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Schutzlacke – Auswahl, bewährte Verfahren und zukünftige Entwicklung

EN Schlagwörter: Schutzlacke

Schutzlacke sind Lacke, die in der Elektronikindustrie eingesetzt werden, um Leiterplatten zu schützen und Ausfälle zu verhindern, die durch eine Vielzahl von Umwelteinflüssen ausgelöst werden können. Solche Einflüsse sind z.B. durch Luft übertragene ionische Elemente, atmosphärische Feuchtigkeit und elektrostatische Staubanziehung. In schwieriger Umgebung ist auch der Schutz vor Chemikalien, extremer Feuchtigkeit oder korrosiver Atmosphäre, z.B. durch Salzsprühnebel, notwendig. Die Schutzlacke sind so entwickelt, dass sie sich den Konturen der Leiterplatte anpassen und alle Bereiche schützen, auf denen sie aufgetragen werden. So wird die Nutzungsdauer der Leiterplatte verlängert. Es gibt eine Reihe wesentlicher Eigenschaften, die ein Schutzlack besitzen muss; gute elektrische Eigenschaften, eine niedrige Feuchtigkeitsdurchlässigkeit und eine gewisse mechanische Strapazierfähigkeit sind einige der Hauptanforderungen. Auch eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Chemikalien und Flammschutz sind erstrebenswerte Eigenschaften. In jedem Fall sollte der Schutzlack gut am Material der Leiterplatte haften und diese Haftung sowie eine gewisse Flexibilität auch über einen großen Temperaturbereich bewahren.

Es ist ausschlaggebend, dass der richtige Schutzlack für eine Anwendung gewählt wird. – Es gibt eine Reihe verschiedener Chemikalien und jede Art bietet einige charakteristische Eigenschaften, die ein Polymer vom anderen unterscheiden: Acryl-Schutzlacke bieten einen guten Schutz vor Umwelteinflüssen zu einem vernünftigen Preis; sie behalten ihre Klarheit und widerstehen Nachdunkeln und Hydrolyse durch äußere Einflüsse. Sie verfügen jedoch nur über eine begrenzte Flüssigkeitsbeständigkeit. Sie sind daher geeignet für Nacharbeiten aber nicht für Beständigkeit gegen Chemikalien. Im Gegensatz dazu bieten Polyurethan-Lacke eine ausgezeichnete Chemikalienbeständigkeit und einen höheren Schutz in unwirtlichen Umgebungen. Außerdem behalten Sie auch bei sehr niedrigen Temperaturen ihre Flexibilität. Sie sind, wie Acryllacke, sehr vielseitig und decken einen breiten Betriebstemperaturbereich ab, üblicherweise zwischen -65°C bis +130°C.

Silikonlacke sollten eingesetzt werden, wenn ein hoher Schutzgrad benötigt wird, die thermische Stabilität aber entscheidend ist. Durch ihr Silikon-Oxygen-Kernstück bieten sie Schutz bei Temperaturen zwischen -100°C bis +300°C, je nach ihrer Struktur. Es gibt jedoch Bedenken bezüglich der Wanderung freier Silikone, die Ausfälle in elektronischen Schaltkreisen verursachen können, hoher Preise und schlechter mechanischer Eigenschaften. Die Eigenschaften von Alkydsilikonen liegen zwischen jenen von reinen Silikonen und Alkydharzen. Sie weisen eine größere Flexibilität, Härte und thermische Stabilität als Alkydharze auf aber es fehlt ihnen an hoher thermischer und oxidativer Beständigkeit nicht modifizierter Silikone. Auch der Temperaturbereich von -70°C bis +200°C liegt im Mittelfeld. Acryl-Polyurethanlacke oder Acrylate werden, neben einigen Epoxidchemikalien, normalerweise bei UV-aushärtenden Systemen eingesetzt. Diese Systeme bieten wiederum eine Kombination von Eigenschaften, doch bei der Haftung und Flexibilität kann es zu Schwierigkeiten kommen, wenn solche Produkte entwickelt werden.

Conformal coating via selective coating machine

Während des Auswahlprozesses müssen auch die Anwendungsmethode und der Aushärtungsprozess berücksichtigt werden. Schutzlacke können auf verschiedene Arten aufgetragen werden. Dazu gehören die Bürsten-, Tauch- und Sprühmethoden. Die Auftragung mit einer Bürste gehört zur einfachsten Auftragungsmethode, aber sie erfordert vom Anwender eine gewisse Geschicklichkeit, um eine gleichmäßige Oberfläche ohne Blasen zu erhalten. Eine Tauchlackierung kann entweder manuell oder mit einer Tauchlackierungsanlage ausgeführt werden. Die Leiterplatte wird dabei vollständig in den Schutzlack eingetaucht. Die Aufsprühmethode kann auf verschiedene Arten angewandt werden: Für kleine Produktionsreihen werden üblicherweise Sprühdosen verwendet. In mittleren Produktionsreihen können Sprühpistolen eingesetzt werden und selektive Beschichtungsanlagen bei automatisierter Bandfertigung. Die Auftragung mit Bürsten und selektive Sprühmethoden ermöglichen eine eingegrenzte Lackaufbringung ohne die Notwendigkeit der Abdeckung. So kann ein Schritt in der Produktionslinie eingespart werden. Der Einsatz von selektiven Beschichtungsanlagen ist in der Schutzlackindustrie sehr verbreitet. Sie bieten eine erhöhte Produktivität und reduzieren die Abfallproduktion, da nur die erforderlichen Bereiche beschichtet werden. Sie ermöglichen außerdem eine Reduktion der VOC-Emissionen in abgeschlossenen, belüfteten Systemen.

Traditionell sind die am meisten verwendeten Schutzlacke lösungsmittelbasiert. Die Harzbasis der oben erwähnten Chemikalientypen wird in organischen Lösungen aufgelöst und mit verschiedenen Zusätzen vermischt, um die Leistung des ausgehärteten Lacks zu optimieren. Die Lösungsmittel reduzieren die Viskosität, um den Schutzlack verarbeitungsfähig zu machen. So härtet der Schutzlack durch einfache Lösungsmittelverdunstung aus. Lösungsmittelbasierte Schutzlacke sind sehr vielseitig und können mit jedem Verfahren aufgetragen werden, indem das Lösungsmittelniveau im Schutzlack einfach angepasst wird. Normalerweise enthält ein lösungsmittelbasierter Schutzlack über 50% flüchtige organische Verbindungen (FOV). In unserer heutigen umweltbewussten Gesellschaft ist die Reduzierung von FOV in allen Industriezweigen wünschenswert, auch in der Schutzlackanwendung. FOV begünstigen die Bildung von bodennahem Ozon, einem Hauptbestandteil bei der Entstehung von Smog. Diese Verschmutzung hat schädliche Auswirkungen auf die Umwelt und FOV können bei nicht sachgemäßer Anwendung viele gesundheitliche Probleme verursachen.

Daher sind Alternativen zu lösungsmittelbasierten Materialien erstrebenswert. Es sind UV-aushärtende, wasserbasierte und feuchtigkeitshärtende Schutzlacke entwickelt worden. UV-aushärtende Schutzlacke können in der Bandfertigung durch den Einsatz von UV-Lampen schnell ausgehärtet werden – beschichtete Bereiche unter einzelnen Komponenten können dabei jedoch nur langsam aushärten und bedürfen eines zweiten Arbeitsprozesses, in dem sie durch Feuchtigkeit oder Hitze aushärten. UV-aushärtende Schutzlacke können aus Materialien mit 100% Feststoffanteil bestehen und es handelt sich üblicherweise um hochviskose Systeme. Die Weiterverarbeitung solcher Schutzlacke kann daher schwierig sein und möglicherweise großer Veränderungen in der Fertigung bedürfen. Wasserbasierte Schutzlacke weisen ebenfalls Probleme in der Weiterverarbeitung und Aushärtung auf. Sie können durch Tauch- und Bürstenverfahren aufgetragen werden und bei Raumtemperatur aushärten. Sie bieten ausgezeichneten Schutz für Leiterplatten. Wasserbasierte Schutzlacke können jedoch auch aufgesprüht werden. Solche Beschichtungen benötigen einige Zeit, um ihre vollen Eigenschaften zu entfalten und eine beschleunigte Aushärtung durch Infrarotbestrahlung oder konventionelle Trocknung im Ofen kann zu Haarrissen in der gehärteten Beschichtung führen.

Electrolube Conformal Coating Product Range

Feuchtigkeitshärtende Schutzlacke härten bei Kontakt mit der Luftfeuchtigkeit aus. Sie können, wie oben erwähnt, aus Silikonen mit 100% Feststoffanteil bestehen. Eine jüngere Entwicklung, die von Electrolube vorgestellt wurde, ist der Einsatz von feuchtigkeitshärtenden Polyurethanen mit 100% Feststoffanteil. Solche Schutzlacke können so formuliert werden, dass sie viele wünschenswerte Eigenschaften erfüllen. Das beinhaltet auch einen ausgezeichneten Schutz bei hoher Feuchtigkeit und korrosiver Umgebung, Flammschutz und gute elektrische Eigenschaften. Zusätzlich können diese Schutzlacke so angepasst werden, dass eine Vielzahl passender Viskositäten für alle Anwendungsarten erreicht wird und eine beschleunigte Aushärtung durch Hitze oder Infrarot direkt nach der Aufbringung möglich ist. Die aufgezeigten Eigenschaften solcher Materialien kommen denen der handelsüblichen, lösungsmittelbasierten Polyurethantypen sehr nahe bzw. sind ihnen überlegen. So bieten diese Lacke eine wirklich umweltfreundliche Lösung mit einer außergewöhnlichen Leistung.

Die Elektronikindustrie expandiert sehr schnell und im Gegenzug steigt die Anzahl der Schutzlackanwendungen ebenfalls an. Schutzlacke werden entwickelt, um die erhöhte Nachfrage der Industrie zu bedienen, überlegene Leistungen zu einem erschwinglichen Preis anzubieten. Das gilt finanziell wie ökologisch. Zusätzlich werden Veränderungen im Auftragungsprozess vorgenommen, um sicherzustellen, dass nur die benötigten Bereiche einer Leiterplatte beschichtet werden, um Material zu sparen, die Auftragungszeit zu reduzieren und, wenn möglich, Abschnitte im Produktionsprozess zu entfernen. Die Verfügbarkeit vieler Gel-Lacke für Damm- und Verfüllungsanwendungen sind ein Beispiel für solche Veränderungen. Mit der Zeit werden die Richtlinien strenger werden und der Einsatz von lösungsmittelbasierten Schutzlacken in der Industrie wird nachlassen. Durch kontinuierliche Erweiterung und Entwicklung seiner Schutzlacke-Palette hat sich Electrolube zum Ziel gesetzt, die Umstellung von lösungsmittelbasierten Materialien zu erleichtern und so den Weg für eine grünere Zukunft in der Schutzlacke-Industrie zu ebnen.

Jade Bridges - R&D Manager