Viscom_Article_Conformal_Coating_Inspection_Provides_Greater_Safety_de.pdf
Zuv erlä ss ige u nd s ch nel le Sc hut zlac kins pe ktio n fü r m ehr Sic her hei t Der Fertigungspro zess Conformal Coa ting ist in den letzten Jahren für die Elektro nikfertigung immer wichtiger geworden . Bei dem P r…
Zuverlässige und schnelle Schutzlackinspektion für mehr Sicherheit
Der Fertigungsprozess Conformal Coating ist in den letzten Jahren für die Elektronikfertigung
immer wichtiger geworden. Bei dem Prozess geht es um das Aufbringen von Schutzlacken auf
bestückten Leiterplatten in einer Schichtdicke zwischen standardmäßig 100 bis 200 µm
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. Die Lacke
sollen die komplette Baugruppe oder einzelne Bauteile vor Umwelteinflüssen wie Schmutz, Staub,
Feuchtigkeit, Kondensation, aber auch vor unterschiedlichen Temperaturen schützen. Des
Weiteren können Schutzlacke isolierende Eigenschaften haben und als Durchschlagschutz
eingesetzt werden.
Diverse Hersteller bieten unterschiedlichste Schutzlacke für verschiedene Anwendungsbereiche an.
Dabei basieren die Lacke in den meisten Fällen auf Silikon oder Acryl, sodass bei einer späteren
Inspektion auch unterschiedliche Beleuchtungsoptionen zu berücksichtigen sind. Diese zeichnen sich
durch eine einfache Verarbeitung, eine gute Haftung und eine gute Viskositätsanpassung aus und
können daher in einem breiten Einsatzfeld benutzt werden. Besonders beim Auftragen lassen sich
diese Lacke präzise verarbeiten und härten auch zuverlässig aus. Es können aber auch chemische
Mischformen oder auch ökologische Lacke verwendet werden, die keine Lösemittel enthalten. Diese
werden zunehmend häufiger nachgefragt, da sich bei diesen weniger organische Verbindungen,
sogenannte volatile organic compounds (VOC), verflüchtigen. Allerdings haften diese Schutzlacke
weniger gut als die lösemittelhaltigen. Das Auftragen erfolgt in der Serienfertigung in der Regel mit
Dosieranlagen, die einen reproduzierbaren Prozess ermöglichen. Im Bereich des Prototypenbaues
oder der Losgröße 1 kann das Auftragen auch manuell erfolgen.
Schutz von sicherheitsrelevanter Elektronik unabdingbar
Das Conformal Coating wird häufig dann eingesetzt, wenn elektronische Systeme sehr zuverlässig
arbeiten müssen. Umwelteinflüsse dürfen auf diese elektronischen Systeme keinen Einfluss haben,
da oftmals sicherheitsrelevante Aufgaben von ihnen übernommen werden.
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Angabe von Electrolube (Einleitung, Broschüre Schutzlack – Verbesserter Schutz für bessere Leiterplattenleistung). Andere
Angaben gehen bis zu einer Lackdicke von 300 µm.
Im militärischen und maritimen Bereich wird der Schutzlack eingesetzt, aber auch in der Luft- und
Raumfahrt, der Industrieautomation und in der Automobilbranche, die in den vergangenen Jahren
die Weiterentwicklung des Gesamtprozesses als auch die Entwicklung neuer Schutzlacke massiv
vorangetrieben hat. Dabei spielten die Entwicklungen in der Elektromobilität sowie im teilautonomen
Fahren eine entscheidende Rolle. Durch diese Anwendungen gelangt immer mehr Elektronik in die
Fahrzeuge, wie z.B. Kamerasysteme und Sensoriken, die sicherheitsrelevante Aufgaben und zum Teil
schon menschliche Entscheidungen übernehmen. Eine hohe Zuverlässigkeit ist daher unabdingbar
und gerade für zukünftige Entwicklungen im Bereich der autonomen Fahr- und Flugzeuge
maßgebend. Denn besonders diese sicherheitsrelevanten Systeme sind unterschiedlichsten,
kritischen Umwelteinflüssen ausgesetzt. Salzsprühnebel, hohe Temperaturunterschiede und
Chemikalien, beispielsweise in der Waschstraße, können elektronische Baugruppen durch Oxidation
schädigen. Ein Schutz und somit auch eine einwandfreie Funktion sind nur durch das Lackieren der
Baugruppe oder kritischer Bauteile mit Schutzlack erreichbar. Ähnlich sieht es in anderen
Anwendungsbereichen aus, wie beispielsweise der Ökostromgewinnung, wo Steuerungseinheiten in
Solarparks oder Windkraftanlagen ebenfalls anspruchsvollen Umweltbedingungen, wie salziger
Meeresluft oder hohen Feuchtigkeits- und Temperaturunterschieden ausgesetzt sind.
Ein weiterer Grund für den verstärkten Einsatz von Conformal Coatings ist die fortschreitende
Miniaturisierung sowie die immer höheren Packungsdichten auf Baugruppen. Einhergehend mit
dieser Entwicklung ist eine steigende Funktionalität der Systeme. Durch die isolierende
Schutzwirkung der eingesetzten Lacke kann der Abstand zwischen den Leiterbahnen reduziert
werden, sodass eine Erhöhung der Packungsdichte möglich ist. Zusätzlich kann eine höhere Leistung
durch die Leiterbahnen geführt werden, wodurch Endgeräte leistungsfähiger sind.
Defekte und Risiken beim Conformal Coating
Für alle Anwendungen gilt aber eine Voraussetzung: die Baugruppenoberfläche und der
aufgetragenen Schutzlack müssen eine stabile, konstante Verbindung eingehen, die unter den
beschriebenen Umweltbedingungen bestehen bleibt. Die steigenden Anforderungen an den Prozess
sind allerdings nicht unproblematisch, denn das Conformal Coating kann durch viele material- und
prozesstechnische Variablen in seiner Endqualität negativ beeinflusst werden. Die Gründe für die
Entstehung diese Defekte sind vielseitig. Ein Großteil ist auf Verunreinigungen der Baugruppe
zurückzuführen, die wiederum aus dem Herstellungsprozess der Leiterplatte oder von den Bauteilen
herrühren oder während der Baugruppenfertigung als Anhaftung aufgetragen wurden.
Materialunverträglichkeiten oder auch die Qualität von Leiterplatten und Bauteilen können ebenso
eine Rolle spielen, wie beispielsweise schlecht ausgehärteter Lötstopplack, Flussmittelreste oder
Trennmittel auf den Bauteilgehäusen. Meisten führt dies zu Delaminationen zwischen der
Baugruppenoberfläche und dem Schutzlack.
Aber auch andere Defekte können in unterschiedlichsten Formen häufig auftreten. Lacke, die an
falschen Stellen aufgebracht wurden, z.B. auf Steckern und Kontaktierungen, die frei bleiben müssen.
Weitere Fehler können Blasenbildungen sein, die durch eingeschlossene Luft entstehen und die im
schlimmsten Fall während des Aushärtens an die Oberfläche durchdringt und kraterförmig aufplatzt.
Des Weiteren kann Orangenhaut auf der Lackoberfläche entstehen, die durch die Schaumbildung
hervorgerufen wird, wenn der Lack mit zu hohem Druck aufgesprüht wird. Ebenfalls spielt die Dicke
der aufgetragenen Schutzlackschicht eine Rolle. Ungleichmäßiges Auftragen des Lacks sollte ebenso
vermieden werden. Wird die in den technischen Datenblättern der Hersteller empfohlene
Schichtdicke überschritten, kann dies zu Delaminationen und Rissen im Lack führen oder es können
Lösemittel eingeschlossen werden, die wiederum Blasen hervorrufen. Auch die Durchführung von
Doppelbeschichtungen sollte nur dann vorgenommen werden, wenn das Material dies erlaubt.
Aus diesen Defekten können die Anforderungen an einen qualitativ hochwertigen Conformal
Coating-Prozess abgeleitet werden. Neben der korrekten Verarbeitung der Schutzlacke nach
Herstellerangaben muss der Auftragsprozess fehlerfrei und mit der richtigen Anlagenkonfiguration
durchgeführt werden. Dabei sollte die zu schützende Baugruppe vorbehandelt werden. Hierzu
werden verschiedenste Lösungen angeboten, wobei die Plasmaoberflächenbearbeitung nicht nur die
Baugruppe reinigt, sondern die Oberfläche aktiviert, wodurch eine stabilere Verbindung zwischen
den Komponenten eingegangen werden kann. Schlussendlich gibt aber nur eine automatisierte
Baugruppeninspektion zuverlässig Auskunft, inwieweit der Conformal Coating-Prozess ohne Defekte
durchgeführt wurde. Diese Inspektion ist unerlässlich, da nur so die Einhaltung von Normen und
Vorgaben gewährleistet werden kann.
Qualitätskriterien der Schutzlackinspektion
Besonders drei Qualitätskriterien des aufgetragenen Schutzlacks müssen bestimmt werden: das
Vorhandensein des Lackes, eine fehlerfreie, ebene Oberfläche und die Lackschichtdicke. Letzteres
kann nur mit punktuellen Schichtdickenmessverfahren ermittelt werden, sodass sich in der Praxis die
Durchführung einer punktuellen Stichprobenmessung bewährt hat. Für die ganzheitliche Inspektion
großer Leiterplattenbereiche in punkto Vorhandenseins des Lacks und fehlerfreier, ebener
Oberflächen eignet sich die automatisch optische Inspektion (AOI), im Fall des Schutzlackauftrages
auch Conformal Coating Inspection (CCI) genannt. Da der Lack meist transparent ist und daher nur
wenige Strukturen aufweist, sind Fluoreszenzfarbstoffe notwendig, die von den speziellen Kameras
eines automatischen optischen Inspektionssystems erkannt werden können.
Aufgaben und Einsatzbereiche der CCI
So wird UV-Beleuchtung in den Inspektionssystemen eingesetzt, da Lackhersteller ihren Produkten in
der Regel ultraviolett fluoreszierende Partikel beimischen, die von Kameras mit UV-LEDs einfach
erkannt werden können. Erst dadurch werden die Lacke für die manuelle und automatische optische
Inspektion prüfbar. Hierbei ist es notwendig, dass die Partikel gleichmäßig verteilt sind und
gleichmäßig stark und konstant fluoreszieren. Aufgrund der Eigenschaft der fluoreszierenden Partikel
wird bei gleichmäßiger Lackschicht Licht mit gleicher Intensität abgestrahlt, wenn die Partikel
konstantem UV-Licht ausgesetzt sind. Kamerasysteme können diese zurückgeschickte Lichtintensität
erkennen und aufnehmen. Unterschiedliche, oberflächliche Schäden wie Kratzer, Blasen oder
Orangenhaut, zu viel Lack oder auch das Fehlen von Lack werden durch das ultraviolette Licht