Rugged Computer Abgehärtet gegen Umwelteinflüsse

Robuste Baugruppen für Standard- und kundenspezifische Systeme.
Robuste Baugruppen für Standard- und kundenspezifische Systeme: Hart im Nehmen.

Durch IoT und Industrie 4.0 steigen die Anforderungen an elektronische Systeme hinsichtlich Robustheit. Aber es gibt gute Ansätze, um dies sowohl bei Standard- als auch bei kundenspezifischen Systemen zu gewährleisten.

Unterschiedliche Applikationen führen zu unterschiedlichen Ansprüchen an die einzusetzenden Baugruppen. Der Einsatz von Baugruppen und Systemen in rauen Umgebungen bedeutet eine starke Belastung für die einzelnen elektronischen Komponenten. Bei IoT wird oftmals sensible Messelektronik mit leistungsfähigen Prozessoren kombiniert, um so erste Auswertungen und Analysen direkt vor Ort ausführen zu können. Zudem sind sowohl eine lokale Datenspeicherung als auch eine Anbindung an das Internet für IoT-Lösungen im der Regel nötig.

Durch anspruchsvolle Umgebungen greift der bloße Schutz vor Spritzwasser und Regen in den meisten Fällen zu kurz, um umfassend Feuchtigkeit abzuhalten. Es besteht nun die Möglichkeit, die Applikation über aufwendige und kostenintensive Membranen zu schützen, eine Lackierung auf die Elektronikkomponenten aufzubringen oder ein spezielles Beschichtungsverfahren zu verwenden. TQ bietet diesen effizienten und günstigen Ansatz der Beschichtung für seine kundenspezifisch entwickelten Systeme an. Die meist modular aufgebauten Applikationen, bestehend aus Modul mit integriertem Prozessor und applikationsspezifischem Carrierboard, werden durch dieses spezielle Beschichtungsverfahren vor Feuchtigkeit, Schadgasen und Verschmutzung geschützt. Dies ist sowohl im Standard- als auch erweiterten Temperaturbereich möglich und bietet eine hohe Flexibilität in der Anwendung.

Multilayer-Leiterplatten bieten viele Angriffspunkte

Die hohe Luftfeuchtigkeit und Betauung kann zu Korrosion und vorzeitiger Schädigung der Elektronik führen. Die aus einzelnen, sehr dünnen, aus FR4-Material bestehenden Schichten der Leiterplatten sind hierbei besonders anfällig und somit ein kritischer Angriffspunkt. Mit dem Anbringen von Lacken, dem sogenannten Conformal Coating, versuchen viele Anbieter ihre Elektronik vor Feuchtigkeit zu schützen. Das sehr aufwendige und kostenintensive Verfahren ermöglicht es jedoch nicht, im Bereich der Steckverbinder eine Lackierung vorzunehmen, da die Kontaktierungsflächen frei bleiben müssen. Weiterhin muss sichergestellt sein, dass die Einzelkontakte nicht durch Lacknebel verklebt werden und somit in ihrer Federwirkung beeinflusst sind. Sonst treten Kontaktierungsprobleme auf und eine sichere Funktionsfähigkeit ist nicht mehr gewährleistet.

Eine weitere Problematik besteht bei hochintegrierten Bausteinen und Prozessoren, die typischerweise als BGA (Ball-Grid-Array) aufgelötet werden. Dort entsteht eine Luftschicht zwischen Bauteil und Platine. Hierbei muss ein sehr aufwendiges sogenanntes »Underfill« vorgesehen werden, um Lufteinschlüsse durch die Lackierung zu vermeiden und die Lötstellen unterhalb des Bauteils zu schützen. In der Praxis zeigt sich, dass die Verwendung von Schutzlacken sehr aufwendig ist und meist nur sehr eingeschränkten Feuchtigkeitsschutz bietet. Um die kompletten Bauteile mit sämtlichen Elektronik-Komponenten, Lötstellen und auch die Leiterplatten zuverlässig vor Feuchtigkeit, schädlichen Gasen und Verschmutzung zu schützen, bietet TQ Systems etwa zusätzlich ein Beschichtungsverfahren mit Fluorpolymerverbindungen. Hierbei wird eine hauchdünne etwa 450 nm dicke Schicht in einem Tauchverfahren aufgetragen. Durch die extrem niedrige Viskosität wird sichergestellt, dass die Beschichtung auch an schwer zugänglichen Stellen wie unterhalb von BGAs aufgetragen wird und somit zusätzliche Maßnahmen wie »Underfill« entfallen.