Konforme Beschichtungen für Leiterplatten: Welche ist die beste für Ihre neue Platine?

Zachariah Peterson
|  Erstellt: September 27, 2020  |  Aktualisiert am: October 27, 2020
Konforme Beschichtungen für Leiterplatten: Welche ist die beste für Ihre neue Platine?

Wenn Sie ein neues System entwickeln, versuchen Sie, alle elektrischen und umweltbedingten Faktoren zu berücksichtigen, die zu einem vorzeitigen Ausfall führen können. Hohe Temperaturen, übermäßige Luftfeuchtigkeit, Kontakt mit korrosiven Substanzen und hohe Vibrationsbelastungen sind Quellen für solche Ausfälle. Eine konforme Beschichtung ist eine Möglichkeit, um Ihre Platine vor Feuchtigkeit, Staub oder korrosiven Substanzen zu schützen und so die Gefahr eines Ausfalls während des Betriebs zu verringern. In diesem Artikel stellen wir Ihnen einige beliebte konforme Beschichtungstypen vor, die Sie auf dem Markt finden können.

Konforme Beschichtungstypen für Leiterplatten

Konforme Beschichtungen werden im Allgemeinen nach dem Material klassifiziert, das für die Beschichtung aufgebracht wird. Wie eine Beschichtung angewandt wird unterscheidet sich ebenfalls je nach Material - die meisten Beschichtungen kommen als Spray, das einfach auf die Leiterplatte aufgesprüht werden kann.  Die Beschichtungen werden normalerweise als transparenter, dünner Film aufgetragen, der der Leiterplatte nur ein geringes Zusatzgewicht verleiht. Einige Spezialbeschichtungen, wie z. B. solche zur Unterdrückung von Mikrowellen-EMI, sind undurchsichtig. Entfernt werden können die meisten Beschichtungen mit dem richtigen Lösungsmittel, einige (wie zum Beispiel Beschichtungen auf Silikonbasis) lassen sich auch ohne Vorbehandlung ganz einfach abziehen.

Die folgende Tabelle zeigt die gängigen Arten von konformen Beschichtungen für Leiterplatten und die jeweiligen Vor- und Nachteile.

Beschichtungsmaterial

Vorteile

Nachteile

Polyurethan

- Hohe Feuchtigkeitsbeständigkeit
- Korrosions-/Lösungsmittelbeständigkeit
- Abrasionsbeständigkeit

- Schwer mit Lösungsmitteln zu entfernen
- Neigt mit der Zeit zum Abblättern oder Verbräunung

Silikon

- Hohe Feuchtigkeitsbeständigkeit
- Korrosions-/Lösungsmittelbeständigkeit
- Hohe Temperaturbeständigkeit

- Am schwierigsten zu entfernen, obwohl einige Silikonmischungen abgeschält werden können

Acryl

- Hohe Spannungsfestigkeit
- Mäßige Feuchtigkeits- und Abriebfestigkeit
- Leicht mit Lösungsmitteln zu entfernen

- Nicht ideal für hohe Temperaturen oder korrosive Umgebungen

Epoxid

- Hohe Feuchtigkeitsbeständigkeit
- Korrosions-/Lösungsmittelbeständigkeit
- Anwendung als Zweikomponenten- oder Einkomponenten-Verbindungen

- Lässt sich nur schwer mit Lösungsmitteln entfernen
- Schrumpft beim Aushärten und hinterlässt dünne oder freiliegende Kanten

Parylene

- Hohe Spannungsfestigkeit
- Hohe Temperaturbeständigkeit
- Hohe Lösemittelbeständigkeit

- Erfordert Dampfph-asenabscheidung zum Auftragen
- Versagt nach längerer Einwirkung von feuchter Luft

 

Die Beschichtungen werden normalerweise als Spray oder Strahl durch eine Maske aufgetragen, sie können aber auch mit einem Pinsel aufgetragen werden. Wenn Sie versuchen, beide Seiten einer Platine zu beschichten, kann die Platine von Hand in ein Bad getaucht werden. Die Beschichtung muss dann an der Luft (verdunstend), unter Hitze (thermisch) oder unter Einwirkung einer UV-Lampe getrocknet werden. Beachten Sie, dass konforme Beschichtungen oder Harze kein Allheilmittel für Zuverlässigkeitsprobleme in rauen Umgebungen sind, auch wenn sie, wie oben aufgeführt, eine Reihe von Vorteilen bieten.. Bei der Auswahl einer Beschichtung für Ihre Platine sollten Sie die Datenblätter des Beschichtungsherstellers sorgfältig lesen.

Wenn es Ihnen hauptsächlich um den Schutz vor Feuchtigkeit geht, sollten Sie beachten, dass es auch andere Methoden gibt, um zu verhindern, dass überschüssige Feuchtigkeit auf Ihre Platine gelangt. Dazu gehören so einfache Möglichkeiten wie die Verwendung eines versiegelten Gehäuses oder die Platzierung eines Silikapakets im Inneren des Geräts. Wenn EMI ein Problem darstellt, können Sie spezielle Beschichtungen verwenden, die Strahlungsunterdrückung in verschiedenen Frequenzbereichen bieten.

Konforme Beschichtungen zur EMI-Unterdrückung

Die oben gezeigten konformen Beschichtungsoptionen bieten normalerweise keine starke dielektrische Absorption, bis Sie über ~10 GHz hinauskommen. Unterhalb dieser Frequenzen, wo die größte spektrale Leistungsdichte für abgestrahlte EMI zu finden ist, hat eine konforme Beschichtung keinen großen Effekt auf die Unterdrückung von EMI. Hier müssen Sie sich auf Ihr Layout, die Abschirmung und die Isolationsstrukturen verlassen. Bei höheren Frequenzen gibt es gemischte Vorteile bei der Verwendung bestimmter konformer Beschichtungen auf Ihrer Platine.

Es gibt einige kommerziell erhältliche isolierende konforme Beschichtungen auf Polyurethanbasis, die für den Einsatz in Halbleitergehäusen und Leiterplatten entwickelt wurden. Parker ist ein Unternehmen, das diese und andere Beschichtungen speziell für den Einsatz in Elektronikgehäusen herstellt. Diese Spezialbeschichtungen bieten eine bessere EMI-Unterdrückung, da sie unterhalb von ~10 GHz stark absorbieren können. Wenn Sie mit einer Hochgeschwindigkeits-Platine arbeiten (z. B. 100 ps bis 1 ns Anstiegszeit) und EMI, Feuchtigkeit oder andere Umweltfaktoren ein Problem darstellen, können Sie sicherlich eine konforme Beschichtung hinzufügen.

Einige Untersuchungen haben gezeigt, dass ein stark absorbierendes Beschichtungsmaterial, wie z. B. ein wassergespritztes thermoplastisches Elastomer, die Impedanz eines PDNs reduzieren und gleichzeitig EMI-Unterdrückung bieten kann. Ich habe dieses Thema in einem anderen Artikel in diesem Blog behandelt. Dieser Aspekt wird im Bereich der konformen Beschichtungen normalerweise nicht besonders beachtet, wahrscheinlich, weil diese Beschichtungen für Hochgeschwindigkeitsgeräte nachteilig sind. Bei Hochgeschwindigkeits-Platinen führt eine hohe PDN-Impedanz zu starker Restwelligkeit und Jitter. Während das Aufbringen einer konformen Beschichtung die PDN-Impedanz bei niedrigeren Frequenzen durch die Erhöhung der interplanaren Kapazität signifikant verringern kann, entstehen dadurch auch mehr Verluste bei hohen Frequenzen. Hier gibt es einen klaren Kompromiss.

Konforme Beschichtungstypen und EMI-Unterdrückung
Absorbierende konforme Beschichtungstypen können kantenresonante EMI unterdrücken.

Für Hochgeschwindigkeitsgeräte sollte sich die Industrie auf die Verwendung oder Entwicklung von konformen Beschichtungen konzentrieren, die bei niedrigen Frequenzen (unter ~1 GHz) stark absorbieren und bei höheren Frequenzen geringe Verluste aufweisen. Dies würde viele konforme Beschichtungen in Hochgeschwindigkeitsgeräten, bei denen EMI ein erhebliches Problem darstellt, nützlicher machen. Es gibt verschiedene Thermoplaste und Schäume von Spezialbeschichtungsunternehmen, die EMI-Unterdrückung und Schutz vor rauen Umgebungen bieten. Wenn Sie nach Schutz in beiden Bereichen suchen, sollten Sie die Verwendung eines dieser Beschichtungsmaterialien in Betracht ziehen.

Achten Sie auch auf Industrie- und Drittanbieter-Zertifizierungen für konforme Beschichtungsmaterialien. Die beiden wichtigsten Normen für konforme Beschichtungen sind IPC-CC-830B und UL746E. Beachten Sie, dass IPC-CC-830B dem veralteten Standard MIL-I-46058C für Verteidigungsartikel entspricht. Die Normen IPC-CC-830B und UL746E verwenden den UL94-Standard zur Messung der Entflammbarkeit. Achten Sie auf die Zertifizierung nach einer dieser Normen, da diese die PCB-spezifischen Materialien von allgemeinen Beschichtungen, Harzen und Lacken unterscheiden.

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Über den Autor / über die Autorin

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Zachariah Peterson verfügt über einen umfassenden technischen Hintergrund in Wissenschaft und Industrie. Vor seiner Tätigkeit in der Leiterplattenindustrie unterrichtete er an der Portland State University. Er leitete seinen Physik M.S. Forschung zu chemisorptiven Gassensoren und sein Ph.D. Forschung zu Theorie und Stabilität von Zufallslasern. Sein Hintergrund in der wissenschaftlichen Forschung umfasst Themen wie Nanopartikellaser, elektronische und optoelektronische Halbleiterbauelemente, Umweltsysteme und Finanzanalysen. Seine Arbeiten wurden in mehreren Fachzeitschriften und Konferenzberichten veröffentlicht und er hat Hunderte von technischen Blogs zum Thema PCB-Design für eine Reihe von Unternehmen verfasst. Zachariah arbeitet mit anderen Unternehmen der Leiterplattenindustrie zusammen und bietet Design- und Forschungsdienstleistungen an. Er ist Mitglied der IEEE Photonics Society und der American Physical Society.

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