Bei Lagerung oder Betrieb in rauen Umgebungen können elektronische Geräte stark durch Staub, Feuchtigkeit, Schimmel und andere Schadstoffe beeinträchtigt werden, was zu Leistungseinbußen und einer verkürzten Lebensdauer führt. Eine Leiterplattenbeschichtung ist daher eine sehr effektive Möglichkeit, sie vor diesen negativen Einflüssen zu schützen und so die Zuverlässigkeit elektronischer Produkte zu verbessern. In diesem ultimativen Leitfaden erfahren Sie alles Wissenswerte über Leiterplattenbeschichtungen. Mit der richtigen Beschichtungsstrategie können Sie die Lebensdauer der Leiterplatten in Ihren Produkten deutlich verlängern. Los geht‘s!
Was sind PCB-Beschichtung und Schutzbeschichtung?
PCB-Beschichtung, auch bekannt als Schutzlackist eine Schicht aus Kunstharz oder Polymer, die die Oberfläche von Leiterplatten und deren Komponenten beschichtet. Nach dem Aushärten bildet die Beschichtung einen transparenten, isolierenden Schutzfilm, der sich präzise an die Form des beschichteten Objekts anpasst. Diese Schicht kann effektiv isolieren elektronische Bauteile und Leiterplatten aus der Arbeitsumgebung, um Korrosion zu vermeiden und ihre Lebensdauer zu verlängern.
5 verschiedene Arten der PCB-Beschichtung
Hinsichtlich der verwendeten Materialien können PCB-Beschichtungen in fünf Typen unterteilt werden:
1. Acryl-PCB Cschwimmend
Acryl lässt sich leicht auftragen und bleibt nach der Formulierung lange in gutem Zustand. Die Aushärtezeit ist kurz und die Beschichtung gibt während der Aushärtung keine Wärme ab, wodurch Schäden an wärmeempfindlichen Bauteilen vermieden werden. Außerdem schrumpft sie nach der Aushärtung nicht. Da sie jedoch nicht beständig gegen Chemikalien und hohe Temperaturen ist, ist sie leicht zu bearbeiten oder zu reparieren.
2. Polyurethan-Leiterplatte Cschwimmend
Polyurethan ist als Einkomponenten- oder Zweikomponentenmaterial erhältlich. Beide Materialien verfügen über gute dielektrische Langzeiteigenschaften. Vor der Beschichtung muss die Leiterplatte sauber und frei von Feuchtigkeit sein. Es ist jedoch eine Herausforderung, Komponenten auszutauschen oder Leiterplatten reparieren, und es muss ein spezieller Stripper verwendet werden.
3. Epoxid-Leiterplatte Cschwimmend
Epoxidharz ist in der Regel ein Zweikomponentenmaterial. Nach der Formulierung bleibt es für eine kürzere Zeit in gutem Zustand. Vor dem Beschichten müssen Schutzmaßnahmen an empfindlichen Bauteilen getroffen werden, um die Auswirkungen des Schrumpfens der Beschichtung zu verringern. Wenn Bauteile ausgetauscht oder Leiterplatten repariert werden müssen, muss der Epoxidharzfilm mechanisch abgezogen werden.
4. Silikon-Leiterplatte Cschwimmend
Silikonharz verfügt über hervorragende thermische Eigenschaften und ist bis 200 °C belastbar. Dadurch eignet es sich für wärmeerzeugende Bauteile wie Hochleistungswiderstände. Die Beschichtung bleibt nach dem Mischen oder Öffnen kurzzeitig in gutem Zustand. Da der Wärmeausdehnungskoeffizient hoch ist, muss die Silikonfolie bei der Reparatur von Leiterplatten abgezogen werden.
5. Parylen-Leiterplatte Cschwimmend
Parylen muss mit automatischen Beschichtungsanlagen (Aufdampfanlagen) beschichtet werden. Unter Vakuum bei Raumtemperatur bilden die aktiven Monomere freier Radikale eine gleichmäßige Schicht aus Polyparaxylol auf der Oberfläche von Objekten. Es bildet Beschichtungen auf einer Vielzahl von Oberflächen und bietet hervorragenden Schutz gegen verschiedene Umwelteinflüsse.
Vergleichstabelle für PCB-Beschichtungen
| Aspekte | Acrylic | Polyurethan | Epoxy | Silikon | Parylene |
| Volumenwiderstand ρv（/ Ω·cm） | 1012~ 1016 | 1011~ 1014 | 1012~ 1015 | 1013~ 1015 | 1016~ 1017 |
| Relative Permittivität ε | 3.8 ~ 4.5 | 3.8 ~ 4.5 | 3.3 ~ 4.5 | 2.6 ~ 2.8 | 2.65 |
| Verlustfaktor tan δ | 3.5/10-2 | 3.4/10-2 | 2.3/10-2 | 3.5/10-3 | 8.0/10-4 |
| WAK α（×10-5·℃-1) | 5.0 ~ 9.0 | 10.0 ~ 20.0 | 4.5 ~ 6.5 | 6.0 ~ 9.0 | 3.0 ~ 8.0 |
| Hitzebeständigkeit /℃ | 120 | 120 | 120 | 200 | 350 |
| Qualifizierte Dicke (Nach dem Aushärten) | 0.03-0.13mm | 0.03-0.13mm | 0.03-0.13mm | 0.05-0.21mm | 0.01-0.05mm |
| Aushärtung erforderlich | Ja | Ja | Ja | Ja | Nein |
| Reparaturfähigkeit | Ausgezeichnet | Gut | schlecht | Moderat | Gut |
Techniken zum Auftragen einer Leiterplattenbeschichtung
Es gibt verschiedene Methoden, Leiterplatten zu beschichten. Diese sind:
Handbuch SBeten - Dieses Verfahren eignet sich für Kleinserien, da es zeitaufwändig ist. Normalerweise verwenden wir zum Auftragen der Beschichtung eine Aerosoldose oder eine Handspritzpistole. Vor dem Sprühen müssen die nicht zu beschichtenden Bereiche abgedeckt werden. Aufgrund der manuellen Bearbeitung kann die Beschichtungswirkung zwischen verschiedenen Chargen leicht unterschiedlich ausfallen.
Ausgewähltes Personal Cschwimmend - Es handelt sich um einen automatischen Beschichtungsprozess, bei dem die Beschichtung mithilfe programmierter Roboter-Sprühdüsen gezielt auf die Leiterplatten aufgetragen wird. Nicht zu besprühende Bereiche müssen nicht abgedeckt werden. Dieser Prozess zeichnet sich durch hohe Effizienz und Genauigkeit aus und eignet sich für die Großserienproduktion.
Dipping - Bei diesem Verfahren werden die Leiterplatten zunächst in die Beschichtungslösung eingetaucht und anschließend wieder herausgezogen. Der Beschichtungseffekt wird von vielen Faktoren beeinflusst, wie z. B. Eintauch- und Entnahmegeschwindigkeit, Tauchzeit usw. Da vor dem Beschichtungsprozess eine umfangreiche Maskierung erforderlich ist, eignet sich dieses Verfahren für Leiterplatten, die beidseitig beschichtet werden müssen.
Bürsten - Mit einem Pinsel wird eine Beschichtung auf bestimmte Bereiche aufgetragen. Diese Methode wird hauptsächlich für Reparaturen und Nacharbeiten eingesetzt. Der Vorgang ist zeitaufwändig und erfordert viel Arbeit. Das endgültige Beschichtungsergebnis hängt von der Geschicklichkeit des Bedieners ab.
Wie misst man die Dicke einer PCB-Beschichtung?
Die Beschichtung von Leiterplatten ist in der Regel sehr dünn und trägt nicht zu ihrem Gewicht bei. Daher erfordert die Messung der Beschichtungsdicke in der Regel professionelles Werkzeug. Hier sind einige grundlegende Messmethoden.
Nass FWissenschaft TDicke Gauge
Dieses Werkzeug eignet sich ideal zum Messen der Nassfilmdicke. Ein Dickenmessgerät hat viele Zähne und Kerben, ähnlich einem Kamm. Drücken Sie das Dickenmessgerät senkrecht in die Beschichtung, bis es den Boden berührt, und halten Sie es einige Sekunden lang gedrückt. Ziehen Sie es anschließend senkrecht heraus. Nun können Sie den Wert zwischen dem „kürzesten Zahn ohne Farbe“ und dem „längsten Zahn mit Farbe“ ablesen. Dies entspricht der Nassfilmdicke (WFT). Um die ungefähre Trockenschichtdicke zu ermitteln, multiplizieren Sie diesen Wert mit dem Feststoffanteil der Beschichtung.
Mikrometerschraube
Ein Mikrometer eignet sich zum Messen härterer Beschichtungen, da weichere unter Druck zu Verformungen neigen. Dabei wird die Dicke vor und nach der Beschichtung an verschiedenen Stellen der Leiterplatte gemessen. Anschließend wird die Standardabweichung der Messungen an verschiedenen Stellen berechnet, um die Gleichmäßigkeit der Beschichtungsdicke zu beurteilen. Die Formel zur Berechnung der Dicke lautet: Einseitige Beschichtungsdicke = (Dicke nach Aushärtung − Dicke vor Beschichtung) / 2
Eddy Current PRobes
Die Wirbelstromsonde ist ein zerstörungsfreies und hochpräzises Messinstrument. Sie erzeugt ein oszillierendes elektromagnetisches Feld zur Messung der Beschichtungsdicke. Diese Methode hat jedoch Einschränkungen. Zum einen ist Metall unter der Leiterplattenbeschichtung erforderlich. Zum anderen muss die Sonde direkten Kontakt mit der Oberfläche der zu messenden Probe haben. Andernfalls sind die Ergebnisse ungenau.
Ultraschall-Dickenmessgerät
Die Ultraschall-Dickenmessung ist ein zerstörungsfreies Prüfverfahren und bietet gegenüber Wirbelstromsonden den Vorteil, dass keine metallische Rückwand erforderlich ist. Für einen guten Kontakt mit der Oberfläche ist eine leitfähige Substanz wie Wasser erforderlich. Propylenglykolusw. Der Wandler sendet Schall aus, der die Leiterplattenbeschichtung durchdringt, die Oberfläche der Leiterplatte erreicht und dann zum Wandler zurückreflektiert wird. Nun lässt sich die Dicke mit dieser Formel berechnen: Dicke = (Schallgeschwindigkeit × Zeitintervall) / 2
Aushärtungsmethoden der Leiterplattenbeschichtung
Die Aushärtungszeit kann von vielen Faktoren beeinflusst werden, darunter Harzart, Beschichtungsdicke und Aushärtungsmethode. Wir gehen anschließend auf die vier wichtigsten Aushärtungstechniken ein.
Verdunstungshärtungsmechanismus
Vereinfacht ausgedrückt: Wenn der flüssige Träger verdunstet, bleibt nur das Beschichtungsharz zurück. Um die Kanten der Komponenten ausreichend zu beschichten, benötigen Leiterplatten typischerweise mindestens zwei Tauchgänge. Der flüssige Träger in Beschichtungsmaterialien ist üblicherweise lösemittel- oder wasserbasiert. Lösemittelbasierte Materialien lassen sich leicht verarbeiten und bieten dank guter Benetzungseigenschaften eine gleichmäßige Deckkraft sowie schnelle Aushärtungszeiten. Sie sind jedoch entflammbar und erfordern daher eine gute Belüftung und ein Abluftsystem. Wasserbasierte Materialien eliminieren die Entflammbarkeitsgefahr, benötigen aber eine längere Aushärtezeit und reagieren empfindlich auf Umgebungsfeuchtigkeit.
Feuchtigkeitshärtend
Es wird häufig zum Aushärten von Silikon- und einigen Polyurethanbeschichtungen verwendet. Das Prinzip besteht darin, dass diese Materialien mit der Umgebungsfeuchtigkeit reagieren und eine Beschichtung bilden. Die Feuchtigkeitshärtung erfolgt üblicherweise in Verbindung mit einem Verdunstungshärtungsmechanismus. Zunächst verdunstet das Trägerlösungsmittel. Anschließend reagiert das Harz mit der Feuchtigkeit und erreicht die endgültige Aushärtung.
Wärmehärtung
Die Wärmehärtung eignet sich für die Verarbeitung von Ein- oder Mehrkomponentensystemen. Sie kann allein oder als sekundärer Härtungsmechanismus für die Verdunstungs-, Feuchtigkeits- oder UV-Härtung eingesetzt werden. Bei der Hochtemperaturhärtung ist jedoch unbedingt auf wärmeempfindliche Baugruppen und Komponenten zu achten.
UV-Härtung
Die UV-Härtung ist ein vollständig festes System ohne Trägerlösungsmittel. Sie nutzt ultraviolettes Licht zur Aushärtung und ermöglicht einen schnellen Aushärtungsprozess. UV-Licht kann nur die sichtbaren Bereiche der Oberfläche bestrahlen. Für die verdeckten Bereiche (unter den Komponenten oder in den Schattenbereichen) ist ein zweiter Aushärtungsmechanismus erforderlich. Diese Härtungsmethode hat jedoch auch Nachteile. Sie erfordert UV-Härtungsgeräte, und die Arbeiter müssen vor UV-Strahlung geschützt werden. Die ausgehärteten Beschichtungen sind schwer zu reparieren oder nachzubearbeiten.
Wie entfernt man Schutzlack?
Wenn die Leiterplatte repariert oder Komponenten ausgetauscht werden müssen, müssen wir die Schutzbeschichtung entfernen. Nachfolgend finden Sie eine Liste häufig verwendeter Methoden zum Entfernen von Schutzbeschichtungen:
Lösungsmittelentfernung – Verwenden Sie spezielle Lösungsmittel, um die Beschichtung aufzulösen. Achten Sie jedoch darauf, dass das gewählte Lösungsmittel geeignet ist und elektronische Bauteile nicht beschädigt. Acrylbeschichtungen lassen sich im Allgemeinen am leichtesten auflösen, während Silikon- und Urethanbeschichtungen schwieriger zu entfernen sind.
Peeling – Einige elastische Beschichtungen, wie z. B. Silikon-Schutzlacke, können mit einem Messer von der Leiterplatte abgezogen werden. Dieser Vorgang erfordert jedoch besondere Sorgfalt und präzise Kontrolle durch den Bediener, da sonst die Bauteile beschädigt werden können.
Thermisch/Durchbrennen – Bei der Reparatur kann die Beschichtung einfach mit einem Lötkolben durchgebrannt werden. Dabei ist jedoch Vorsicht geboten. Diese Methode eignet sich für fast alle Arten von Schutzlacken.
Mikrostrahlen – Bei diesem Verfahren wird ein Mikrosandstrahler eingesetzt, der eine konzentrierte Mischung aus weichem Strahlmittel und Druckluft verwendet, um die Beschichtung effektiv zu entfernen. Diese Methode eignet sich zum Entfernen von Parylen- und Epoxidbeschichtungen.
Schleifen/Schaben – Sie müssen die unnötige Beschichtung mit einem Bohrer abschleifen. Dies eignet sich für einige härtere Beschichtungen wie Epoxidharz und Polyurethan. Bei Unachtsamkeit besteht jedoch die Möglichkeit, die Leiterplatte zu beschädigen. Daher ist diese Methode nicht empfehlenswert.
Häufige PCB-Beschichtungsfehler und Lösungen
| Schäden | Mögliche Ursachen | Solutions |
| Nadellöcher | -Unzureichende Reinigung der Leiterplatten -Übermäßiger Sprühdruck -Hohe Luftfeuchtigkeit -Hohe Temperaturen führen zu einer schnellen Verdunstung des Lösungsmittels | - Reinigen und trocknen Sie die Platte vor dem Beschichten gründlich -Verwenden Sie den richtigen Sprühdruck und die richtigen Düsen -Halten Sie die Luftfeuchtigkeit unter 65 % RH -Halten Sie die Umgebungstemperatur unter 30°C |
| Luftblasen | -Vorheriges Rühren verursachte Blasen, wartete nicht, bis sie verschwunden waren, um zu beschichten -Sprühdüse zu nah oder Druck zu hoch -Hohe Viskosität des Beschichtungsmaterials - Schnelle Lösungsmittelverdunstung aufgrund hoher Temperaturen -Oberflächenkontamination, einschließlich Lösungsmittelrückständen und Feuchtigkeit | - Nach dem Mischen ausreichend ruhen lassen, bevor die Masse beschichtet wird -Stellen Sie den richtigen Sprühdruck und Abstand ein -Kontrolle der Viskosität während der Beschichtung - Vermeiden Sie hohe Temperaturen - Reinigen und trocknen Sie die Platte vor dem Beschichten gründlich |
| Schlechte Haftung | -Unzureichende Reinigung -Geringe Oberflächenspannung der Lötmaskenschicht - Falsche Auswahl des PCB-Beschichtungstyps | - Führen Sie vor dem Beschichten eine gründliche Reinigung der Leiterplatte und der Komponenten durch -Wählen Sie Schutzlacke mit besserer Oberflächenbenetzung oder ändern Sie den Lötmaskentyp -Wählen Sie eine kompatible Schutzbeschichtung |
| Spaltung | -Erhöhte Sprödigkeit und geringe Flexibilität bei niedrigen Temperaturen -Überschüssiger Härter in Zweikomponentenbeschichtungen führt zu hoher Schrumpfung -Schlechte Haftung der Beschichtung | -Wählen Sie flexible PCB-Beschichtungen -Mischverhältnisse für Zweikomponentenlacke präzise steuern -Verbesserung der Beschichtungshaftung |
| Orangenschale | -Niedrige Umgebungsfeuchtigkeit -Schnell verdunstender Verdünner -Hohe Viskosität des Beschichtungsmaterials | -Überprüfen Sie die Produktionsumgebung -Verwenden Sie einen Verdünner mit langsamerer Verdunstungsrate -Reduzieren Sie die Viskosität des Beschichtungsmaterials |
PCB Board Beschichtungsstandards
Im Bereich der Schutzbeschichtung gibt es eine Reihe von PCB-Beschichtungsstandards, die deren Verwendung unter bestimmten Bedingungen vorschreiben, beispielsweise beim Militär, in der Automobilindustrie, im häuslichen Bereich usw. Am häufigsten erfüllen die Schutzbeschichtungen entweder die Spezifikation MIL-I-46058C oder IPC-CC-830B, die eng mit MIL-I-46058C verwandt ist.
MIL-I-46058C: Ein gängiger Industriestandard für Schutzlacke, auch bekannt als militärische Isoliermasse. Er erfordert Tests in MIL-autorisierten Laboren und wird auch nach der Deaktivierung seit 1998 für neue Designs weiterhin verwendet. Dieser Test erfordert eine standardisierte Qualified Product List (QPL).
Def Stan 59/47: Ein ähnlicher Standard wie 46058C, der für die Beschichtung von High-End-Geräten für militärische Zwecke verwendet wird, aber zunächst vom britischen Verteidigungsministerium genehmigt werden muss.
IEC 61086: Ein Standard, der auf der Selbstzertifizierung des Lieferanten basiert und ähnliche Anforderungen wie 46058c stellt. Er wird von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission geregelt.
IPC-CC-830B: Aktiv genutzter und kontinuierlich aktualisierter Standard, ähnlich wie 46058C, eingeführt, als 46058C inaktiv blieb. Für 46058C standardisiertes Material, das diesen Spezifikationen entspricht. Es sind keine Tests verfügbar, da kein QPL gepflegt wird.
UL94V0: Bezieht sich auf die selbstverlöschende Eigenschaft einer Schutzbeschichtung auf einem FR4-Substrat. V0 ist die höchste erreichbare Kategorie, gefolgt von V1 und V2.
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