Pressearbeit. Rehm Thermal Systems. Anlagen-, Lack- und Applikationsauswahl im selektiven Conformal Coating

Schutz dort – und nur dort – wo er gebraucht wird

Der Trend zum selektiven automatischen Auftragen von Schutzlacken auf elektronischen Baugruppen in der modernen Elektronikfertigung hält weiter an. Eine stetige Weiterentwicklung der Elektronik führt zu immer komplexeren Baugruppen. Die Einsatzbedingungen moderner Elektronik werden immer vielfältiger. So ist es heute selbstverständlich, dass z.B. ein Outdoor-Navigationssystem sowohl bei -20 °C im Winter als auch bei 30 °C ohne Störungen funktioniert. Die Anforderungen an Lebensdauer und fehlerfreie Funktion hochwertiger Elektronik steigen ständig, wie auch die immer breiteren Einsatzgebiete moderner elektronischer Komponenten. Um die elektronischen Bauelemente zuverlässig zu schützen, wurde die selektive Schutzlackbeschichtung, das Conformal Coating, entwickelt und trägt einen erheblichen Anteil dazu bei, dass moderne Elektronik ihre Aufgaben erfüllen kann. Eine fachgerechte und präzise aufgebrachte Lackierung schützt elektronische Baugruppen vor Feuchte, Staub, Vibration oder anderen Umgebungsbedingungen. Um bei der stetigen Miniaturisierung der Elektronik, die immer engere Toleranzen zwischen den zu lackierenden und freizuhaltenden Bereichen zur Folge hat, noch eine fachgerechte Schutzlackbeschichtung auftragen zu können, bedarf es einer dafür geeigneten Applikationsmethode.

Da oft bei der Gestaltung des Layouts einer Baugruppe noch nicht bekannt ist, bzw. nicht immer im Vorfeld beim Produktdesign beachtet wird, dass es auch beim Lackierprozess applikationsspezifische Systemgrenzen gibt, stellt der selektive Lackierprozess in diesen Fällen eine große Herausforderung dar. Das kann dazu führen, dass trotz eines bereits installierten automatischen Lackiersystems bestimmte komplexe Baugruppen entweder aufwendig manuell maskiert oder sogar komplette Baugruppen extern zur Lackierung vergeben werden müssen. Das bedeutet erheblich höheren Zeit- und größeren Kostenaufwand.

Um diesen zusätzlichen Aufwand zu vermeiden entwickelte Rehm Thermal Systems in Zusammenarbeit mit ‚KC Produkte‘ ein Lackiersystem, das dieser Anforderung gewachsen ist– die Lackiereinheit Protecto. Zu der flexiblen Nutzung bei verschiedenartigen Baugruppen tragen insbesondere die hochflexible, kundenspezifische Ausführung und die verschiedenen realisierbaren Applikationsmethoden bei. So kann bei Rehm Thermal Systems neben einer Basisanlage für die einfache Schutzlack Anwendung in einem Standardprozess, nun auch eine individualisierte Anlage mit bis zu 4 verschiedenen Applikationssystemen auf die speziellen Kundenanforderungen angeboten werden. Das geschulte Serviceteam bei Rehm unterstützt in der Auswahl der Lacke, Verfahren und geeigneten Anlage für die unterschiedlichen Produktionsabläufe.

Optimale Ergebnisse durch gezielte Vorbereitung und Produktionsplanung

Vor dem eigentlichen Applizieren des Schutzlackes gilt es, eine ganze Reihe Vorbedingungen abzuklären. Zunächst müssen die Einsatzvariablen, denen die Baugruppen ausgesetzt sind, erfasst und bewertet werden – Umgebungstemperatur, Temperaturwechsel, UV-Strahlung, Luftfeuchte, Staub, Vibrationen, etc.. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Fragestellung nach der eventuellen Reparatur einer defekten Baugruppe. Ist sie trotz der Schutzlackierung noch zugängig? Anhand all dieser Kriterien kann letztendlich definiert werden, welcher Schutzlack oder Verguss die gestellten Anforderungen erfüllt.

Es sollte unter anderem genau beachtet werden, welche Bereiche der Baugruppe unbedingt mit einem Schutzlack überzogen werden müssen und welche auf keinen Fall lackiert werden dürfen. Nicht bearbeitet werden dürfen in der Regel z.B. Stecker, Anschlüsse, Prüfkontakte oder auch Massepads, da deren Benetzung mit Lack zu einer Fehlfunktion der kompletten Baugruppe führen kann.

Außerdem sollte zwischen den zu lackierenden und den freizuhaltenden Bereichen je nach angewendeter Applikationsmethode im Layout ein Mindestabstand garantiert sein, weil es sonst zu einem ungewollten Lackauftrag im definierten Sperrbereich kommen kann. Dank des Kapillareffekts reicht oft schon die kleinste Kontaktfläche zwischen Schutzlack und z. B. einem Steckergehäuse aus, um den Randbereich sowie die Pins, vollständig mit Schutzlack zu benetzen. Die Folge: Funktionsverlust. Es macht also durchaus Sinn, schon im Layout der Leiterplatte auf solche Faktoren zu achten.

Der Lack bestimmt das Verfahren

Für die Auswahl des richtigen Lackes sind mehrere Faktoren wichtig. Nicht nur die Viskosität des Lackes hat Einfluss auf die Auswahl. Aus Sicht des Umweltschutzes gibt es ebenfalls einige Punkte, die vor der definitiven Festlegung des Schutzlackes, abzuklären sind. Z. B. muss beachtet werden, ob es firmeninterne Regeln bezüglich lösemittelhaltiger Schutzlacke gibt. Die ausdampfenden VOC’S (flüchtige organische Verbindungen), die in fast allen lösemittelhaltigen Schutzlacken enthalten sind, müssen bei Überschreitung eines in der TA-Luft definierten Grenzwertes abgefangen und gereinigt werden, um sie anschließend mit dem hauseigenen Abluftsystem abzuführen.

Bei der Auswahl des richtigen Schutzlackes ist ein entscheidender Punkt das bereits vorhandene Anlagenequipment. Ein installierter Trockenofen auf Basis von IR-Strahlern, Konvektion bzw. UV-Strahlung begrenzt die Auswahl der möglichen Schutzlacke schon durch das eingesetzte Trocknungsverfahren. Vor allem aber die Applikationsmethoden, mit denen das vorhandene Lackiersystem arbeiten kann, bestimmen die Auswahl des geeigneten Schutzlackes

Aus diesem Grund hat Rehm Thermal Systems bei der Entwicklung der Lackiereinheit Protecto darauf geachtet, dass das Anlagenkonzept möglichst flexibel und individuell an die Anforderungen verschiedener Fertigungsumgebungen angepasst werden kann. Das Basismodell der Protecto mit nur einem Applikator bietet einen optimalen Einstieg in die Lackiertechnik. Das Basismodell der Protecto mit nur einem Applikator bietet einen optimalen Einstieg in die Lackiertechnik. Es können jedoch auch bis zu vier verschiedene Lackapplikatoren gleichzeitig installiert werden. Einerseits können sie dafür genutzt werden, um synchron in einem Multinutzen mehrere Baugruppen im Master-Slave-Betrieb zeitgleich zu lackieren. Andererseits ermöglichen sie aber auch den Einsatz von bis zu vier verschiedenen Materialien ohne zusätzliche Rüstzeiten. Durch diese Flexibilität kann für jedes Lackierprogramm der optimal passende Lackapplikator, mit seinen spezifisch zum verwendeten Material passenden Eigenschaften, verwendet werden. In vielen Produktionen werden aber Standardausführungen der Protecto-Anlagen ausreichen.

Flexible Ventile für flexible Prozesse

Für den Beschichtungsprozess kann aus einer vielfältigen Palette an Applikatoren und Düsen ausgewählt werden. Auch hierbei gilt: Der Prozess und das eingesetzte Material bestimmen das Equipment. Membranventile eignen sich eher für aggressivere Medien. Nadelventile sind robust und haben einen geringeren Totraum. Sprühventile werden bevorzugt zur Beschichtung großer Flächen eingesetzt. Kolbenventile eignen sich besonders gut für hochviskose Dammmaterialien. Exzenterschneckenventile garantieren eine hohe volumetrische Reproduzierbarkeit und die Vorhangdüse kann sehr spritzerarm und schnell große Flächen füllen.

Flexibel einsetzbar ist auch das Jetting-Ventil. Vor allem in Verbindung mit der patentierten StreamCoat^® Düse bietet sie dem Anwender ein sehr breites Nutzungsspektrum. Sie ist die einzige extrem schlanke Sprühdüse. Mit einem Außendurchmesser von gerade mal 2,5 mm kann die Stream Coat^® Düse in hoch und eng bestückte Bereiche tief einfahren.

Dispensen, jetten, sprühen sind die Schlagworte, die einen so komplexen und hoch technologischen Prozess zusammenfassen. Und für jeden dieser einzelnen Prozesse gibt es ein optimales Verfahren, bei dem im Zusammenspiel mit dem geeigneten Material die besten Ergebnisse erzielt werden können. In der Rehm Lackiereinheit Protecto können diese unterschiedlichen Verfahren nun in einer einzigen Anlage zusammengeführt werden. 1 mal 4, oder 4 mal 1 – die Varianz der Zusammenstellung kann optimal auf den Kundenbedarf angepasst werden.

Applikationsarten

Membranventile gehören zu der großen Gruppe der zeit-/druckgesteuerten Ventile. Im Bereich der Beschichtung von elektronischen Baugruppen finden Membranapplikatoren vor allem Anwendung beim Aufbringen verschiedener Dammmaterialien und dem Vergießen kleinerer Baugruppen. Beim Applikationsprozess eines Dammmaterials muss darauf geachtet werden, dass der Abstand der Materialnadel zur Bauteiloberfläche richtig gewählt ist. Ein zu geringer Abstand kann dazu führen, dass die Düse in dem frisch ausgebrachten Material versinkt und es beim Herausziehen verschmiert. Auch ein zu großer Abstand ist nicht optimal, da das auch zu einem unkontrollierten Auftrag des Dammmaterials führen kann. Insbesondere bei einer Kurvenfahrt kann so das Ergebnis deutlich vom geplanten Lackauftrag abweichen.

Auch die Geschwindigkeit des Achssystems muss zum Materialdruck, bzw. zur Materialmenge passen. Wird das Achssystem zu schnell bewegt, reißt der Materialfluss am Applikator ab und es kann kein geschlossener Damm erreicht werden. Typische Prozesszeiten liegen hierbei in einem Bereich von ca. 10 bis 100 mm/s. Über Variation des Materialdrucks sowie die Auswahl der richtigen Materialnadel kann die ausgebrachte Materialmenge und dadurch die Stärke des Dammes sehr einfach variiert werden. Der typische Einsatzbereich von Membranventilen liegt im nieder- bis mittelviskosen Bereich.

Rehm Thermal Systems bietet für diese Ventile eine spezielle Materialnadel an, die von ‚KC Produkte‘ entwickelt und patentiert wurde. Mithilfe dieser Nadel lassen sich sowohl mittelviskose Dammmaterialien als auch niederviskose Medien mit optional zuschaltbarer Verteilerluft applizieren.

Die Vorhangdüse basiert im Wesentlichen auf einem Nadelventil. Allerdings wird hier, um schnelleres Öffnen und Schließen der Nadel zu erreichen, eine elektropneumatische Ansteuerung verwendet. Die Druckluft liegt kontinuierlich an einem durch ein Magnetventil verschlossenen Kanal an. Sobald das Magnetventil elektrisch angesteuert wird, gibt es den Weg frei und der Pneumatikdruck hebt einen Kolben mit der daran verbundenen Materialnadel an. Das Material kann so kontrolliert durch die Austrittsdüse fließen. Entfernt man das elektrische Signal, wird der Kanal entlüftet und die vorgespannte Feder drückt die Materialnadel wieder in ihren Sitz und verschließt so den Materialfluss. Mithilfe der am Kopf angebrachten Rändelmutter kann der Nadelhub und dadurch indirekt auch die Durchflussmenge exakt angepasst werden.

Über eine speziell geformte Düse wird quasi ein geschlossener Vorhang generiert, der über die Varianz des Materialdrucks in seiner Breite verändert werden kann. Die Breite des Vorhangs kann so in einem Bereich von 3 bis 20 mm eingestellt werden.

Über die intuitiv zu bedienende Softwareoberfläche der Protecto lassen sich- über eine automatische Vorhangbreitenvermessung- zuverlässig mehrere gewünschte Vorhangbreiten einstellen, so dass innerhalb eines Programms verschiedene Bahnbreiten realisiert werden können. Ein großer Vorteil dieses Applikators ist die Möglichkeit, mit bis zu 600 mm/s einen geschlossenen Vorhang aufzubringen. Dadurch ist es möglich, sehr schnell große Flächen zu beschichten. Und da bei diesem Verfahren ohne Zerstäuberluft gearbeitet wird, ist es zudem ein sehr spritzerarmes Applikationsverfahren. Allerdings können systembedingt dabei nur sehr niederviskose Materialien verarbeitet werden. Mit höherviskosen Materialien ist es nicht mehr möglich, geeignete Vorhangbreiten zu generieren. Der hohe Materialaustrag führt zudem dazu, dass dieses Verfahren bei sehr geringen Abständen zwischen zu lackierenden und freizuhaltenden Bereichen nicht geeignet ist.

Außerdem muss beachten werden, dass sich beim Überfahren von hohen Bauteilen hinter diesen zwangsweise ein Schattenbereich bildet, in dem kein Material aufgetragen wurde. Diese Bereiche müssen nun entweder von der anderen Richtung noch einmal angefahren werden oder es muss aus dem Stand noch Material an die entsprechende Stelle appliziert werden.

Jettingventile sind schließlich durch ihren Aufbau dazu gedacht, sehr schnelle Schaltzyklen zu realisieren. Durch ihren speziellen leichten Aufbau sind hier sogar Jetting-Frequenzen von bis zu 120 Hz möglich. Das bedeutet, dass pro Sekunde bis zu 120 kleine ‚dots‘ auf das Trägermaterial geschossen werden können. Der Schutzlackauftrag mit einem Jettingventil stellt derzeit die beste und selektivste Lösung im Conformal Coating dar.

Herausforderung Anlagen-, Lack- und Applikationsauswahl

Die Elektronikbranche ist so vielfältig, dass es natürlich auch Baugruppen gibt, bei denen es nicht unbedingt auf 100 % Konturtreue ankommt, sondern eher der Durchsatz das Maß der Dinge ist. Für diese Baugruppen ist die Lackierung mit einem Vorhangapplikator oder einem Jetterventil mit der speziellen Vario Coat^® Düse die schnellste Möglichkeit.

Für das Applizieren eines schützenden Dammes, mit einem meist thixotropen Material, ist das Kolbenventil mit automatischem Rückzug aus kaufmännischer und technischer Sicht der derzeit beste Kompromiss.

Eine Betrachtung der zu fertigenden Baugruppen, der Fertigungsumgebung und eine Beratung durch die System-Spezialisten vereinfachen und unterstützen die optimierte Auswahl der Anlage, Lacke und Applikationsmethodik. Mit der Lackiereinheit Protecto hat Rehm Thermal Systems eine Anlage entwickelt, die sich in ihrer Anwendung stark an den Kunden in der Leiterplattenfertigung orientiert hat. Sie macht es den Produzenten wesentlich einfacher, sich den ständig wachsenden Anforderungen der Branche zu stellen.

Wer sich für die Möglichkeiten dieses Systems interessiert hat jederzeit die Möglichkeit, gemeinsam mit des Spezialisten der Rehm Thermal Systems, die Fähigkeiten der Protecto im Rehm Technology Center in Blaubeuren bei Ulm live anzuschauen und die verschiedenen Verfahren zu testen.