Im Laufe der Jahre hat sich die Verwendung von Schutzlacken zu einer der am weitesten verbreiteten Methoden zum Schutz von PCBs entwickelt. Allerdings kommt es allzu oft vor, dass das Beschichtungsergebnis nicht die gewünschte Qualität erreicht. Dies ist in den meisten Fällen auf Prozessparameter beim Auftragen und Aushärten der jeweiligen Beschichtung zurückzuführen. In diesem Artikel möchten wir auf die häufigsten Probleme eingehen und wie sie vermieden werden können.

Das Grundprinzip ist einfach: Die Leiterplatte wird mit einer dünnen Schicht „Lack“ beschichtet, meist zwischen 25 und 75 Mikrometer. Durch das Vorhandensein dieser Schutzschicht wirken äußere Einflüsse wie Schmutz und Feuchtigkeit nicht mehr auf die Bahnen und Komponenten ein, was die Lebensdauer des Drucks erheblich verlängert. Aus diesem Grund werden Schutzlacke in vielen Anwendungen und Märkten auch auf Leiterplatten eingesetzt. Daher besprechen wir gerne mögliche Ursachen, die zu weniger effektiv aufgetragenen Schutzlacken führen können.

Haftungsverlust

Haftungsverlust ist mit Abstand am häufigsten und auch am einfachsten zu erkennen. Wenn die Beschichtung nicht ausreichend haftet, löst sie sich von der Leiterplatte. Dies kann lokal sein, beispielsweise um bestimmte Lötstellen oder gleichmäßig auf der gesamten Leiterplatte. In den meisten Fällen ist eine unzureichende Haftung auf Verschmutzungen oder Kontaminationen auf der Oberfläche zurückzuführen. Zur Vermeidung von Kontaminationen muss der vor der Beschichtung stattfindende Reinigungs- und Trocknungsprozess ausreichend kontrolliert und an die vorliegende und zu erwartende Kontamination angepasst werden. Die geforderte Reinheit kann lange diskutiert werden, es kann aber als Richtlinie dienen, dass nach der Reinigung eine ionische Kontamination von < 1,5 (µg/cm² NaCl-Äquivalent) angestrebt werden sollte. Je nach Anwendung kann zwischen wässriger, lösemittelhaltiger oder trockener Inline-Feinreinigung, beispielsweise mittels Plasma, gewählt werden. Letzteres hat den Vorteil, dass neben der Reinigungswirkung auch eine Aktivierung der Oberfläche erfolgt, so dass eine bessere Benetzung und höhere Haftung erreicht werden kann. Sind die Leiterplatten jedoch zu stark verschmutzt, muss vor der Plasmaanwendung eine Vorreinigung durchgeführt werden.

In einigen Fällen wird eine schlechte Haftung durch eine unzureichende Aushärtung der Beschichtung verursacht. Bei einigen Beschichtungen wird die maximale Klebkraft erst einige Zeit (bis zu einigen Tagen) nach der Beschichtung erreicht.

Schließlich kommt es auch beim Entfernen von Abdeckprodukten wie Klebebändern regelmäßig zu Ablösungen. In der Regel empfiehlt es sich, diese Maskierungsprodukte zu entfernen, wenn sich die Beschichtung in der Gelphase befindet und somit noch weich ist.

(Luft)Blasen

Blasenbildung kann zu unterschiedlichen Zeitpunkten im Beschichtungsprozess auftreten und nicht immer vermieden werden. In vielen Anwendungen werden daher Vorgaben bezüglich der maximalen Größe und Position eventueller Luftblasen gemacht. Sowohl beim Auftragen als auch beim Aushärten der Beschichtung können sich Blasen bilden.
 

Zu berücksichtigen Punkte bei der Anwendung

Bei der möglichen Blasenbildung spielen die Art des Ventils und des Dosiersystems zum Auftragen der Beschichtung eine Rolle. In vielen Fällen erfolgt die Bewerbung mittels Spritzen aus einem Druckbehälter. Bestimmte Beschichtungen haben jedoch die Eigenschaft, dass sie unter Druck stehende (Druck-)Luft aufnehmen, deren Blasen jedoch nicht sichtbar sind, solange dieser Druck auf der Beschichtung verbleibt. Wenn die Beschichtung jedoch das Sprühventil erreicht, führt der Druckabfall dazu, dass sich die Luftblasen wieder ausdehnen und sichtbar werden. Tritt dieses Phänomen auf, kann anstelle von Druckluft auf Stickstoff umgestellt werden, um den Behälter unter Druck zu halten.

 

Viele Beschichtungen werden auch verdünnt, um die Zerstäubung zu erleichtern. Es ist wichtig, ein Lösungsmittel zu wählen, das schnell genug verdunstet, damit eventuelle Blasen des verdampfenden Lösungsmittels an die Oberfläche steigen und aufplatzen, bevor die Beschichtung beginnt auszuhärten. Um dies zu ermöglichen, muss die Oberflächenspannung der Beschichtung niedrig genug sein.

 

Schließlich sollten beim Sprühen in mehreren Streifen Überlappung und Zeit zwischen den Anwendungen auf ein Minimum beschränkt werden. Beim Überlappen der Beschichtung wird die bestehende Beschichtung aufgebrochen und es können sich neue Blasen in dieser Schicht bilden. Wenn zu diesem Zeitpunkt das meiste Lösungsmittel in dieser Beschichtung bereits verdunstet ist und folglich die Viskosität höher ist, finden die eingebrachten Blasen schwieriger an die Oberfläche zu gelangen.

Zu beachtende Punkte bei der Aushärtung

Während der Aushärtung sind Zeit und Temperatur die Hauptursachen für die Blasenbildung. In vielen Fällen werden Schutzlacke bei erhöhter Temperatur ausgehärtet, um den Prozess zu beschleunigen. Bei einer lösemittelhaltigen Beschichtung muss ein sogenanntes Ablüften durchgeführt werden. Dies ist ein Zeitraum, in dem das überschüssige Lösungsmittel die Möglichkeit hat, fast vollständig zu verdampfen. Beim Ablüften wird die Leiterplatte noch nicht oder nur sehr gering erwärmt. Wasserlacke müssen zwar auch das Wasser verdunsten, sind aber in der Regel schneller einer erhöhten Temperatur ausgesetzt.

Bei der Härtung bei höheren Temperaturen muss ein korrektes Härtungsprofil gewählt werden. Wenn die Temperatur zu schnell und zu stark ansteigt, kann sich auf der Beschichtung eine Haut bilden, die Blasen auf ihrem Weg an die Oberfläche einschließt. Abhängig von der Art der Beschichtung, der Schichtdicke und eventuell vorhandenen Komponenten auf der Leiterplatte, unter denen Lufteinschlüsse auftreten können, sollte das richtige Härtungsprofil für die jeweilige Anwendung gewählt werden.
 

Risse

Risse entstehen meist durch ein falsches Härtungsprofil, wenn noch Lösemittel in der Beschichtung vorhanden sind und die Deckschicht durch zu hohe Temperatur bereits ausgehärtet ist. Im Laufe der Zeit dringt das vorhandene Lösungsmittel in die Beschichtung ein und verdunstet, was zu Rissen führt. Andererseits kann die Härte der Beschichtung selbst auch Risse aufgrund von WAK-Fehlanpassung beim schnellen Erhitzen verursachen.

Foto 1: Eine Beschichtung mit Haftungsverlust. Foto 2: Luftblasen in der Beschichtung. Foto 3: Risse in der Beschichtung. Die Bilder sind mit freundlicher Genehmigung von Electrolube und Bob Willis.

Falten (Orangenhauteffekt)

In den meisten Fällen treten Falten auf, wenn die Viskosität der Beschichtung beim Auftragen zu hoch ist. Sie können auch entstehen, wenn die Beschichtung bereits geliert und die Oberfläche beispielsweise durch Overspray-Beschichtung mechanisch gestört wird oder wenn Sie z. B. noch versuchen, Luftblasen mit warmer Luft zu entfernen.

 

Auch beim Spritzen selbst kann eine zu hohe Viskosität entstehen. Wird die Beschichtung mit einem sehr schnell verdunstenden Lösungsmittel verdünnt, besteht die Gefahr, dass beim Aufsprühen aus einer gewissen Entfernung fast das gesamte Lösungsmittel verdunstet ist, bevor die Beschichtung die Oberfläche erreicht. Dadurch ist die Beschichtung auf der Leiterplatte zu dick, um eine gleichmäßige Schicht zu bilden.

 

Ein zuvor beschriebenes Phänomen, das Falten verursachen kann, ist das Übersprühen einer fast trockenen Beschichtung. Die neue Schicht verursacht dann Unebenheiten in der bereits aufgetragenen Schicht. Andererseits kann auch eine zu schnelle Aushärtung bei hoher Temperatur oder mittels UV-Licht in UV-härtenden Lacken zu einer faltigen Oberfläche führen.

Vergilben

Zeigt die Beschichtung bereits nach dem Aushärten Verfärbungen, so ist dies fast immer auf zu hohe Temperaturen zurückzuführen. Entstehen die Verfärbungen erst im Laufe der Zeit, deutet dies oft auf eine für die Anwendung nicht ausreichend UV-beständige Beschichtung hin.

Erröten

Wenn die Beschichtung nach dem Aushärten einen milchig weißen Schleier aufweist, wird dies als Rouge bezeichnet.

Dies kann mit einer klebrigen oder öligen Oberfläche und mangelnder Haftung einhergehen.

 

Erröten ist das Ergebnis einer Reaktion mit Feuchtigkeit, die auf unterschiedliche Weise auftreten kann. Am offensichtlichsten ist die Luftfeuchtigkeit des zu beschichtenden Raums. Es empfiehlt sich, diesen Raum zu konditionieren und Temperatur und Luftfeuchtigkeit möglichst konstant zu halten. Als Richtwert kann man von einer relativen Luftfeuchtigkeit von ca. 50% und einer Umgebungstemperatur zwischen 18°C ​​und 25°C ausgehen. Außerdem empfiehlt es sich, die Leiterplatte vor dem Beschichten ausreichend im Raum akklimatisieren zu lassen. Wurde zur Reinigung ein wasserbasiertes Verfahren verwendet, sollten die zu beschichtenden Drucke einige Zeit bei erhöhter Temperatur getrocknet werden, damit keine Feuchtigkeit auf der Oberfläche oder unter den Bauteilen zurückbleibt.

 

Eine zu schnelle Abkühlung der Leiterplatte sollte vermieden werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass das Verdunsten des verwendeten Lösungsmittels auch eine Abkühlung bewirkt, so dass die Beschichtung eher Feuchtigkeit und/oder CO2 aufnimmt. Ein langsamer verdunstendes Lösungsmittel und/oder eine längere Ablüftzeit können hier eine Lösung bieten. Ähnlich wie bei der Blasenbildung verringert die Verwendung von Stickstoff als Medium im Druckbehälter die Gefahr auf Errötung.

Fazit
Neben der Auswahl des optimalen Schutzlacks in Abhängigkeit von der Anwendung ist es ebenso wichtig, den Auftrag und die Aushärtung der Beschichtung kontrolliert durchzuführen. Nur durch die Wahl der richtigen Beschichtung in Kombination mit der richtigen Reinigung/Vorbehandlung, Applikation und Aushärtung erzielen Sie das gewünschte optimale Ergebnis. Mavom bietet ein breites Sortiment an Schutzlacken und Reinigungsprodukten für industrielle Anwendungen. Wir beraten Sie gerne bei der Auswahl des richtigen Schutzlacks und bei der Implementierung des für Ihre Anwendung am besten geeigneten Verfahrens.