Effektiver Korrosionsschutz für bestückte Leiterplatten

Gerd Schulze, Nordson-Asymtek

Vor nicht allzu langer Zeit wurde die Schutzlackierung vielfach noch als relativ exotische Anwendung betrachtet. Inzwischen hat sich dieses Verfahren in vielen Bereichen der Elektronikindustrie mit gutem Grund als Standard fest etabliert: gestiegene Qualitätsanforderungen, höhere Zuverlässigkeit und immer neue Einsatzbereiche von elektronischen Schaltungen lassen sich ohne eine schützende Beschichtung der Baugruppen kaum noch realisieren. Um eine möglichst produktionssichere, flexible und dennoch rationelle Anwendung zu ermöglichen, müssen die für diesen Prozess spezifischen Rahmenbedingungen berücksichtigt werden.

Die immer weiter fortschreitende Miniaturisierung erfordert zwangsläufig eine höhere Packungsdichte der bestückten Leiterplatte. Dadurch ergeben sich geringere Abstände zwischen den Bauteilen, Leiterbahnen und den Potenzialen, wodurch die Baugruppe insgesamt wesentlich empfindlicher gegenüber äußeren Einflüssen reagieren kann. Fehlfunktionen oder Ausfälle können die direkte Folge der Miniaturisierung sein. Durch die Beschichtung mit Schutzlacken kann die Zuverlässigkeit verbessert und ein vorzeitiger Ausfall durch Feuchtigkeit, Betauung, Migration und Verunreinigungen wirkungsvoll verhindert werden. Eine praxisgerechte Anwendung ist allerdings nicht ganz einfach zu erreichen, denn in den meisten Fällen ist es erforderlich neben gleichmäßigen Schichtstärken und reproduzierbaren Beschichtungsergebnissen auch einen selektiven Lackauftrag zu ermöglichen. Kontaktbereiche, Steckerleisten oder mechanische Bauteile dürfen nicht von dem Schutzlack benetzt werden, da ansonsten deren Funktion negativ beeinflusst werden würde. Mit konventionellen Verfahren wie beispielsweise Tauchen oder luftunterstütztem Sprühen können diese Anforderungen nicht oder nur unzureichend erfüllt werden. Um die aktuellen Anforderungen der modernen Elektronikfertigung zu berücksichtigen, hat Asymtek die Spectrum Beschichtungsanlage für exakt diese Anwendung entwickelt, um einen möglichst produktionssicheren und rationellen Einsatz in der normalen Produktionsumgebung zu ermöglichen.

Die kompakte Beschichtungsanlage beinhaltet folgende, exakt aufeinander abgestimmte Komponenten:

Das patentierte SelectCoat Verfahren erlaubt dem Anwender den gesamten Beschichtungsprozess in höchster Qualität und Präzision innerhalb der normalen Fertigungsumgebung durchzuführen. Die hohe Verfahrgeschwindigkeit und Positioniergenauigkeit des Roboters ermöglicht einen wesentlich höheren Durchsatz und eine äußerst rationelle Fertigung. Die Anlage kann als eigenständige Fertigungsinsel, oder aber komplett verkettet mit zusätzlichem Handling, Lacktrocknung und automatischer optischer Inspektion in einer vollautomatischen Produktionslinie betrieben werden.

Der SC-280 SelectCoat Beschichtungskopf erzeugt einen exakt definierten Lackvorhang mit präzisem Anfang und Ende. Wesentlicher Bestandteil dieses Verfahrens ist, dass der Lack als geschlossener Film, also ohne Sprühnebel und mit präziser Randbegrenzung aufgetragen werden kann. Im Gegensatz zu konventionellen Lackierverfahren, bei denen der Lack durch Druckluft atomisiert wird und zwangsläufig Sprühnebel entsteht, wird bei dem patentierten SelectCoat Verfahren eine besondere Technologie eingesetzt, durch die das Auftreten von Sprühnebel wirkungsvoll verhindert werden kann.

Der Beschichtungskopf trägt dadurch einen extrem gleichmäßigen und geschlossenen Lackfilm auf die zuvor definierten Bereiche der Baugruppe auf. Die Verfahrgeschwindigkeit des Roboters lässt sich in Abhängigkeit der Aufgabenstellung bis hin zu 1.000 mm/sec frei bestimmen. Das Ventil kann selbst in der Bewegung innerhalb weniger Millisekunden geöffnet und geschlossen werden. Durch dieses programmierbare Öffnen und Schließen des Kopfes können an nahezu jeder beliebigen Stelle der Leiterplatte gezielte Unterbrechungen des Lackfilms realisiert werden, um beispielsweise Steckerleisten nicht zu beschichten. Da der Lack nur noch auf die tatsächlich zu beschichtenden Flächen aufgetragen wird, kann auf die bislang notwendigen Maskierungs-, Demaskierungs- und Reinigungsarbeiten verzichtet werden.

Um reproduzierbare Lackierergebnisse zu ermöglichen, ist die Lackversorgung als geschlossenes und zirkulierendes System ausgelegt. Durch den integrierten Lackerhitzer mit PID Regelung ist sichergestellt, dass selbst bei Schwankungen der Umgebungstemperatur eine gleichmäßige Viskosität des Lackes zur Verfügung steht. Diese sehr wichtige Funktion gewährleistet die erforderliche Prozesssicherheit ohne permanente manuelle Eingriffe.

Vollkommen neue Möglichkeiten bei der Applikation von Beschichtungsstoffen ergeben sich durch den Einsatz von Pulsweitenmodulation. Bei dieser Technologie wird jeder einzelne Beschichtungsvorgang automatisch in kleinste Segmente „zerlegt“. Das Dosierventil wird während der Beschichtung mit einer bestimmten (einstellbaren) Frequenz angesteuert, wodurch es alle X-Millisekunden geöffnet und geschlossen wird. Mit jedem Öffnungs-, bzw. Schließvorgang wird jeweils eine kleine Menge des Beschichtungsstoffes als exakt definierter Punkt auf die Oberfläche der Schaltung „gejettet“, vergleichbar mit der Arbeitsweise eines Tintenstrahldruckers. Durch Pulsweitenmodulation und die unterschiedlichen Möglichkeiten der Ansteuerung werden Flexibilität und Präzision für die Anwendung wesentlich erhöht. Es besteht die Möglichkeit eine Position auf der Baugruppe anzufahren und im Stillstand gezielt einzelne, kleine Punkte zu applizieren, um maximale Selektivität zu erreichen.

Beispielsweise um ein einzelnes SMD Bauteil präzise zu beschichten. Je nachdem mit wie vielen Impulsen das Ventil dabei angesteuert wird, können Punktgröße und auch Schichtstärke den Anforderungen angepasst werden. Mit dieser Technologie können selbst bei sehr schwierigen Anforderungen extrem selektive Beschichtungen ausgeführt werden, aber auch größere Flächen oder komplizierte Geometrien lassen sich hiermit unkompliziert beschichten.

Ein weiteres Kernelement dieser kompletten Systemlösung ist die EasyCoat Software, die speziell für diese Aufgabenstellung entwickelt wurde und über zahlreiche nützliche Funktionen verfügt. Da die Software menügesteuert arbeitet, sind für die Programmierung keine besonderen Vorkenntnisse erforderlich. Durch das integrierte Kamerasystem kann sehr einfach und komfortabel ein Beschichtungsprogramm erstellt werden.

Alternativ ist es möglich ein Bild der Baugruppe zu importieren und das Beschichtungsprogramm komplett offline vom Arbeitsplatz aus zu erstellen. Das erhöht die Flexibilität und reduziert die Kosten, da die Produktion in diesem Fall nicht für Programmieraufgaben unterbrochen werden muss.

Alle relevanten Prozessparameter, wie beispielsweise Lacktemperatur, Materialdruck, Lackierbreite usw. werden automatisch von der Software überwacht und bei Bedarf auch nach geregelt. Dadurch ist sichergestellt, dass der Prozess innerhalb vorgegebener Grenzen auch langfristig stabil gehalten werden kann und reproduzierbare Ergebnisse liefert. Alle produktionsrelevanten Daten werden dabei mit Datum und Uhrzeit versehen in einem Log-File abgespeichert. Durch diese automatische Datenerfassung kann über den gesamten Produktionszeitraum ein lückenloser Qualitätsnachweis geführt werden und wichtige Traceability Anforderungen abgedeckt werden.

Um nicht nur kurzfristig, sondern auch über einen längeren Zeitraum konstante und reproduzierbare Beschichtungsergebnisse zu gewährleisten, steht optional eine Überwachung des Auftragsbildes mit geschlossenen Regelkreisen zur Verfügung. In frei wählbaren Intervallen wird die Breite des Lackvorhangs vermessen und – falls erforderlich – automatisch nach geregelt, um das gewünschte Lackierergebnis zu gewährleisten. Gegenüber traditionellen Beschichtungsverfahren kann neben einer deutlichen Qualitätsverbesserung auch eine höhere Flexibilität für die Fertigung erreicht werden. Reduzierte Betriebskosten, verbesserte Materialausnutzung und natürlich auch die bei diesen Anlagen zur Verfügung stehenden Prozessregelungen sind die Voraussetzungen für eine rationelle und vor allen Dingen produktionssichere Anwendung. Für die Produktionssicherheit ist es von besonderer Bedeutung, dass sämtliche relevanten Parameter und Drücke nicht mehr manuell eingestellt werden müssen, sondern direkt im Beschichtungsprogramm hinterlegt sind. Durch Kennwortschutz wird festgelegt, welche Personen Zugriff auf die Einstellungen haben sollen und unerlaubte Veränderungen oder Manipulationen werden somit ausgeschlossen.