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Schutzlacke-Standards – Schutz in rauer Umgebung

Schlagwörter: Schutzlacke

Die schnell expandierende Elektronikindustrie erfordert eine zuverlässige Leistung unter verschiedensten Bedingungen.

Die Elektronikindustrie ist zurzeit eine der am schnellsten expandierenden Industrien. Forschung und die Einführung neuer Anwendungen scheinen grenzenlos. Leiterplatten oder Platinen werden in vielen Geräten im Haushalt, in der Industrie, im Automobil- und Militärbereich eingesetzt, um nur einige Beispiele zu nennen. Bei den meisten Anwendungsbereichen ist die Zuverlässigkeit wesentlich, auch wenn das Gerät aggressiven Bedingungen wie hoher Luftfeuchtigkeit, korrosiven Atmosphären oder hoher Staub- oder Verunreinigungsbelastung ausgesetzt ist. Schutzlacke können eingesetzt werden, um Leiterplatten vor solchen Umgebungen zu schützen und eine optimale Leistung unter den härtesten Bedingungen zu gewährleisten. Sie werden als dünner Film mit einer Dicke von 25-75 µm aufgetragen und passen sich den Konturen der Leiterplatte an. So bieten sie maximalen Schutz bei geringfügigen Gewichts- und Dimensionsveränderungen der Leiterplatten. Das ist einer der Hauptvorteile von Schutzlacken, besonders im Hinblick auf den Trend zur Miniaturisierung und der Nutzung tragbarer Geräte.

Es gibt viele Arten von Schutzlacken auf dem Markt. Jeder bietet charakteristische Eigenschaften, die ihn für bestimmte Anwendungen geeignet machen. Um zwischen den verschiedenen erhältlichen Schutzlacken zu unterscheiden, müssen mehrere Tests an dem Schutzlack vorgenommen werden. Daher muss jede Anwendung detailliert geprüft werden, um die richtigen Testmethoden festzulegen und Informationen über die Standard-Betriebsbedingungen und mögliche Abweichungen außerhalb dieser Parameter zu erhalten. Die häufigste Umgebung, in der ein Schutzlack getestet werden kann, sind die üblichen Umweltbedingungen. Es werden zunächst erste Tests durchgeführt, um die elektrische und mechanische Leistung zu messen. Dann kann eine Veränderung der Umweltbedingungen folgen, um die Leistung des Schutzlacks unter härteren Bedingungen zu bewerten. Bei solchen veränderten Bedingungen kann es sich um Salzsprühnebel, hohe Luftfeuchtigkeit, hohe Temperaturen oder thermische Veränderungen handeln, entweder als schrittweiser Anstieg oder Fall der Temperatur oder als plötzlicher thermischer Schock. Nachdem der Schutzlack solchen Umweltbedingungen ausgesetzt war, kann er erneut auf seine elektrischen und mechanischen Eigenschaften getestet werden, um die Eignung für verschiedene Anwendungen zu ermitteln.

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In den letzten Jahren wurden typische Normen für die Elektronikindustrie entwickelt, von spezifischen Militär- oder Verteidigungsstandards bis zu industrieweiten Normen, die für viele verschiedene Anwendungen gefordert werden. Einige der angesehensten Zertifizierungen sind MIL-1-46058-C, jetzt ersetzt durch IPC-CC-830B, IEC-61085 und UL746. Es handelt sich hier um die gängigsten Testmethoden bei der Simulation des typischen Einsatzes eines Schutzlackes. Einige veraltete Normen wie DEF-STAN 59/47 werden in der Industrie auch als wichtig angesehen, aber neu entwickelte Schutzlacke können nicht mehr gemäß dieser Norm zertifiziert werden. IPC (Institut für die Verbindung und Verpackung von elektronischen Schaltungen), IEC (Internationale Elektrotechnische Kommission) und UL (Underwriters Laboratories) gehören zu den drei Haupt-Zertifizierungsgesellschaften im Zusammenhang mit Beschichtungen bestückter Leiterplatten

Verschiedene Industrienormen sind mit Bedacht entwickelt worden und werden regelmäßig aktualisiert, um das Verständnis für die Leistung verschiedener Arten von Schutzlacken in einer Vielzahl von Umgebungen zu fördern.

Die meisten Zertifikate bestehen aus mehreren Stufen und beziehen sich auf bestimmte Methoden für jeden individuellen Test. Diese Methoden werden gewöhnlich mit bestimmten Verwaltungsorganen assoziiert, z.B. ASTM International (American Society for Testing and Materials International), BS (British Standards – vormals BSI), DIN (Deutsches Institut für Normung) sowie verschiedene IEC-Methoden (Internationale Elektrotechnische Kommission). Diese Methoden beschreiben sorgfältig die eingestellten Parameter, die für die Einschätzung eines Schutzlackes benötigt werden und können als Basis für alle Schutzlacktests eingesetzt werden. Sie erlauben einen umfassenden Vergleich verschiedener Chemikalien und auszuführender Prozesse.

Umweltmessungen bestehen häufig aus einem erhöhten Feuchtigkeits- oder Salzsprühnebelniveau und allgemeinen Temperaturveränderungen. Eine feuchte oder salzhaltige Atmosphäre erzeugt man in einer Korrosionsprüfkammer, üblicherweise mit einer Luftfeuchtigkeit von 85%, einer Temperatur von 35°C und einem Salzanteil für den Salzsprühnebel von 5%. Diese Atmosphäre wird in der Kammer über einen bestimmten Zeitraum konstant gehalten. Der Zeitraum kann, abhängig von der Anforderung, zwischen 24 Stunden und mehreren Wochen variieren. Der Oberflächenisolationswiderstand (engl. SIR) wird vor, während und direkt nach der Umweltexposition gemessen. Um die Industriestandards für Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit zu erfüllen wird während des Tests eine Spannung von 50VDC auf die Leiterplatte angelegt und der Oberflächenisolationswiderstand des Schutzlackes sollte während der Dauer des Tests nicht niedriger als 108 Ohm sein.

Thermische Tests wurden entwickelt, um alle möglichen Szenarios zu simulieren, besonders unter extremen Bedingungen wie bei Militär-, Luftfahrt- oder Automobilanwendungen. In einer Kammer werden thermische Zyklentests durchgeführt, indem die Temperatur in einer festgelegten Rate verändert wird. Die höchste Anforderung bei Industriestandards ist eine Änderungsrate der Temperatur von 12°C/min. in einem Temperaturbereich von ca. – 55°C bis +125°C. Tests mit thermischen Schocks unterscheiden sich von thermischen Tests. Beim thermischen Schock-Test wird eine Leiterplatte erst in einer Kammer mit der niedrigsten Temperatur getestet und dann ohne Verweilzeit in einer Kammer mit der höchsten Temperatur getestet. Nach einer festgelegten Anzahl von Zyklen wird sowohl bei der graduellen thermischen Methode als auch bei der Schockmethode die Flexibilität, das Erscheinungsbild sowie der Oberflächenisolationswiderstand ausgewertet.

Die Auswahl des am besten geeigneten Schutzlackes für jede Anwendung ist unerlässlich, um die Zuverlässigkeit und optimale Leistung des Gerätes zu sichern.

AFA Coating in use

Andere Leistungstests für Schutzlacke beinhalten die Auswertung der elektrischen Eigenschaften. Diese Tests sind unerlässlich für alle Anwendungen von Schutzlacken auf Leiterplatten, egal welcher Umgebung sie ausgesetzt sind. Typische Tests, wie sie auch in vielen vorgenannten Standards geschildert wurden, sind u.a. die Messung der Durchschlagfestigkeit, des Oberflächenwiderstands, des dielektrischen Verlustfaktors und der Dielektrizitätskonstante. Zusätzlich können weitere spezifische Eigenschaften wie z.B. Flammhemmung, Schimmel- und Pilzbeständigkeit, aggressive Chemikalien, UV-Licht oder korrosive Gase benötigt werden. Auf Grund relativ neuer Veränderungen in der Herstellung von Leiterplatten besteht eine weitere, besonders erwünschte Eigenschaft von Schutzlacken darin, das Wachstum von Zinnwhiskern zu verhindern – ein Thema, das zur Zeit sehr intensiv überprüft und getestet wird

Zusammengefasst lässt sich feststellen, dass es bei der Auswahl des besten Schutzlackes unerlässlich ist, die Anwendung detailliert zu betrachten, alle möglichen Expositionsszenarios zu markieren und alle Verarbeitungsfaktoren in Erwägung zu ziehen. Für normale atmosphärische Bedingungen sind viele Schutzlacke auf dem Markt erhältlich, die den benötigten Schutzstandard bieten. Daher würde sich die Entscheidung in diesem Fall eher um die Verarbeitungsbedingungen und die damit verbundenen Gefahren bei der Verwendung des Materials drehen. In aggressiveren Umgebungen sollten die verschiedenen Chemikalien- und Beschichtungstypen gründlich bewertet werden. So bieten z.B. Acrylschutzlacke wie der IPC-CC-830B-zertifizierte TFA-Schutzlack von Electrolube Ltd. guten Schutz vor Umwelteinflüssen mit überragender Durchsichtigkeit und Stabilität durch verlängerte Bestrahlung mit UV-Licht. Acryllacke vernetzen sich jedoch nicht und bieten daher nicht den benötigten Schutz gegen Chemikalien oder Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit, wo eine langanhaltende Kondensierung oder ein periodisches Eintauchen in Wasser möglich ist. In diesem Fall würde ein widerstandsfähigerer Schutzlack wie z.B. der UL746-zertifizierte DCA-Schutzlack oder ein umweltfreundlicher VOC-freier Schutzlack (NVOC) von Electrolube Ltd. überragenden Schutz und somit eine optimale Leistung des Gerätes unter diesen Bedingungen bieten. Um die anspruchsvollen Anforderungen zu erfüllen, die durch eine Vielzahl elektronischer Anwendungen nun möglich werden, expandiert der Schutzlacke-Markt gleichermaßen schnell. Electrolube Ltd. steht an vorderster Front in dieser sich entwickelnden Industrie, bietet einen beispiellosen technischen Support für seine Kunden und viele Lösungen für eine umfangreiche Bandbreite an Bedingungen und Prozessen weltweit.

Jade Bridges
European Technical Sales Support