Rehm Thermal Systems entwickelt neue Linie fuer Conformal Coating Prozess
Elektronische Bauteile werden oft in Umgebungen eingesetzt, in denen sie unwirtlichen Bedingungen ausgesetzt sind. Sei es die Steuerplatine in der Kaffeemaschine, auf die Wasserdampf einwirkt oder die Elektronik eines Satelliten, die extreme Temperatur- und Umwelteinflüsse aushalten muss. Für solche Anwendungen ist es üblich, die Leiterplatten zu schützen, d. h. die betroffenen Flachbaugruppen mit einer Schutzlackierung zu überziehen, um Feuchtigkeit, Schmutz oder auch Licht von ihnen abzuhalten – das Conformal Coating .
Die Verfahren, mit denen die Schutzlacke auf die elektronischen Baugruppen aufgebracht werden, sind teilweise sehr aufwendig und kostenintensiv. In diesem Bereich sind noch nicht alle Prozesse überall automatisiert. Die Lacke werden teilweise sogar noch manuell aufgetragen, da die Leiterplatten meist nicht komplett lackiert werden dürfen – das wäre mit einem Tauchbad relativ einfach erledigt – sondern Teile der Baugruppe unlackiert bleiben müssen. Schalter und elektrische Anschlüsse würden, unter Lack isoliert, ihre Funktion einbüßen.
Um die Schutzlackierung aufzubringen, sind verschiedene und unterschiedlich aufwendige Verfahren möglich. Die Lacke können manuell oder automatisch gesprayt werden, wobei die Leiterplatte vollständig oder selektiv mit dem Lack abgedeckt wird. Oder sie können mittels Bad oder Pinsel aufgetragen werden. Abhängig von den Erfordernissen werden hierfür verschiedene Kunststoffe verwendet. Acryl-, Silikon-, Epoxidharz- oder Polyurethan-Kunststoffe kommen hier zur Anwendung. Sie helfen gegen Feuchtigkeit und bieten Schutz gegen permanente Vibration oder Schock, Korrosion, Schmutz und Temperatureinflüsse.
Die Schutzeigenschaften des Conformal Coating werden durch die Schichtdicke der Lacke (mehr ist besser), die Wasseraufnahme (weniger ist besser) und ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber anderen Umweltbedingungen beeinflusst. Generell sind flexiblere Materialien gut für thermische Belastungen geeignet, harte und unelastischere Materialien sind beständiger gegenüber Chemikalien. Welches Material letztendlich zum Einsatz kommt, kann für das jeweilige Produkt in teilweise aufwendigen Testreihen ermittelt werden. Natürlich gibt es Empfehlungen der Materialhersteller, doch die letztendliche Entscheidung muss der Produkthersteller der elektronischen Baugruppe selbst treffen.
Die Möglichkeit, elektronische Baugruppen mittels des Conformal Coating Prozesses zu schützen, wird speziell in Branchen, bei deren Produkten eine fehlerfreie Funktionsweise essentiell ist, immer mehr nachgefragt. Ein aktuelles Beispiel sind hier etwa Offshore-Windanlagen. Aber auch in anderen Bereichen, in denen die Leiterplatten konstant Verunreinigungen oder anderen Umwelteinflüssen ausgesetzt sind, ist solch eine Schutzlackierung sinnvoll, um auf lange Sicht die Leiterplatten und somit deren Funktionsweise zu schützen.
Im Prototyping mag es noch Sinn machen die Schutzlacke mit manuellen Verfahren aufzutragen, doch in Produktionsumgebungen mit größeren Stückzahlen und zahlreichen Produktwechseln, muss sich das Conformal Coating möglichst nahtlos in die Produktionsabläufe eingliedern lassen. Bei Unternehmen, die ein sehr breites Spektrum an Schutzbeschichtungen haben, größere Stückzahlen produzieren und zudem schnelle Reaktionszeiten benötigen, ist es meist wirtschaftlicher, das benötigte Equipment für das Conformal Coating vor Ort zu haben, um sich so an die Marktgegebenheiten optimal und individuell anpassen zu können. Die Produkte aus der eigenen Produktion extern lackieren zu lassen, würde in vielen Fällen den erforderlichen Zeit- und Kostenrahmen sprengen.
Um den optimalen Schutz der Baugruppen zu gewährleisten, steigen selbstverständlich auch die Anforderungen an die eingesetzten Lackiermaschinen. Hoher Durchsatz, geringe Rüstzeiten, minimaler Wartungsaufwand, ein fehlerfreies, immer wieder aufs Neue reproduzierbares Ergebnis – die Liste der Kriterien ist lang, will man eine neue Fertigungslinie erfolgreich am Markt platzieren. Investitionen müssen sich wirtschaftlich rechnen. Beim Spezialisten für automatisierte Prozesse in der Produktion von elektronischen Baugruppen, der Rehm Thermal Systems GmbH aus Blaubeuren bei Ulm, haben sich die Entwickler um das Thema Conformal Coating intensiv Gedanken gemacht und nun mit der ‘Protecto-Line’ eine Anlage zur automatisierten Lackierung von Leiterplatten der Öffentlichkeit vorgestellt.
Erfahrung mit automatischen Prozessabläufen in der Leiterplattenherstellung bringen sie als Marktführer bei den Reflow-Lötanlagen reichlich mit. Mit der ‘Protecto-Line’ reagieren sie nun auf die wachsenden Erfordernisse des Marktes. Der Kundenstamm von Rehm ist groß. Die Reflow-Lötanlagen aus Blaubeuren stehen weltweit bei Elektronik-Produzenten, die natürlich auch Bedarf im Bereich des Conformal Coating Verfahrens haben. Nicht nur in der Luft- und Raumfahrtteschnik, im Schiffsbau oder bei militärischen Produkten sind Schutzlackierungen zwingend notwendig. Anwendungsgebiete finden sich in allen Branchen der Elektronikindustrie, wie Alarmtechnik, Telekommunikation, Industriesteuerung, Verkehrstechnik, Bahntechnik, Medizintechnik, Lebensmitteltechnik und vielen mehr.
Hausinterne Erhebungen bei Rehm berechneten einen Marktbedarf von ca. 200 Beschichtungslinien durchschnittlich pro Jahr. Der Bedarf in Europa und bei bestehenden Kunden nach dem Conformal Coating Prozess ist also da. Einige Firmen haben sogar schon eigene Fertigungslinien aufgebaut. Die Entscheidung für die ‘Protecto-Line’ war bei Rehm daher nur die logische Konsequenz in der strategischen Erweiterung des Portfolios. Zumal die Produkte für die automatische Bearbeitung der Leiterplatten, wie Öfen oder Kühlstrecken, schon längst Teil der Produktpalette waren und eine ganzheitliche Beratung und Service für die angebotenen Prozesse und Linien schon immer im Fokus des Unternehmens stehen.
Zur einer kompletten Conformal Coating Linie gehören neben den eigentlichen Lackieranlagen auch die Handlingseinrichtungen sowie die Trocken- oder Härteöfen. Das richtige Trocknen der Lacke ist ein enorm wichtiger Teil des Prozesses. Der Trocknungsprozess folgt direkt nach der Lackierung. Durch ein detailliert regelbares Temperaturprofil muss er zuverlässig und reproduzierbar sein. Falsche Temperaturprofile oder zu schnelle Härtung führen zu Fehlern wie Blasen, Krater oder Orangenhaut auf der Oberfläche. Ausschuss und Verzögerungen sind die Folge. Schutzlackieren ist kein trivialer Prozess.
Es gibt verschiedene Methoden, mit denen der Lack in der Praxis auf die Bauteile aufgetragen werden kann. Spritzen, Sprühen, Tauchen, Fluten, Dispensen und Gasphasenbeschichtung stehen zur Verfügung. Dabei müssen diverse Parameter beachten werden, denn nicht jeder Lack kann mit jedem Verfahren appliziert werden. Da, wie eingangs erwähnt, meist nicht alle Bauteile auf einer Leiterplatte lackiert werden dürfen, ist mittlerweile die selektive Sprühlackierung zum Standardverfahren des Conformal Coating geworden.
Auf dem Markt angebotene Produkte sind heute noch eher am Standard orientiert. Individualisierung und Flexibilisierung des Prozesses war daher eine der Vorgaben, die sich die Rehm-Entwickler selbst machten. Der Markt sucht nach Alternativen. Was heraus kam ist ein System, das mit seiner Ausstattung und geringen Rüstzeiten auch für ausgesprochene High Mix Low Volume-Hersteller geeignet ist, d. h. bei vielen Produktwechseln mit kleineren Stückzahlen eingesetzt werden kann. Bisher ist die Technologie im Markt meist nur bei High Volume-Herstellern im Einsatz.
Was es auf dem Markt bisher so nicht gab, ist ein System mit 4 Beschichtungsdüsen. Entweder wird durch alle 4 Düsen der gleiche Lack geschickt, um den Durchsatz der Anlage zu erhöhen. Oder es können bis zu 4 verschiedene Lacke gleichzeitig eingesetzt werden, um die Flexibilität der Anlage zu erhöhen und Rüstzeiten zu senken. Das bedeutet in der Praxis, bei einem Produktwechsel muss nicht jedesmal umgerüstet werden. Ein Lack kann bis zu 3 Wochen quasi in Warteposition stehen, ohne dass etwas passiert. Die Parkposition der Düse in einem Lösungsmittelbad, geführt durch einen Bürstenschaft, verhindert das Eintrocknen des Lackes und damit die Verstopfung der Düse. Außerdem ist das Lacksystem luftdicht geschlossen. Die gleichbleibende Viskosität der Lacke wird durch gleichmäßiges Beheizen sichergestellt. Auch hier geht Rehm einen neuen Weg. Der Lack wird nicht schon im Behälter, sondern erst direkt in der Düse geheizt. Damit wird vermieden, dass die Lacke mehrfach geheizt werden und im Laufe der Zeit ihre Viskosität verändern. Nur die Lackmenge, die auch wirklich aufgetragen wird, wird optimal erwärmt.
Das Problem des hohen Wartungsaufwandes einer Lackieranlage wegen Reinigungsarbeiten und verstopften Düsen wird am Markt oft beklagt. Deshalb wurde bei Rehm ein großer Fokus auf die Düsentechnologie gelegt. Für die Entwicklung der Düsen, bzw. des Lackiersystems holte sich Rehm mit KC einen kompetenten Partner ins Boot. Das für die ‘Protect-Line’ entwickelte selektive Auftragsverfahren Stream-Coat® bietet beste Voraussetzungen für eine Beschichtung ganz nach individuellen Anforderungen. Der große Vorteil dieses Verfahrens: die innovative Düsenform. Ein Außendurchmesser von nur 2,5 mm mit einer Länge von bis zu 100 mm macht es möglich, auch zwischen eng stehenden, hohen Bauteilen optimal – auch bis unter die Bauteile selbst – zu lackieren. Eine implizierte Luftdüse dosiert den Lack auf sehr präzise und verteilt ihn spritz- und nebelfrei. Der gleichmäßige Lackfilm kann sogar hinter benachbarte Bauteilbeinchen und in Schattenzonen ausgebracht werden. Mehrfaches überfahren oder aufwendiges, mechanisches Schrägstellen der Düsen ist nicht mehr nötig.
Mit den Stream-Coat® Düsen können alle gängigen Lacke – von niedrig viskos bis hochviskos – problemlos verarbeitet werden. Trotz des geringen Außendurchmessers beugt eine relativ große Austrittsöffnung schnellem Verstopfen durch Schmutzpartikel oder dickflüssigen Lacken vor. Die Lackmenge wird automatisch an die Fahrgeschwindigkeit der Baugruppe in der Anlage angepasst. Langsam heißt weniger Lack, schneller bedeutet mehr, sodass immer ein gleichmäßiger Lackauftrag gewährleistet wird. Ein sogenanntes Jettingventil ermöglicht es zudem, durch extrem schnelles Öffnen und Schließen der Austrittsöffnung, den Lack punktgenau zu applizieren. Durch die Kombination von Stream-Coat® Düse und Jettingventil können extrem selektive, bis auf den Millimeter genaue, Beschichtungen aufgetragen werden. Außerdem kann programmgesteuert zwischen Sprühen, Jetten und Dispensen “on the fly” gewechselt werden, ohne die jeweilige Düse austauschen zu müssen.
Über die zahlreichen Möglichkeiten der ‘Protecto-Line’ aus dem Hause Rehm ließe sich noch lang und detailliert berichten. Rehm Thermal Systems haben mit der neuen Conformal Coating Anlage ein äußerst flexibles, an den Bedürfnissen des Marktes orientiertes Produkt entwickelt, was seine Nutzer zweifelsohne bestätigen werden. Interessenten, die diese Anlage einmal live und in Betrieb sehen wollen, können das jederzeit nach Terminabsprache im neuen Technologie-Center bei Rehm Thermal Systems direkt in Blaubeuren. Bildquelle:kein externes Copyright
Mit der Idee kleine, günstige Luftanlagen mit einer zu öffnenden Prozesskammer zu bauen wurde 1990 die Firma Rehm gegründet. Durch “Einfach. Mehr. Ideen.” im Bereich thermische Systemlösungen für Elektronikindustrie, ist Rehm heute Technologie- und Innovationsführer für die moderne und wirtschaftliche Elektronik-Baugruppen-Fertigung. Als global agierender Hersteller von Löt- und Trocknungssystemen sind wir in allen relevanten Wachstumsmärkten vertreten und realisieren als Partner für unsere Kunden, Fertigungslösungen, die Standards setzen.
Langjährige Partnerschaften mit unseren Kunden, die Zusammenarbeit mit renommierten Instituten und ein umfassendes Know-How sichern auch zukünftig unseren Erfolg. Mit einem hohen Eigenfertigungsanteil bieten wir unseren Kunden die passende Lösung für individuelle Anforderungen.
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