Bislang sind Elektronikprodukte in den Branchen Automobil, Militär, Luft- und Raumfahrt sowie Schifffahrt oder solche, die in Hochtemperatur- und Hochfeuchteumgebungen arbeiten müssen, möglicherweise von Ausfällen der Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) betroffen, verursacht durch chemische Einflüsse, Vibration, hohe Temperatur und hohe Luftfeuchtigkeit, den Wechsel zwischen Kälte und Hitze sowie Salznebel, ebenso wie Haushaltsgeräte einschließlich Klimaanlagen und Waschmaschinen usw. Darüber hinaus können Leiterplatten und Leiterplattenbauteile unter Defekten wie Erosion, Erweichung, Verformung und Schimmelbildung leiden. Daher sollte eine Schutzbeschichtung (Conformal Coating) auf die Oberfläche der Leiterplatte aufgebracht werden, damit elektronische Produkte widerstandsfähiger gegen Umwelteinflüsse werden und ihre Lebensdauer verlängert wird. Die große Bandbreite elektronischer Produkte führt zu einer immer umfangreicheren Klassifizierung von Leiterplattenbeschichtungen, die von der Industrie nachgefragt werden. Folglich ist es für Ingenieure zu einer zentralen Aufgabe geworden, eine Art von Schutzbeschichtung mit stabilen Schutzeigenschaften auszuwählen. Dieser Artikel befasst sich mit den Klassifizierungen und Eigenschaften von Leiterplattenbeschichtungen und liefert praxisorientierte Richtlinien, anhand derer eine optimale Schutzbeschichtung ausgewählt werden kann.
Klassifizierungen und Eigenschaften von Leiterplattenbeschichtungen
• Definition und Funktionen
Das wesentliche Ziel der Anwendung einer Leiterplattenbeschichtung besteht darin, Erosion auf Leiterplatten oder Leiterplattenkomponenten zu verhindern. Als eine Art Spezialbeschichtung, die auf die Oberfläche der Leiterplatte aufgesprüht wird, ist die Leiterplattenbeschichtung in erster Linie dafür verantwortlich, Schimmelbildung, Feuchtigkeit und Salznebel zu verhindern, und erfüllt darüber hinaus weitere Funktionen wie Vibrationsbeständigkeit, Isolierung und die Reduzierung der Leiterplattendesigngröße.
Auf die Oberfläche von Leiterplatten und Leiterplattenbauteilen zusammen mit anderen Vorrichtungen aufgetragen, isoliert die Leiterplattenbeschichtung die Schaltungen von einer schädlichen Umgebung, sodass bestückte Leiterplatten nicht unter den Einflüssen der schlechten Umgebungsbedingungen leiden. Dadurch werden die Schaltungen letztlich vor Umwelteinflüssen geschützt, die möglicherweise zu Schaltungsfehlern oder Kriechströmen führen und die Lebensdauer elektronischer Produkte verkürzen könnten. In der Praxis sind Leiterplatten häufig Erosionen ausgesetzt, die durch ungünstige Umgebungen und Betriebsbedingungen verursacht werden, wie etwa chemische Einflüsse, Vibrationen, hohe Staubbelastung, Salznebel, Feuchtigkeit und hohe Temperaturen usw., was zu zahlreichen Defekten in den Schaltungen führt, wie Unterbrechungsfehlern, Korrosionsfehlern, Elektromigrationsfehlern, Isolationsfehlern und Bauteilfehlern, um nur einige zu nennen. Leiterplatten-Schutzlack ist in der Lage, Leiterplatten und Leiterplattenbauteile wirksam von ihrer Betriebsumgebung zu isolieren, wodurch die Betriebssicherheit erhöht und die Lebensdauer sichergestellt wird. Darüber hinaus ist Leiterplattenbeschichtung selbst isolierend, was das Auftreten von Kriechströmen verhindern kann. Dementsprechend ermöglicht Leiterplattenbeschichtung, dass elektronische Produkte eine höhere Leistung und geringere Leiterplattenabstände aufweisen und damit den steigenden Anforderungen an die Miniaturisierung von Bauteilen gerecht werden.
• Klassifizierung und Eigenschaften
Basierend auf den verschiedenen chemischen Elementen, die zum Beschichtungsmaterial von Leiterplatten beitragen, lässt es sich in erster Linie in fünf Klassen einteilen: Acrylharz, Epoxidharz, organisches Silikon, Polyurethan (PU) und Parylen-Beschichtung. Basierend auf unterschiedlichen Lösungsmitteltypen oder Aushärtungsmethoden lässt es sich hauptsächlich in drei Klassen einteilen: lösemittelbasierte Beschichtung, wasserbasierte Beschichtung und UV-lichtgehärtete Beschichtung.
a. Leiterplattenbeschichtung aus lösungsmittelbasiertem Acrylharz zusammengesetzt
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Vorteile
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Nachteile
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1). Seine relativ einfache Härtungstechnologie. Außerdem reagiert es nicht mit Luft, und sein Härtungsprozess hängt von der Verdunstung des Lösungsmittels ab;
2). Hervorragende Feuchtigkeitsbeständigkeit und flexible Viskositätseinstellung;
3). Leicht nachzuarbeiten;
4). Relativ geringe Kosten. |
Die Schutzbeschichtung ist jedoch nach dem Aushärten zu dünn, und ihr Aushärtungsverfahren bedingt einen hohen Gehalt an flüchtigen Lösungsmitteln, sodass die Arbeitsumgebung über ein gut funktionierendes Belüftungssystem verfügen muss. Außerdem schneidet sie in Bezug auf die Viskositätserhaltung nicht besonders gut ab, und die Viskositätserholung tritt bei hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit auf. |
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Art von Leiterplattenbeschichtung für gewöhnliche elektronische Produkte geeignet ist.
b. Leiterplattenbeschichtung aus Epoxidharz
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Vorteile
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Nachteile
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1). Beständigkeit gegen Feuchtigkeit, Salznebel und Chemikalien;
2). Hält einer hohen Temperatur von bis zu 150 °C stand;
3). Abriebfestigkeit;
4). Mit dielektrischen Eigenschaften. |
Leiterplatten mit einer aus Epoxidharz bestehenden, aufgesprühten Beschichtung können nicht nachgearbeitet werden, es sei denn, der Epoxidfilm wird mit physikalischen Methoden entfernt, was möglicherweise zu Schäden an den Leiterplattenkomponenten führt. Darüber hinaus kann die potenziell hohe innere Spannung ebenfalls Schäden an empfindlichen Bauteilen verursachen, weshalb vor dem Auftragen der Leiterplattenbeschichtung Schutzmaßnahmen getroffen werden sollten. Diese Art von Leiterplattenbeschichtung weist einen relativ hohen Abziehgehalt und ein kompliziertes Zweikomponenten-Mischungsverhältnis mit geringer Viskositätsstabilität auf. Außerdem zeigt sie eine schlechte Leistung bei niedrigen Temperaturen und eine hohe Aushärtungsschrumpfung. |
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Leiterplattenbeschichtungen aus Epoxidharz nur selten eingesetzt werden.
c. PCB-Beschichtung aus organischem Silikon
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Vorteile
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Nachteile
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1). Hohe Flexibilität;
2). Großer Betriebstemperaturbereich von bis zu 200 °C sowie ausgezeichnete Beständigkeit gegen Feuchtigkeit und ultraviolette Strahlung;
3). Zugänglich für Reparaturen;
4). Mit deutlich ausgeprägter Isolierung sowie relativ niedriger Oberflächenenergie und guter Benetzbarkeit mit dem Substratmaterial. |
Es weist eine geringe mechanische Festigkeit und eine schwache Haftung am Substratmaterial auf. Noch schlimmer ist, dass es Kratzen nicht standhält. |
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Art von Leiterplattenbeschichtung optimal für Bauteile mit hoher Wärmeentwicklung geeignet ist, wie etwa Hochfrequenz-Leiterplatten mit vielen Hochleistungswiderständen, die in der Luft- und Raumfahrt, der Schifffahrt, im Militär und in Radarkontrollsystemen eingesetzt werden.
d. Leiterplattenbeschichtung aus Polyurethan
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Vorteile
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Nachteile
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1). Hervorragende Säure- und Alkalibeständigkeit;
2). Hohe Feuchtigkeitsbeständigkeit. |
Es durchläuft über einen langen Zeitraum einen vollständigen Aushärtungsprozess und neigt aufgrund seines hohen VOC-Gehalts bei hohen Temperaturen zur Vergilbung. Außerdem führt es dazu, dass verzinkte Schrauben korrodieren. |
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Art von Leiterplattenbeschichtung ein breites Anwendungsspektrum aufweist, einschließlich Automobilindustrie, Industrieautomation, elektronische Instrumente, Energieversorgung und Telekommunikation.
e. Parylene-Beschichtung
Parylene-Beschichtung spaltet Polymer im Vakuum und bildet eine gleichmäßige Beschichtung auf der Produktoberfläche. Sie kann als spezielle Schutzbeschichtung in der Elektronikindustrie eingesetzt werden.
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Vorteile
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Nachteile
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1). Gleichmäßige Dicke;
2). Hervorragende Säurebeständigkeit und Erosionsbeständigkeit; |
Die hohen Kosten sind der größte Nachteil der Parylenbeschichtung. |
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Parylene-Beschichtungen in der Luft- und Raumfahrt, bei Silikonkautschuk, magnetischen Materialien, der Mikroelektronik, in Sensoren usw. weit verbreitet eingesetzt werden. Bis heute ist die Parylene-Beschichtung die wirksamste Schutzbeschichtung für Hochfrequenzkomponenten, Hochdichte-Bauteile und Hochisolations-Bauteile.
f. UV-härtende Beschichtung
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Vorteile
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Nachteile
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1). Umweltfreundlich;
2). Hohe Sicherheit;
3). Hohe Stabilität;
4). Hervorragende Feuchtigkeits- und Erosionsbeständigkeit;
5). Hohe Aushärtungseffizienz;
6). Für Nacharbeit zugänglich. |
Ein blinder Bereich entsteht tendenziell, wenn eine unzureichende UV-Licht-Bildgebung angewendet wird. |
Auswahl der Leiterplattenbeschichtung
• Auswahlgrundsätze
Aufgrund unterschiedlicher physikochemischer Eigenschaften und Verarbeitungseigenschaften sollte die optimale Leiterplattenbeschichtung auf der Grundlage einer umfassenden Abwägung ausgewählt werden, einschließlich des spezifischen Betriebsumfelds, der Anforderungen an die elektrische Leistung und des Leiterplattenlayouts.
Die optimale Leiterplattenbeschichtung sollte die folgenden Anforderungen erfüllen:
a. Es ist am besten, ein einzelnes Bauteil zu sein und einfach zu bedienen.
b. Es sollte eine niedrige Viskosität aufweisen und leicht zu sprühen sein;
c. Es sollte eine lange Haltbarkeitsdauer aufweisen;
d. Es sollte sich mit hoher Geschwindigkeit aushärten, ohne dass Nebenprodukte entstehen;
e. Es sollte eine ausgezeichnete Flexibilität aufweisen;
f. Es sollte einen großen Bereich an Betriebstemperaturen aufweisen.
g. Es sollte in der Lage sein, Leiterplatten vor extrem hohen/niedrigen Temperaturen und mechanischen Einwirkungen zu schützen;
h. Es sollte eine geringe Toxizität und geringe Kosten aufweisen;
i. Es sollte nachbearbeitbar sein.
• Verifizierungsmethode
Die Auswahl der Leiterplattenbeschichtung sollte auf Zertifizierungsanforderungen wie RoHS, UL usw. basieren, und es sollte eine Leiterplattenbeschichtung mit niedriger Viskosität, umweltfreundlichen Eigenschaften und ungiftigen Merkmalen gewählt werden. Sobald eine Art von Leiterplattenbeschichtung festgelegt ist, sollte ihre Gültigkeit gemäßTechniken von Leiterplattenherstellern.
• Techniküberprüfung
Das Ziel der Technikverifizierung besteht darin zu prüfen, ob diese Art von Leiterplattenbeschichtung für die aktuelle Technik und die aktuellen Produkte anwendbar ist.
Zunächst kann ein manuelles oder automatisches Sprühverfahren angewendet werden, um die Leiterplattenbeschichtung auf die Produkte aufzutragen. Nach dem Aushärten sollte die Beschichtung daraufhin überprüft werden, ob sie eben, gleichmäßig, transparent oder halbtransparent und nicht klebrig ist. Außerdem sollte kontrolliert werden, ob Blasen, Nadelstiche, Risse usw. sichtbar sind.
Zweitens sollte die Nachbearbeitbarkeit der Leiterplattenbeschichtung berücksichtigt werden, und die ausgehärtete Leiterplattenbeschichtung sollte sich leicht abziehen lassen. Um die Eigenschaften in diesem Zusammenhang zu überprüfen, kann man sich auf physikalische Methoden wie Lötkolben, mechanische Methoden oder chemische Methoden stützen. Üblicherweise wird ein Dispergiermittel vom Beschichtungshersteller bereitgestellt, und diese chemische Methode wird verwendet, um die Abziehfähigkeit der Leiterplattenbeschichtung zu überprüfen, ohne die Bauteile zu beschädigen.
Drittens sollte die Schutzleistung überprüft werden. Das wesentliche Ziel der Leiterplattenbeschichtung besteht darin, elektronischen Produkten Schutz zu bieten, daher sollten die Schutzeigenschaften verifiziert werden. Zur Überprüfung der Eigenschaften der Leiterplattenbeschichtung sollten eine Durchschlagsfestigkeitsprüfung, eine Isolationswiderstandsprüfung unter Feuchtigkeitsbedingungen, eine Wärmewechselprüfung und eine hydrolytische Stabilitätsprüfung durchgeführt werden.
Auf die Oberfläche von Leiterplatten und Leiterplattenbauteilen aufgesprüht, ist die Leiterplattenbeschichtung in der Lage, Leiterplatten wirksam zu isolieren und Schaltungen vor Erosion und Schäden durch eine schlechte Umgebung zu schützen, sodass die Lebensdauer elektronischer Produkte verlängert und deren Sicherheit und Zuverlässigkeit gewährleistet werden können. In der Phase der Auswahl der Leiterplattenbeschichtung sollte neben der Überprüfung der Beschichtungseigenschaften auch nachgewiesen werden, dass sie für die Produkte, die Technologie und die Ausrüstung der Kunden geeignet ist.
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