Leiterplatten (PCBs) werden in fast jedem elektronischen Gerät verwendet. Sie dienen einerseits zur kompakten Montage der elektronischen Bauelemente und andererseits zur unmittelbaren Verbindung der elektrischen Anschlüsse der Bauelemente über Leiterbahnen aus Kupfer. Die bestückten Leiterplatten müssen abschliessend gegen Korrosion, mechanische Einflüsse und andere Einwirkungen geschützt werden.
Korrosion, Vibration und Feuchtigkeit beeinträchtigen die mechanische und elektrische Stabilität der Lötstellen und anderer empfindlicher Strukturen. Die mittlere Lebensdauer der PCB kann sinken und die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls des Gerätes steigen, wenn diesen äusseren Einflüssen nicht begegnet wird. Es sind geeignete Massnahmen zu ergreifen, zum Beispiel durch Beschichtungen oder vollständiges oder partielles Vergiessen der Leiterplatten.
- Wasser/Feuchtigkeit
- Vibration
- Physikalischer Stoß
- Temperaturschock
- Verschmutzung
Unabhängig von der Art des angestrebten Schutzes müssen alle Leiterplatten gründlich gereinigt werden, um sicherzustellen, dass Oberflächenverunreinigungen die von der Beschichtung oder dem Harz gebotenen Schutzstufen nicht beeinträchtigen.
Konforme Beschichtungen
Eine konforme Beschichtung ist ein dünner Film, der auf eine Leiterplatte aufgebracht werden kann, um Schutz vor gefährlichen Umgebungen zu bieten. Solche Beschichtungen bieten eine wirksame chemische und thermische Beständigkeit für kurze Expositionen. Sie passen sich den Konturen einer Leiterplatte an und bieten einen hervorragenden Schutz und eine gründliche Abdeckung, um die Lebensdauer der Leiterplatte zu verlängern.
Die Dicke dieser Beschichtung liegt zwischen 25-100 Mikrometern, was zu einer leichten Gewichtszunahme des Bauteils führt. Als relativ dünner Film belastet diese Beschichtung die Komponenten nur wenig, was bei empfindlichen und zerbrechlichen Geräten von großem Vorteil ist. In der Regel ist die Folie transparent, so dass der Anwender die darunter liegende Leiterplatte leicht erkennen kann.
Die meisten Beschichtungen sind 1K-Systeme (einkomponentig), die eine lange Bad-Lebensdauer, niedrige Aushärtungstemperatur und kurze Trocknungszeit bieten. Das Nacharbeiten der Beschichtung und der Austausch von Bauteilen ist bei Conformal Coatings einfach möglich. Die Beschichtungen können manuell mit einem Pinsel, einer Spritzpistole oder durch Tauchen aufgetragen werden. Zunehmend werden jedoch auch Robotersysteme eingesetzt, die einen präziseren und gleichmäßigeren Auftrag ermöglichen.
Eingekapselte Harze
Vergussharze dienen dem Schutz und der Isolierung von Leiterplatten und Komponenten vor rauen und anspruchsvollen Umgebungen, indem sie das Gerät einkapseln und eine Barriere bilden. Wenn sie auf Leiterplatten aufgetragen werden, können die Harze eine Dicke von 0,5 mm und mehr haben, wobei sie oft viel dicker als diese Dicke aufgetragen werden. Dadurch kann das Gewicht der Harze erheblich ansteigen, was oft zu einem höheren Stückpreis als bei der Beschichtung führt.
Harze sind typischerweise 2K-Systeme (Zweikomponenten-Systeme), bei denen ein Harz und ein Härter gemischt werden, um ein vernetztes Polymer zu bilden. Harze haben eine viel höhere Viskosität als Beschichtungen und sind dafür ausgelegt, bei Raumtemperatur auszuhärten. Durch Anwendung von Wärme auf das Harz kann die Aushärtezeit jedoch verkürzt werden. Da die meisten Aushärtungsreaktionen exotherm sind, kann die während des Aushärtungsprozesses entstehende Wärme bei zu hohem Harzauftrag zu einer Überhitzung der Leiterplatte führen und sogar Feuer fangen.
Durch die Verwendung eines Harzes kann die Leiterplatte besser geschützt werden, insbesondere im Falle eines chemischen Angriffs oder in Szenarien, in denen das Bauteil für längere Zeit eingetaucht wird. Kunstharze können auch Schutz gegen physische Stöße bieten, da die Masse des Harzes dabei helfen kann, die Kraft zu zerstreuen. Im Gegensatz zu Beschichtungen können Harze eine sehr dunkle Farbe haben, so dass die darunter liegende Leiterplatte nach dem Auftragen vollständig verborgen ist, was ein gewisses Maß an Sicherheit für das Design schafft. Es ist jedoch zu beachten, dass das Entfernen von Harzen zur Zerstörung der Leiterplatte führen kann.
| Eigenschaften | Konforme Beschichtung | Harz |
|---|---|---|
| Schutz | Untere | Höher |
| Dicke | 25-100 Mikrometer | 0,5+ mm (oft viel dicker) |
| Gewicht | Minimale Erhöhung | Erhebliche Erhöhung |
| Belastung der Komponenten | Sehr gering | Erhebliche Belastung |
| Beschichtungssysteme | 1K (einkomponentig) | 2K (zwei Komponenten) |
| Nacharbeit | Ja | Keine |
Dinge, die vor der Wahl eines Leiterplattenschutzes zu beachten sind
1. PCB Gehäuse
Wenn sich die Leiterplatte in einem Gehäuse befindet, das als primärer Schutz ausgelegt ist, reicht eine Schutzlackierung als Back-up-Schutz aus. Dies ist ideal im Falle einer Beschädigung oder eines Lecks und kann Schutz gegen Feuchtigkeit und Kondensation bieten. Wenn das Gehäuse nicht in der Lage ist, Schutz vor der Umgebung zu bieten, ist ein Harz die bessere Wahl.
2. Umgebung
In der Hochspannungselektronik und in explosionsgefährdeten Umgebungen werden häufig Harze eingesetzt, die eine vollständige dielektrische Schicht bilden, um Lichtbögen zu verhindern. In einer solchen Umgebung sind dünnere Schutzlacke weit weniger effektiv. Für empfindliche Komponenten in Umgebungen, die einen begrenzten Schutz erfordern, sind Beschichtungen jedoch wahrscheinlich ausreichend.
3. Gewicht
Bei der Auswahl der Schutzform muss deren Gewicht in die Betrachtung einbezogen werden. Schutzlacke und andere Beschichtungen sind leicht, während Vergussmassen auf Harz-Basis ein zusätzliches Gewicht auf die Waage bringen, das bei der mechanischen Bemessung des Gesamtbauteils berücksichtigt werden muss.
4. Nacharbeit
Für Anwendungen, bei denen zu einem späteren Zeitpunkt Nacharbeiten an der Leiterplatte erforderlich werden können, sind Schutzlacke die beste Wahl. Denn dünne Beschichtungen lassen sich viel leichter entfernen als Harze, die beim Entfernen die darunter liegende Leiterplatte zerstören können.
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