Lackbeschichtung und Vergießen. Welche Methode sollte ausgewählt werden?

Alle elektronischen Erzeugnisse sind während ihrer Nutzung einer Reihe von Gefahren und Bedingungen ausgesetzt, wie z.B. die Temperatur, die zu einer Beschädigung oder Zerstörung von PCBA (Leiterplattenbestückung) führen können. Das betrifft insbesondere spezielle Schaltkreise, die in schweren Bedingungen eingesetzt werden – PCBA, die in der Industrie oder Bergbau eingesetzt werden, werden nicht nur den Einflüssen einer großen Temperaturspanne, sondern auch Vibrationen, Staub und chemischen Substanzen ausgesetzt. Aus diesen Gründen können sie leicht beschädigt werden falls Sie nicht entsprechend geschützt sind.

Deshalb ist der richtige Schutz von PCBA (Leiterplattenbestückung) vor Gefahren ein sehr wichtiger Schritt in der Elektronikfertigung. Dies gilt umso mehr, als dadurch eine lange Produktlebensdauer gewährleistet wird.

Lackbeschichtung und Vergießen Eine schwierige Wahl

Bei der Wahl der Schutzmethode für PCBA (Leiterplattenbestückung) ist es von großen Bedeutung, den Verwendungszweck des Geräts und die Bedingungen, unter denen es betrieben wird, zu berücksichtigen. Dazu gehören:

• Der vom OEM geforderte Schutzgrad
• Die Konstruktion/das Design des Geräts, in dem der PCBA-Bausatz verwendet werden soll
• Soll die Lackbeschichtung/das Vergießen der Hauptschutz gegen Umwelteinflüsse sein?

Bei der Lackbeschichtung und dem Vergießen von PCBA (Leiterplattenbestückung) werden organische Polymere verwendet, um die elektrische Isolierung sowie die thermische und chemische Beständigkeit der Platte zu gewährleisten. Das Schutzniveau, das sie bieten, ist jedoch unterschiedlich. Daher stehen die Elektronik-Fertigungsdienstleister (EMS-Dienstleister), die die Anforderungen des OEM erfüllen wollen, ständig vor einem Dilemma: PCBA-Lackbeschichtung oder PCBA-Vergießen?

Unabhängig davon, welche Methode des PCBA-Schutzes gewählt wird, ist es wichtig, dass die Leiterplatte/der Schaltkreis vor der Lackbeschichtung/dem Vergießen sauber ist, da diese Verfahren zum Einschluss von Verunreinigungen führen.

Lackbeschichtung (conformal coating)

Lackbeschichtung ist eine der wichtigsten Methoden zum Schutz von PCBA, bei der eine Schicht aus dielektrischem, nichtleitendem Material mit einer Dicke zwischen 25 und 250 Mikrometern auf die Baugruppe aufgetragen wird, je nach dem erforderlichen Schutzgrad.

Für die PCBA-Lackbeschichtung werden Acrylharze, Epoxidharze, Urethan-/Polyurethanharze, Silikonharze, Poly-Para-Xylol C, D, N (Parylene) und amorphe Fluorpolymerharze verwendet.

In den meisten Fällen ist die aufgetragene Beschichtung transparent, so dass die beschichteten Bauteile leicht zu erkennen sind und die Baugruppe gegebenenfalls nachbearbeitet werden kann. Darüber hinaus kann die Beschichtung mit einem UV-Marker versehen werden, um die Inspektion zu erleichtern.

Vorteile der Lackbeschichtung:

• Lackbeschichtung ist eine kostengünstige Methode zum Schutz von PCBA-Baugruppen
• die Verwendung eines weiteren Gehäuses ist nicht erforderlich
• die Methode garantiert eine lange Lebensdauer der PCBA-Baugruppe
• das Gewicht des Produkts ist nur geringfügig erhöht
• die Lackbeschichtung gewährleistet die Flexibilität der Leiterplatte und verhindert eine Überlastung der Komponenten

Nachteile der Lackbeschichtung:

Die Lackbeschichtung schützt die PCBA (Leiterplattenbestückung) jedoch nicht so gut wie das Vergießen. Darüber hinaus:

• kann es schwieriger werden, die PCBA (Leiterplattenbestückung) nachzubearbeiten
• einige Materialien/ Lösungsmittel, die bei der Lackbeschichtung verwendet werden, enthalten schädliche VOCs

Bei der Lackbeschichtung muss man auch auf die Reaktion des Zinnflussmittels mit der aufgetragenen Beschichtung achten, da der Lack möglicherweise nicht aushärtet und die PCBA nicht in der beabsichtigten Weise schützt.

Vergießen (potting)

Eine zweite, sehr viel wirksamere Methode zum Schutz von PCBA-Baugruppen vor äußeren Schäden und Umwelteinflüssen ist das Leiterplatten-Abdichtung, die manchmal auch als Vergießen bezeichnet wird. Wie der Name schon sagt, besteht der Zweck dieser Methode darin, die PCBA zusammen mit dem Gehäuse mit einer dicken Harzschicht zu vergießen, so dass die Baugruppe vor physischen Stößen und Chemikalien gut geschützt wird sowie hervorragende elektrische Eigenschaften garantiert werden.

Das Harz, mit dem die Leiterplatte geflutet wird, hat in der Regel eine dunkle Farbe, damit die auf der Leiterplatte montierten Bauteile nicht sichtbar sind Das Harz wird vor der Verwendung mit einem Härter gemischt, damit es zu einem vernetzten Polymer aushärtet.

Um die Effizienz des Prozesses zu erhöhen, enthalten die zum Fluten verwendeten Harze mineralische Füllstoffe und haben eine viel höhere Viskosität. Die meisten Harze sind so konzipiert, dass sie bei Raumtemperatur aushärten und keine flüchtigen organischen Verbindungen enthalten. Daher ist es nicht erforderlich, die Leiterplatten zusätzlich zu lackieren.

Die zum Vergießen einer PCBA-Baugruppe verwendetet Harzschicht keine eine Dicke von 0,5 mm haben. In der Regel ist diese Schicht jedoch viel dicker. Leider nimmt mit der Dicke der Schutzschicht auch ihr Gewicht zu, was zu höheren Kosten bei der Herstellung der Schutzschicht führt. Andererseits ermöglicht eine dickere Schutzschicht einen besseren Schutz der PCBA-Komponenten.

Weiterhin wird beim Vergießen das Produkt zusammen mit dem Gehäuse vergossen, was bedeutet, dass das Produktdesign entsprechend vorbereitet werden muss.

Vorteile des Vergießens

• das Vergießens garantiert einen besseren Schutz vor Beschädigungen und Umwelteinflüssen als die Beschichtung
• diese Methode ermöglicht, eine Schutzschicht auf einer großen Fläche aufzutragen
• die Schutzschicht ist durch eine ausgezeichnete Wärmeableitung gekennzeichnet und bietet einen höheren Schutz von PCBA in industriellen Umgebungen
• andererseits, erschwert die dicke Harzschicht den Zugang zum Produkt, was sowohl ein Nachteil als auch ein Vorteil sein kann, da sie technische Änderungen verhindert, aber auch das geistige Eigentum vor möglichen Kopien schützt.

Nachteile des Vergießens:

• teurere Methode als Lackbeschichtung
• erhöht erheblich das Produktgewicht
• erschwert die Inspektion und Nacharbeit der PCBA (Leiterplattenbestückung)
• komplexeres Auftragen-Prozess

Die Wahl der PCBA-Schutzmethode sollte jedoch nicht davon abhängig gemacht werden, welche Methode besser oder schlechter ist. Ausschlaggebend sollten die Bedürfnisse des jeweiligen Projekts und des OEM sein.

Welche Methode sollte ausgewählt werden?

Bei der Wahl einer Schutzmethode ist es wichtig, die für die Herstellung der Leiterplatte verwendeten Komponenten, ihre Anordnung und die zu erwartenden Betriebsbedingungen zu berücksichtigen. Aus diesem Grund sollte bei der Wahl einer PCBA-Schutzmethode Folgendes berücksichtigt werden:

• die Bedingungen für die Verwendung von PCBA, z. B. die Bedingungen während des Herstellungsprozesses
• das Design und Layout von PCBA (Leiterplattenbestückung)
• ob das Gerät/Gehäuse, in dem die PCBA untergebracht werden soll, zusätzlichen Schutz vor Umwelteinflüssen bietet, und
• andere Anforderungen des OEM-Herstellers.

Wenn das Produkt in stark kontaminierten Bereichen (z. B. in Kraftwerken, Fabriken oder Minen) eingesetzt wird, ist eine Überflutung natürlich die bessere Option. Dadurch wird eine höhere Haltbarkeit der PCBA gewährleistet und die Verwendung zusätzlicher Schutzmaßnahmen vermieden. Eine höhere Haltbarkeit ist auch in Produktionsumgebungen mit hohen Stückzahlen und hohem Durchsatz von Vorteil, wo die Schutzschicht der Leiterplatte Kratzern oder Abrieb ausgesetzt sein kann.

Andererseits bedeutet die Überflutung der PCBA eine erhebliche Gewichtszunahme und kann die Erfüllung anderer OEM-Anforderungen erschweren.

Für alltägliche elektronische Geräte, bei denen geringes Gewicht und Flexibilität wichtig sind, ist die Beschichtung dagegen die bessere Wahl. Dies ist eine ideale Methode für den Schutz empfindlicher Komponenten und Geräte, bei denen die Größe oder Form des Produkts entscheidend ist. Aufgrund des geringen Gewichts und der dünnen Schutzschicht ist die Beschichtung zum Beispiel Standard für Smartphones und andere elektronische Geräte für den persönlichen Gebrauch.

Wie man sieht, sind sowohl die Beschichtung als auch die Grundierung komplexe Prozesse, und bei der Wahl der geeigneten Methode müssen viele Faktoren berücksichtigt werden, die sich wiederum direkt auf die Kosten, die Wirksamkeit des Schutzes und die Vorlaufzeit auswirken.

Außerdem hängt die Wahl der Schutzmethode davon ab, ob die in der Leiterplatte verwendeten Komponenten für den Lackbeschichtung-/Vergießen-Prozess ausgelegt sind. Diese Entscheidung wird vom OEM bereits in der Phase der Auswahl der verwendeten Komponenten getroffen, so dass er de facto bereits in der Phase der Produktentwicklung zwischen Beschichtung und Flutung entscheidet.

Es ist jedoch wichtig, daran zu denken, dass die Entscheidung über die Methode des PCBA-Schutzes eine ernste Angelegenheit ist. Wird die falsche Option gewählt oder werden die falschen Materialien verwendet, kann dies nicht nur die Leiterplatte selbst, sondern auch das gesamte Projekt und den guten Namen des OEM gefährden.

Deshalb ist es so wichtig, mit einem geeigneten und kompetenten EMS-Dienstleister zusammenzuarbeiten, der nicht nur bei der Auswahl der richtigen Schutzmethode hilft, die den Anforderungen, dem Budget und dem Zeitplan des jeweiligen Projekts entspricht, sondern auch in vielen anderen Fragen mit Rat und Tat zur Seite steht.