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2021-07-28
Fachbuch: Schutzlacke für elektronische Baugruppen
2021-07-28
Fachbuch: Schutzlacke für elektronische Baugruppen

Peters Fachbuch hat es in sich: „Schutzlacke für elektronische Baugruppen“ von Dr. Manfred Suppa ist 527 Seiten stark und beschreibt sehr detailliert mit 329 Abbildungen und in 112 Tabellen Anwendungsgebiete, Anforderungsprofile, Merkmale und Verarbeitung von Schutzlacken für die Elektronik. Herausgegeben wurde es 2010 von Unternehmensgründer Werner Peters. Zum Jubiläum im vergangenen Jahr, 50 Jahre Lackwerke Peters, wollen wir mit diesem Artikel tiefer einsteigen in das umfangreiche Werk für Praktiker und Fachleute und zusammenfassen, was inhaltlich zu finden ist. 

Haben Sie sich schon einmal die Frage gestellt, was Elektronik, Schutzlacke, Chemie und Physik miteinander zu tun haben? Oder haben Sie sich schon einmal Gedanken darüber gemacht, warum elektronische Baugruppen besonders geschützt werden müssen? Und warum das interessant sein könnte? Wir haben den Autor Dr. Manfred Suppa gefragt. Er war viele Jahre Leiter der Abteilung Forschung und Entwicklung bei der Peters Gruppe.

„So lange gibt es Schutzlacke noch nicht am Markt“, blickt Dr. Suppa in die Historie. Treiber war das Militär. Fahrzeuge mit viel Elektronik an Bord, wie Panzer oder Jeeps, versagten unter extremen klimatischen Bedingungen in den Tropen ihren Dienst.  „Das war lebensgefährlich.“ Zu dem Zeitpunkt war spätestens klar: Die Elektronik muss besonders geschützt werden. In dieser Zeit entstanden die ersten Lacke zum Schutz der Elektronik. Ein Segen, denn elektronische Baugruppen werden zunehmend in immer mehr Anwendungen auf immer kleinerem Raum verbaut und müssen vor Feuchtigkeit und Verschmutzung geschützt werden. Darüber hinaus reicht heute in der Leiterplattenproduktion das Wissen von damals, dass ein Schutzlack beispielsweise trocknen muss, nicht mehr aus. „Der Kunde möchte detaillierter wissen, was physikalisch, chemisch genau innerhalb dieses Zeitraumes passiert, um Prozesse optimieren und beschleunigen zu können“, sagt Dr. Suppa.

Elektronische Baugruppen auf kleinstem Raum

Warum diese Schutzlacke immer bedeutsamer werden, verdeutlicht Dr. Suppa am Beispiel einer Steckdose: „Die elektrischen Pole sind zum Beispiel einen Zentimeter voneinander entfernt, da macht ein Tropfen Wasser nichts aus. Wenn aber beide Pole auf unter einem Millimeter zusammenrücken, bewirkt ein Tropfen Wasser möglicherweise schon das Aus.“

Die Elektronikbranche samt Elektro-Mobilität, LEDs und Sensoren stellt sich dieser Herausforderung, elektronische Baugruppen auf kleinstem Raum vor Hitzentwicklung, Kurzschlüssen, Korrosionen zu schützen, um u.a. Langlebigkeit zu gewährleisten. 

Ein Buch, das detaillierte Einblicke in hochkomplexe physikalische und chemische Hintergründe rund um elektronische Baugruppen und deren Belastungen gewährt. Fachgebietsübergreifend werden verschiedene Fragestellungen beantwortet.

Schutzlack dient der Erhaltung und Verbesserung

Das Schutzlackieren elektronischer Baugruppen dient der Erhaltung oder Verbesserung der elektrischen Massenfertigung. Wesentliche Gesichtspunkte für die Materialauswahl der Schutz- bzw. Isolierlacke sind Einsatztemperaturbereich, Sperrwirkung gegen Wasser bzw. Wasserdampf, Gaspermeabilität, elektrische Eigenschaften, Beschichtungseigenschaften und Haftvermögen sowie Reparaturfähigkeit, Transparenz und Abriebfestigkeit. „Die große Anzahl der heute verfügbaren Schutzlacke differenter chemischer Zusammensetzung zeigt die Flexibilität und die Vielfalt der Möglichkeiten, funktionsgerechte elektronische Baugruppe mittels Schutzlackieren herzustellen“,  schreibt Professor Dr.- Ing. Wolfgang Scheel im Vorwort des Buches (bis 2008 war Professor Scheel Leiter der Abteilung Baugruppentechnologie und Verbindungstechniken am Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration, IZM, Berlin). Er hat mit seinem Team richtungsweisende Arbeiten für eine neue Generation von Schaltungsträgern geleistet und großen Einfluss auf die verwendeten Aufbau- und Verbindungstechniken genommen.

Das Fachbuch, sowohl für den Praktiker als auch für den Fachmann, stellt den heutigen Kenntnisstand zu Schutzlacken dar und zeigt künftige Entwicklungen auf. Komplexe Wechselwirkungen zwischen den eingesetzten Lacken, applizierte Fertigungsverfahren, die Qualitätsprüfung und Zuverlässigkeitsbetrachtungen bilden den Hauptinhalt des Buches. „Die Anforderungen der letzten 10 Jahre in der Baugruppenbeschichtung haben sich zum Teil drastisch verändert bzw. verschärft. Das betrifft sowohl den Bereich der Applikation als auch den der technischen Leistungsfähigkeit der eigentlichen Beschichtung. Für die Applikation seien exemplarisch die sich verkürzenden Applikations- und Trocknungszeiten und auch die Kontroll- und Dokumentationsmöglichkeiten in den verschiedenen Phasen zu erwähnen. Bei der technischen Leistungsfähigkeit einer Beschichtung seien beispielsweise einerseits die elektrischen Eigenschaften unter höchsten Feuchtigkeitskonditionen und andererseits thermische Beständigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit der beschichteten Baugruppe genannt,“ ergänzt der Autor Dr. Manfred Suppa. 

Warum Beschichtungsstoffe notwendig sind

Es finden sich detaillierte Beschreibungen zu grundsätzlichem Wissen in dem Fachbuch. Beispielsweise warum elektronische Baugruppen mit Beschichtungsstoffen versehen werden müssen und welche Anforderungen zunehmend an sie gestellt werden. Beschichtungen bieten mechanischen Schutz u.a. gegen mechanischen Abrieb, Vibration oder leichte Stoßbelastungen. Sie bieten Korrosionsschutz u.a. gegen Feuchte, Chemikalien oder Schimmelpilzbefall. Darüber hinaus verbessern sie die elektrische Isolierung zwischen zwei Potenzialen bei Anforderungen im Explosionsschutz oder Hochvoltbeanspruchungen, insbesondere in großen Höhen. „Aufgrund dieser Anwendungsvielfalt und der hohen Empfindlichkeit wird auch bei Sensoren optimal angepassten Schutz- und Isolationswerkstoffen immer mehr Bedeutung beigemessen. Erst der Schutz vor Umwelteinflüssen und störenden elektrischen Strömen ermöglicht einen breit gefächerten Einsatz dieser Produkte, auch unter extremen Bedingungen,“ heißt es in dem Abschnitt, warum elektronische Baugruppen beschichtet werden müssen.

Fertigung und Applikation von Schutzlacken

Großen Raum nimmt die ausführliche Beschreibung von Schutzlacken ein. Hier sind Grundlagen und die Zusammensetzung von Beschichtungsstoffen Themen. Es werden u.a. Einteilungen nach der chemischen Bindemittelbasis beschrieben, Eigenschaften von Schutzlacken, Trocknungs- und Härtemechanismen, Schichtdicken, Vorreinigung und Vorbehandlung der Baugruppen einer Schutzlackierung. Sind es eher flüssige, plastische, ionische oder pulverförmige Zustände, die im Fertigungsverfahren und der Applikation eine Rolle spielen.

Werden diese Stoffe mit all ihren Eigenschaften angewandt und verarbeitet, finden ausgefeilte Prüfungen statt. Dabei wird zwischen der Untersuchung des Beschichtungsprozesses, der Funktionsprüfung der Baugruppen und der Qualitätsprüfung einer Beschichtung unterschieden. Hierbei sind die Einheitlichkeit von Beschichtung, Gleichmäßigkeit in Farbe und Schichtdicke der Oberfläche, Härtung, Blasenfreiheit wichtige Faktoren. Ergänzend dazu muss der Beschichtungsfilm frei sein von schädlichen Substanzen, Bläschen, Runzeln, Rissbildungen. 

Fehler finden und beheben

Denn immerhin kann es bei derart komplexen technischen und chemischen Prozessen wie der Schutzlackverarbeitung auch zu Fehlern kommen. Zu diesem Thema finden sich viele Kapitel, die im Rahmen von „Troubleshooting“ beschrieben werden. Zu Fehleranalyse und Reparatur finden sich zentrale Beschreibungen. Zu welchen Fehlern kann es kommen, wie können sie erkannt und wie bestenfalls behoben werden. So ist die Verarbeitung der Lacke relativ unspektakulär – bei der Beschichtung kann es jedoch zu einer Reihe von Fehlern kommen. Dabei können auch mehrere Ursachen bedeutsam sein, was das gesamte Geschehen von Fehlererkennung und möglicher Reparatur nicht gerade leichter macht.

Inhalt über Jahre gewachsen

Im 40 Seiten umfassenden Anhang findet der Leser Umrechnungsfaktoren, physikalische Größen, Umweltprüfnormen und ein umfangreiches Stichwort-, Abbildungs-, Tabellen- und Literaturverzeichnis.

Das umfangreiche Werk ist über viele Jahre inhaltlich gewachsen, zunächst in Form von Referaten, Vorträgen und diversen Artikeln in Fachzeitschriften. „Bis in Gesprächen Fachkollegen immer häufiger an mich herantraten und den Wunsch äußerten, dass das alles einmal zusammengefasst werden müsste“, erinnert sich Autor Dr. Suppa an die Anfänge. Eine umfangreiche Arbeit, die sicher knapp sechs Jahre in Anspruch genommen hat.

Ein Spezialthema, das von großer Tragweite ist. Bevor elektrische Schaltungen auf Basis des Trägers Leiterplatte Einzug in den industriellen Einsatz gehalten haben, wurden Drähte als elektrische Leiter durch Beschichtungen auf organischer Harzbasis gegen Kurzschluss geschützt. Mit dem Einsatz der Leiterplatte als Schaltungsträger und der rasanten Entwicklung der Schaltungstechnologie auch unter extremer werdenden Einsatzbedingungen, z.B. im Tropen-, Militär-, Raumfahrt- und Fahrzeugbereich, ist die Anforderung an Schutzeigenschaften für elektronische Schaltungen gestiegen und steigt noch weiter, denn Teile werden auf immer engerem Raum verbaut und damit weitaus anfälliger für Feuchtigkeit, Korrosion und damit häufig einhergehendem Funktionsverlust. Umso wichtiger, dass es Komplettanbieter wie das Unternehmen Peters Group gibt, die auf höchstem Niveau Forschung- und Entwicklung in der weiteren Schutzlackentwicklung und Verarbeitung betreiben. Eine Unternehmensgruppe, die als High-Tech-Anbieter für ganzheitliche Lösungen in der Bestückung von Leiterplatten tätig ist, sich derart spezialisiert hat und ihre Produkte weltweit vertreibt und ihr Know-how in Form von Beratungsleistungen weltweit weitergibt. Das geschieht in Form eines solchen umfangreichen und detaillierten Fachbuches, in Seminaren und Workshops, in der Transparenz von Produktions- und Fertigungsabläufen und sehr bald der Möglichkeit für Externe, ihre Produkte einem Prüfverfahren bei Peters zu unterziehen. Welche Möglichkeiten sich hier ergeben, für wen dieses Prüfverfahren in Frage kommen kann und von Interesse ist, beschreiben wir in Kürze in einem unserer folgenden Blogartikel.

Wer Interesse an dem Peters Fachbuch von Dr. Manfred Suppa hat, kann es hier bestellen. Wer sich über das Familienunternehmen Peters, das weltweit agiert, informieren möchte, an Neuheiten und Entwicklungen innerhalb der Peters Group interessiert ist, trage sich gern in unseren Newsletter auf unserer Webseite www.peters.de ein. 

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