Hrsg.: Werner Peters

SCHUTZLACKE FÜR ELEKTRONISCHE BAUGRUPPEN

Anwendungsgebiete

Anforderungsprofile

Merkmale

Verarbeitung

Dr. Manfred Suppa Lackwerke Peters GmbH + Co KG

1. Auflage 2010 mit 329 Abbildungen und 112 Tabellen

9

Inhaltsverzeichnis

1. Allgemeines 15 1.1 „Wie alles begann" 15

1.2 Warum werden elektronische Baugruppen mit einem Beschichtungsstoff versehen? 16

1.3 Welche Anforderungen werden an beschichtete Baugruppen gestellt? . 19

2. Schutzlacke 31 2.1 Warum schutzlackieren? 31

2.2 Grundlagen und Zusammensetzung von Beschichtungsstoffen 32

2.2.1 Bindemittel 35

2.2.2 Lösemittel 35

2.2.3 Additive 39

2.2.4 Füllstoffe 39

2.2.5 Farbmittel - Farbstoffe und Pigmente 40

2.2.6 Nanofüllstoffe 40

2.3 Einteilung von Schutzlacken nach der chemischen Bindemittelbasis 41 2.3.1 Acrylatharzlacke 43

2.3.2 Alkydharzlacke 45

2.3.3 Epoxidharzlacke 46

2.3.4 Nachwachsende Rohstoffe 49

2.3.5 ORMOCER®e 51

2.3.6 Parylene® 51

2.3.7 Polyesterharzlacke 52

2.3.8 Polyurethanharzlacke 53

2.3.9 Silikonharzlacke 57 2.3.9.1 Silikonkontamination 63 2.3.10 UV-Acrylatharzlacke 64

2.4 Eigenschaften von Schutzlacken 66

2.4.1 Viskosität 66

2.4.2 Auslaufzeit 72

2.4.3 Temperaturabhängigkeit der Viskosität 77

10

2.4.4 Dichte 79

2.4.5 Festkörpergehalt 79

2.4.6 Nassfilmdicke 81

2.4.7 Oberflächenspannung 82

2.4.8 Benetzung 92

2.4.9 Kapillarität 96

2.4.10 Kantenflucht 98

2.4.11 Topfzeit 100

2.4.12 Flammpunkt 100

2.4.13 Die Brechzahl (Brechungsindex) 101

2.4.14 Gaslöslichkeit 102

2.4.15 Farbige Schutz- und Überzugslacke 103

2.4.16 Lagerstabilität und Lagerfähigkeit 107

2.5 Einteilung von Schutzlacken nach dem Trocknungs- und Härtungsmechanismus 108

2.5.1 Lösemittelhaltige physikalisch trocknende Beschichtungsstoffe 108

2.5.2 Wasserverdünnbare Beschichtungsstoffe 110

2.5.3 Oxidativ härtende Beschichtungsstoffe 112

2.5.4 Chemisch härtende Beschichtungsstoffe 114

2.5.5 (UV-)Strahlenhärtende Beschichtungsstoffe 115

2.5.6 Lösemittelfreie Beschichtungsstoffe 118

2.5.7 High Solids - Lacksysteme mit hohem Festkörpergehalt 119

2.5.8 Nicht filmbildende Schutzschichten 119

2.6 Einteilung von Schutzlacken nach der Schichtdicke 120 2.6.1 Dünnschichtlacke 120

2.6.2 Dickschichtlacke 122

2.7 Vorreinigung/Vorbehandlung der Baugruppen vor der Schutzlackierung 123

2.7.1 Baugruppen-/Leiterplattenlayout 125

2.7.2 Lötstopplack 127

2.7.3 Flussmittel 130

2.7.4 Lotpastenrückstände 142

2.7.5 Lötverfahren und -parameter 144

2.7.6 Vorreinigung der bestückten Baugruppe 147

2.8 Verarbeitung von Schutzlacken 154

2.8.1 Vorschriften bei der Verarbeitung von Schutzlacken 154

I I

2.8.2 Vorschriften bei der Nutzung von Lackieranlagen 156

2.8.3 Schematische Darstellung der Schutzlackverarbeitung 157

2.8.4 Wareneingangskontrolle/Arbeitsvorbereitung 158

2.8.5 Beschichtungsverfahren/-anlagen 158 2.8.5.1 Eigenschaften und Einflussgrößen während der Beschichtung 160 2.8.5.2 Manuelle Verarbeitung: PinseWStreichauftrag und Spraydosen 162 2.8.5.3 Druckluftsprühen 162 2.8.5.4 Tauchlackieren 163 2.8.5.5 Selektive Beschichtung im Gieß-/Sprühverfahren 174 2.8.5.6 Dispensen 180 2.8.5.7 Selektive Beschichtung im Tauch-/Flutverfahren 181 2.8.5.8 Das Dispense-Jetting-Verfahren 185 2.8.5.9 Dam-and-Fill-Verfahren für Schutzlacke 187 2.8.5.10 Vergleich der Auftragsverfahren 188 2.8.5.11 Reinigen von Beschichtungsanlagen 189

2.8.6 Trocknungs-/Härtungsverfahrenund -anlagen 190 2.8.6.1 Trocknung bei Raumtemperatur - Lufttrocknung 192 2.8.6.2 Forcierte Trocknung - Ofentrocknung (Umluft) 192 2.8.6.3 Infrarot-(IR-)Trocknung 196 2.8.6.4 Mikrowellentrocknung (-härtung) 202 2.8.6.5 UV-Härtung 202 2.8.6.6 Trocknung unter Bauelementen 211

2.9 Allgemeine Grundlagen zu Prüfungen und Spezifikationen 214 2.9.1 Umweltbedingungen 214

2.9.2 Klima 216

2.9.3 Klimamessungen 222

2.9.4 Umweltsimulation und Klimaprüfungen 225

2.9.5 Elektronische Baugruppen und die Feuchtebelastung 230

2.9.6 Beschleunigungsfaktoren - Arrhenius/Montsinger-Regel 234

2.9.7 Pressure Cooker Test 241

2.9.8 Schwitzwasserbeständigkeit/Kondenswassertest 241

2.9.9 Temperatur- und Klimawechseltest 242

2.9.10 Temperaturschocktest 252

2.9.11 Salzsprühnebeltest 256

2.9.12 Der Wassertauchtest/CoRe-Test 260

2.10 Anforderungen an eine Schutzlackierung 261

2.10.1 Konstruktive Erfordernisse 263

2.10.2 Baugruppen in Gehäusen 267

2.11 Spezifikationen und Normen für Schutzlacke 268

12

2.11.1 MIL-I-46058C - Insulating Compound, Electrical (For Coating Printed Circuit Assemblies) 270

2.11.2 IPC-CC-830 - Qualification and Performance of Electrical Insulating Compound for Printed Board Assemblies 271

2.11.3 UL 94 - Standard for safety for tests for flammability of plastic materials for parts in devices and appliances 274

2.11.4 UL 746C/E - For Polymeric Materials - Industrial Laminates, Filament, Wound Tubing, Vulcanized Fibre, and Materials used in Printed Wiring Boards 277

2.11.5 DIN EN 61086-1 bis -3 - Beschichtungen für bestückte Leiterplatten (conformal coatings) 279

2.12 Eigenschaften von Schutzbeschichtungen 282 2.12.1 Haftung 282

2.12.2 Chemikalien- und Lösemittelbeständigkeit 293

2.12.3 Flexibilität 295

2.12.4 Härte 300

2.12.5 Abriebfestigkeit 307

2.12.6 Glasübergangstemperatur (Tg) 308

2.12.7 Thermischer Ausdehnungskoeffizient (CTE) 310

2.12.8 Wasser- (Feuchte-)aufhahme 316

2.12.9 Feuchte-/Isolationswiderstand 320

2.12.10 Die elektrische Isolation unter Betauung 328

2.12.11 Wasserdampfdurchlässigkeit/Permeation 333

2.12.12 Gaspermeabilität 340

2.12.13 Trocknung(sgrad) 344

2.12.14 Hydrolytische Stabilität 344

2.12.15 Durchschlagfestigkeit 347

2.12.16 Spezifischer Durchgangswiderstand und Oberflächenwiderstand 351

2.12.17 Elektromigration 355

2.12.18 Elektrochemische Korrosion 360

2.12.19 Whiskerbildung 365

2.12.20 Kriechstromfestigkeit - Vergleichszahl der Kriechwegbildung 366

2.12.21 Dielektrizitätskonstante/Permittivität (er) 370

2.12.22 Dielektrischer Verlustfaktor (tan 8) 372

2.12.23 Wärmeleitfähigkeit 374

2.12.24 Die thermische Stressbelastung von Polymeren - Temperaturindex nach DIN EN 60216 (IEC 60216) 375

2.12.25 Brandverhalten 383

13

2.12.26 Sauerstoffindex 386

2.12.27 Schichtdicke und Schichtdickenmessung 388

2.12.28 Fungusbeständigkeit 400

2.12.29 Schadgasbeständigkeit 400

2.12.30 Fluoreszenz 405

2.13 Prüfung der Beschichtung 407 2.13.1 Prüfungen nach der Baugrappenbeschichtung 407 2.13.1.1 Optische Kontrolle 409 2.13.1.2 Haftungsprüfung 410 2.13.1.3 Bestimmung des Trocknungszustandes 411

2.13.2 Thermische Analysenverfahren 412 2.13.2.1 Thermomechanische Analyse (TMA) 414 2.13.2.2 Dynamisch-mechanische Analyse/Dynamisch-mechanisch-thermische

Analyse - (DMA/DM TA) 415 2.13.2.3 Dynamisch-mechanische Schichtanalyse (DMLA) 418 2.13.2.4 Thermogravimetrische Analyse (TGA) 419 2.13.2.5 Dielektrische Analyse (DEA) 422 2.13.2.6 Differential Scanning Calorimetry (DSC) 426 2.13.2.7 Funktionsprüfungen 429 2.13.2.8 Qualifizierung 431

2.14 Troubleshooting bei der Schutzlackverarbeitung 435 2.14.1 Fehler bei der Vorreinigung 435

2.14.2 Fehler bei der Beschichtung 435

2.14.3 Die Applikation zu hoher Lackschichtdicken/Trübung der Beschichtung nach Klimalagerung 437

2.14.4 Ungleichmäßige Lackschichtdicken 438

2.14.5 Webbing/Sprühfäden 439

2.14.6 Die Durchtrocknung 440

2.14.7 Die Doppellackierung 440

2.14.8 Das Kapseln von beschichteten Baugruppen 441

2.14.9 Weiße Ablagerungen bei gekapselten Baugruppen 442

2.14.10 Fehlstellen im Beschichtungsfilm 444 2.14.10.1 Verlaufsstörungen 444 2.14.10.2 Fischaugen 445 2.14.10.3 Läuferbildung 445 2.14.10.4 Kocherbildung 447 2.14.10.5 Nadelstiche 448 2.14.10.6 Orangenhauteffekt 448 2.14.10.7 Entnetzungen 449 2.14.10.8 Kapillareffekte 450 2.14.10.9 Runzelbildung 451

14

2.14.10.10 Kraterbildung 452 2.14.10.11 Blasenbildung 453 2.14.10.12 Rissbildung 455

2.14.11 Korrosion unter dem Schutzlack 456

2.14.12 Haftungsverlust 457

2.14.13 Besonderheiten beim Beschichten von BGAs, QFPsu. ä 459

2.14.14 Besonderheiten beim Einsatz von wasserverdünnbaren Schutzlacken 460

2.14.15 Besonderheiten beim Einsatz von UV-härtenden und/oder lösemittelfreien Schutzlacken 460

2.15 Entfernen der Beschichtung zu Reparaturzwecken und zur Fehleranalyse 462

2.15.1 Chemische Verfahren zur Entfernung von Schutzlacken 462

2.15.2 Thermische Entfernung von Schutzlacken (Durchlöten) 463

2.15.3 Mechanische Entfernung von Schutzlacken 464 2.15.3.1 Die Entfernung mittels Strahlverfahren 464 2.15.3.2 Die Entfernung mittels Strahlverfahren (Trockeneis) 466 2.15.3.3 Entfernung mit Werkzeugen 466

2.16 Oberflächenanalytik - Methoden zur Kontrolle von Beschichtungs­und Reinigungsprozessen 466

3. Anhang 469 3.1 Umrechnungsfaktoren und physikalische Größen 469

3.2 Sl-Präfixe 469

3.3 Exemplarische Taupunkttabelle 471

4. Umweltprüfungen in Normen 472 4.1 Prüfungen aus der Normenreihe DIN E N 60068 472

4.2 Prüfungen aus der Normenreihe DIN EN 60721 477

5. Stichwortverzeichnis 481

6. Abbildungsverzeichnis 491

7. Tabellenverzeichnis 505

8. Literaturverzeichnis 509