Lackieren v. Leiterplatten/Baugruppen Was beim Schutzlack alles schiefgehen kann

Phil Kinner, Electrolube: »Es mag verlockend sein, einfache Lösungen zur Kostensenkung oder Beschleunigung der Produktion zu suchen, jedoch bezahlt man zwangsläufig den Preis dafür.«

Falsche Schichtdicke oder die Umgebungstemperatur passt nicht: Die Herausforderungen beim Lackieren sind "vielschichtig".

Phil Kinner, Technical Director Conformal Coatings von Electrolube, erörtert fünf häufige Probleme, die beim Lackieren elektronischer Leiterplatten und Baugruppen auftreten können, und stellt praktische Lösungen vor.

1. Die Qualität und Leistungsfähigkeit eines Schutzlacks kann abhängig vom Applikationsverfahren beeinträchtigt werden.

Dies ist häufig der Fall, wenn die Produktion einer Leiterplatte von einem Hersteller oder Lohnfertiger zu einem anderen transferiert wird. Beispielsweise kann ein Produkt in einem Land im Tauchverfahren, in einem anderen jedoch selektiv beschichtet werden, wobei die Spezifikation erfordert, dass an beiden Standorten dasselbe Material zum Einsatz kommt. Hierbei tritt jedoch das Problem auf, dass ein für die Tauchbeschichtung konzipiertes Material in Systemen für selektive Beschichtung zu schlechten Ergebnissen aufgrund schneller Trocknung und Blaseneinschluss führt.

2. Falsche Schichtdicke, insbesondere bei Acryl-Werkstoffen

Gemäß IPC-Vorgabe ist ein Trockenfilm mit einer Schichtdicke von 30 bis 130 Mikrometern zulässig, wobei die höhere Schichtdicke durch Auftragung mehrerer Lackschichten erreicht wird. Der Versuch, einen Trockenfilm mit einer Dicke von 130 Mikrometern in nur einem selektiven Beschichtungsvorgang mit einem lösemittelhaltigen Acryl-Material zu erreichen, muss nahezu zwangsläufig fehlschlagen und führt mit hoher Wahrscheinlichkeit zur übermäßiger Blasenbildung, Schrumpfung des Films, Ablösung des Lacks und zusätzlicher Belastung der Bauteile. Anstelle eines höheren Schutz-Levels wird also insgesamt ein geringeres Schutzniveau des Schaltkreises erzielt. Ein deutlich besserer Ansatz zur Erhöhung des Schutzes elektronischer Schaltkreise besteht darin, eine gleichmäßige Stärke von 30 bis 50 Mikrometern anzustreben und sich auf die Erreichung einer möglichst perfekten Abdeckung bei jeder Applikation zu konzentrieren.

3. Flüssige Schutzlacke sind starken Kapillarkräften von Bauteilen mit geringen Spalthöhen ausgesetzt

Wird ein Schutzlack zu dick oder mit zu geringer Viskosität aufgetragen, kann das Material unter die Bauteile „gezogen“ werden, was eine ungleichmäßige Fluoreszenz sowie mögliche Probleme mit der Zuverlässigkeit der Struktur zur Folge hat. Benötigt das Material zu lange, um zu trocknen, treten dieselben Phänomene auf.

Bei manchen lösemittelhaltigen Schutzlacken gestaltet sich die Überprüfung mittels UV-Spur schwierig, wenn die Lackschicht nur 20 Mikrometer oder weniger entspricht. Zwar könnte man versucht sein, eine größere Menge des Materials aufzutragen, dies kann jedoch Probleme der Zuverlässigkeit verschiedener Komponenten aufgrund von Unterschieden der Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) in Z-Richtung verstärken. Eine höhere Viskosität sowie die Beschleunigung des Aufbaus der Viskosität durch das Material kann zur Verbesserung der Gleichmäßigkeit beitragen. Alternativ kann eine dünne Grundierungsschicht aufgetragen werden.

4. Die Umgebungstemperatur und ihre Auswirkung auf die Viskosität flüssiger Schutzlacke

In manchen Produktionsbereichen treten Temperaturunterschiede von 10 bis 15 °C zwischen Hochsommer und tiefem Winter auf. Häufig werden Fließbecher eingesetzt, um die Verdünnung des Materials vor der Verwendung zu steuern. Die Zusammensetzung von Materialmischungen mit derselben Fließzeit im Winter kann sich stark von der im Sommer eingesetzten Mischung unterscheiden, weshalb sich Prozessparameter, Dicke, Abdeckung, Gleichmäßigkeit usw. ebenfalls unterscheiden können. Die beste Möglichkeit zur Bewältigung dieses Problems besteht darin sicherzustellen, dass der Prozess zur Überwachung der Viskosität neben der Fließzeit auch die Temperaturmessung umfasst.

5. Der Einsatz von nicht spezifikationsgemäßen Verdünnungen kann zu Kompatibilitätsproblemen mit Schutzlacken führen

Ein neuer Kunde berichtete, dass sich das Erscheinungsbild des Schutzlackmaterials von farblos/transparent zu gelblich/trüb veränderte und das Material nach dem Trocknen runzelig und ausgetrocknet aussah. Bei der Untersuchung des Problems stellte sich heraus, dass der Kunde im Bestreben, seine Gesamtprozesskosten zu senken, einen im örtlichen Einzelhandel erworbenen Lackverdünner eingesetzt hatte. Der Lackverdünner war nicht kompatibel mit der Rezeptur des Schutzlacks. »Dies zeigte sich zunächst in der Bildung einer trüben Lösung sowie dem Auftreten von kleinen Löchern, was durch die runzelige Struktur des getrockneten Werkstoffs bestätigt wurde. Tatsächlich konnte beobachtet werden, dass die Lösung innerhalb von 30 Minuten nach dem Mischen zwei Schichten bildete«, führt Kinner aus.

Sein Fazit: »Es mag verlockend sein, einfache Lösungen zur Kostensenkung oder Beschleunigung der Produktion zu suchen, jedoch bezahlt man zwangsläufig den Preis dafür. Sie müssen die Einschränkungen und die besonderen Eigenschaften der Materialien kennen, die Sie zum Beschichten elektronischer Baugruppen einsetzen, sowie die richtigen Verfahren anwenden.«