 bis 1000 Stück je Auftrag verarbeitet werden können. Um besonderen Qualitätsanforderungen zu entsprechen, wurde das Hybridverfahren entwickelt. Der Lack, sonst extrem fließfreudig, wird eingedämmt, um eine noch genauere Konturenschärfe zu erreichen. Und genau dazu war für Protab das SelectCoat Verfahren die richtige Beschichtungstechnologie.

Wesentlicher Bestandteil des SelectCoat Verfahrens von Asymtek ist, dass der Lack ohne Sprühnebel und mit genauer Randbegrenzung aufgetragen wird. Hier ist die sogenannte Airless-Technologie im Einsatz, beim konventionellen Lackierverfahren wird der Lack durch Druckluft atomisiert, woraus Sprühnebel entsteht. Mittels unterschiedlicher Düsen können sowohl Durchflussmenge, Schichtstärke und die Auftragsbreite direkt auf die jeweiligen Anforderungen abgestimmt werden. Der Beschichtungskopf wird von einem mehrachsigen Roboter über die Leiterplatte bewegt, und trägt gleichmäßig und geschlossen einen Lackfilm auf die vorher definierten Bereiche der Baugruppe auf, mit einer frei bestimmbaren Verfahrgeschwindigkeit zwischen 0 und 480 mm/s. Um bestimmte Bereiche nicht zu beschichten, wird der Kopf per Programm innerhalb von wenigen Millisekunden geöffnet oder geschlossen. An jeder beliebigen Stelle der Leiterplatte sind so gezielte Unterbrechungen des Lackfilms realisierbar. Als Folge daraus kann auf Maskierungs-, Demaskierungs- und Reinigungsarbeiten verzichtet werden. Da die wesentlichen Verarbeitungsparameter auf die jeweilige Anwendung abgestimmt werden können, lassen sich konventionelle Schutzlacke wie beispielsweise Acrylate, Silicone und lösungsmittelfreie oder UV-härtende Produkte mit dem Verfahren verarbeiten. Der Beschichtungskopf lässt sich durch den portal montierten Roboter über eine Fläche von 460 x 460 mm verfahren. Mit der EasyCoat Software werden durch vorprogrammierte Beschichtungsbefehle die Funktionen des Roboters und des Beschichtungskopfes genau miteinander verknüpft. Der Lack wird in direkter Abhängigkeit der tatsächlich vorhandenen Oberflächenstruktur der Leiterplatte aufgetragen. Die einmal erstellten Beschichtungsprogramme werden im PC gespeichert, und sind jederzeit abrufbar. So wird gewährleistet, dass die mit diesem Verfahren gemachten Beschichtungen beliebig oft reproduzierbar sind, und genau positioniert ausgeführt werden können. Da der Lack selektiv und ohne Sprühnebel aufgetragen wird, liegt die Materialausnutzung bei über 95%.

Durch die Überwachung der Lackierbreite während der Produktion steht eine geschlossene Regelung zur Verfügung, mit der zusätzlich wesentliche Prozessdaten erfasst, und dokumentiert werden können. Die Breite des Lackvorhangs wird in frei wählbaren Intervallen vermessen und gegebenenfalls automatisch nachgeregelt, um konstante und reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten. Die ermittelten Daten werden automatisch mit Datum und Uhrzeit versehen und in einem fortlaufenden Log-File abgespeichert. Per Software kann festgelegt werden, welche Daten bei der Speicherung berücksichtigt werden sollen. So wird ein lückenloser Qualitätsnachweis über den gesamten Produktionszeitraum geführt, die Möglichkeit einer statistischen Auswertung der Daten besteht.

Um den gestiegenen Anforderungen der Elektronikindustrie Rechnung zu tragen, wurde der ursprünglich ausschließlich aus SelectCoat Beschichtungsanlagen bestehende Maschinenpark von Protab durch automatische Asymtek Dosieranlagen mit Visionsystemen ergänzt, um auch hochviskose Medien schnell, präzise und wiederholgenau applizieren zu können. Mit diesem Verfahren können gezielt Dichtraupen gelegt werden, um empfindliche Bauteile, wie beispielsweise offene Steckerleisten oder mechanische Taster vor dem Eindringen von Lack zu schützen. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, die gesamte Baugruppe, oder lediglich einzelne Bauteile, komplett oder selektiv zu vergießen. Unabhängig vom Einsatzzweck gibt es eine Gemeinsamkeit: gleich bleibend hohe Qualität ist bei Protab groß geschrieben. Dies wird durch die zahlreichen Auditierungen der unterschiedlichen Kunden, auch aus der Automobilelektronik, deutlich. Besonderer Stolz ist ein erfolgreiches Audit von Rockwell, USA, für die MIL konforme Beschichtung von Baugruppen, die im Bereich der Luftfahrt eingesetzt werden, und an die dementsprechend extrem hohe Anforderungen gestellt werden. Als nächster Schritt ist für April 2005 die Zertifizierung nach DIN EN ISO 9001/2000 vorgesehen.

Um das eigentliche Beschichten herum wurden bei Protab noch andere wichtige Bereiche, wie beispielsweise eine vorherige Reinigung oder Kontaminationsmessung, mit in das Programm der angebotenen Dienstleistungen aufgenommen. Eine nicht saubere Oberfläche kann die Haftung und die Widerstandsfähigkeit des Schutzlackes deutlich beeinträchtigen. Die Reinigung der Leiterplatte kann deshalb eine wirksame Ergänzung zu der Schutzbeschichtung darstellen, und damit die Zuverlässigkeit der Baugruppe nachhaltig verbessern. Die Reinigung der Baugruppen erfolgt auf Wunsch mit speziellen Waschanlagen, entweder wasserbasiert oder auf Alkoholbasis (Ultraclean-Verfahren), um einen höheren Zuverlässigkeitsgrad und eine längere Lebensdauer der Baugruppen zu ereichen. Das Thema Reinigung der Baugruppen wird künftig durch das bleifreie Zeitalter gesteigerte Beachtung finden.

Früher fanden Schutzlacke hauptsächlich in hochtechnologischen Anwendungsbereichen Verwendung, aber da immer mehr elektronische Komponenten im Alltag verwendet werden, wurde auch hier der Vorteil der Schutzlackierung erkannt. Der Schutzlack soll die Leiterplatte vor Umwelteinflüssen schützen, und die Baugruppen gegenüber Chemikalien, Feuchtigkeit, Nässe, Korrosion, Schimmelbildung oder mechanischen Belastungen erhöhten Schutz bieten. Die dünne und flexible Schicht passt sich den Konturen der Leiterplatte und der Baugruppen an. Eine weitere Miniaturisierung von Baugruppen kann oftmals nur mit einer zusätzlichen Schutzlackierung erfolgen, durch die dann verbesserte dielektrische Eigenschaften, höhere mechanische Widerstandsfähigkeit und verbesserte Kriechstromfestigkeit erreicht werden. Da die physikalischen Anforderungen an die Baugruppen groß sind, ist der geeignete Schutzlack mit Sorgfalt auszusuchen. Nicht jeder Schutzlack ist ohne weiteres für Nacharbeiten oder Reparaturen geeignet. Ergeben sich größere Reparaturen oder Änderungen an einer Leiterplatte, die eine komplette Entschichtung der Baugruppen erfordern, kann es bei manchen Lacksorten sehr schwierig werden.

Protab verarbeitet je nach Kundenwunsch die unterschiedlichsten Lacke, wie beispielsweise Acrylharz-, Polyurethan- oder Siliconlacke, und ist in der Lage, schnell reagieren zu können. Durch die Flexibilität und den Maschinenpark ist es möglich, sowohl Kleinstserien als auch größere Stückzahlen, wie mehrere tausend Leiterplatten im Monat zu verarbeiten. Die Verwendung von schnelltrocknenden Lacken in Verbindung mit einem Infrarot-Umluft Trockensystem ermöglicht, dass selbst eiligste Beschichtungsaufträge termingerecht abgewickelt werden können.

Ein typischer Anwendungsfall kann unter Beachtung der IPC Norm folgendermaßen ablaufen: als erster Schritt erfolgt das Reinigen der Baugruppe im Ultraclean Verfahren. Durch die Kontaminationsmessung im Ionographen wird die Reinheit der Baugruppe vor und nach dem Waschen exakt ermittelt und dokumentiert. Falls erforderlich kann vor der eigentlichen Schutzbeschichtung mit der Dosieranlage eine hochviskose Dichtraupe um sensible Bauteile gelegt werden. So lässt sich verhindern, dass bei der nachfolgenden Beschichtung Lack in freizuhaltende Bereiche eindringen kann. Nach der IPC gerechten Trocknung und Härtung der Lackschicht erfolgt die abschließende Qualitätskontrolle. Sind alle Kriterien erfüllt, besteht die Möglichkeit, mit einem Laser Traceability Daten in die Lackschicht zu schreiben, und die Baugruppe so mit einem unverwechselbaren „Qualitäts-Siegel“ zu versehen und vor späteren Manipulationen zu schützen. (dj)

SMT, Stand 7-207

www.asymtek.com & www.protab.de

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