EPP 01-02.2023

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» BAUGRUPPENFERTIGUNG Bild: Electrolube links: QFP-Schliffbild einer URAR-beschichteten Baugruppe, rechts: Schliffbild einer QFP SB SBC-beschichteten Baugruppe Bild: Electrolube QFP-Schliffbild einer 2K-UR-beschichteten Baugruppe den nach den Betauungstests ausgiebig Schliffbilder erstellt und auf Lackdicke und -abdeckung untersucht, um zu verstehen, wie Dicke, Abdeckung und die inhärenten physikalischen Materialeigenschaften zusammen den Beschichtungsschutzindex bestimmen. Dieselben sechs Conformal Coatings wurden auf SIR-Testcoupons aufgetragen und sowohl mit, als auch ohne die gleiche Reflow No-Clean Lotpaste getestet, die für den Betauungsversuch verwendet wurde. Der SIR-Wert wurde während eines 1.000-stündigen Langzeittest bei 85 °C und 85 % relativer Luftfeuchtigkeit kontinuierlich gemessen. Ein in der Automobilindustrie häufig durchgeführter Kompatibilitätstest, um den Einfluss der Kompatibilität von Lotpaste und Conformal Coating auf den während der Kondensationsprüfung erzielten Schutzindex der Beschichtung zu verstehen. Der Kondensationswiderstandstest wurde von der NPL durchgeführt, wobei ihre Methode verwendet wurde, um die Kammerbedingungen konstant zu halten und Kondensation zu induzieren, indem die Temperatur der auf einer Kühlplatte befestigten Baugruppe in acht Zyklen über 48 Stunden um 0,1 bis 1,0 Kelvin unter den Taupunkt gesenkt wurde. Jedem Bauteiltyp der NPL-Baugruppe ist ein SIR-Muster zugeordnet, und der SIR-Wert wurde während der Betauung kontinuierlich gemessen. Best of Conformal Coatings Im Wesentlichen bleiben die Ergebnisse während der Kondensationszyklen über 1.000 GΩ und es gibt keine Ausfälle. Deutlich zu erkennen ist ein leichter Abfall des Isolationswiderstands (IR) während der Betauungsphase und ein leichter Anstieg beim Austrocknen der Beschichtung zwischen den Zyklen. Beim Vergleich dieser Daten mit denen des am schlechtesten abschneidenden Materials, einem Urethanacrylat mit niedriger Viskosität, das für die Film-Coat-Technologie entwickelt wurde, so sind erhebliche Schwankungen der IR-Werte zu erkennen, und einige Kanäle erholen sich während der Austrocknungsphase nicht, was auf eine permanente Korrosion schließen lässt. Um die Leistungsfähigkeit von Schutzlacken vergleichen zu können, hat die NPL einen Coating Protective Improvement Wert (CPI-Wert) entwickelt. So kann man die Schutzfähigkeit der einzelnen Conformal Coatings beurteilen und unterscheiden. Es gibt acht Stufen zunehmender Kondensation 1 – 8, jede Periode dauert 6 Stunden, was eine Gesamttestzeit von 48 Stunden ergibt. Wenn der Isolationswiderstand (IR-Wert) einer Komponente innerhalb eines Betauungsdurchlaufs unter 100 MΩ fällt, wird dieser Wert vermerkt. Da CPI ein Verbesserungswert ist, muss das Niveau, bei dem die unbeschichteten Baugruppen versagen, von dem Wert subtrahiert werden, um die Verbesserung abzuleiten. Von den Materialien, die als „State-of-the-Art“, also moderne, lösemittelfreie Rezepturen gelten, die zum Zeitpunkt der vorangegangenen Branchenbewertung noch nicht verfügbar waren, boten die 2K-UR- und 1K-SR-Lacke so ziemlich das Maximum an Schutzniveau, das durch die Beschichtung auf allen getesteten Komponenten erreichbar ist, insbesondere auf der QFP-Komponente, wo insbesondere die lösemittelverdünnten Materialien des „Standes der Industrie“ im Allgemeinen zu kämpfen hatten. Überraschenderweise schnitt das niedrigviskose, hochmoderne LED-härtende UV-Material auf der ganzen Linie außergewöhnlich schlecht ab, insbe- 28 EPP » 01-02 | 2023

BAUGRUPPENFERTIGUNG « Beispiele für typische Korrosion, wie sie nach Betauungstests mit älteren AR- und UR-Materialien zu sehen ist Bild: Electrolube sondere aber auf den 0402-Kondensatoren, wo es keine Leistungsverbesserung im Vergleich zu einer unbeschichteten Platine bot. Bei Betrachtung der CPI-Werte ist es nicht verwunderlich, dass die 1K SR- und 2K UR-Materialien perfekte Ergebnisse lieferten, nicht zuletzt, wenn man sich die Lackdicke und -gleichmäßigkeit auf den QFP ansieht. Es überrascht nicht, dass das URAR-Material einen niedrigeren CPI erzielte als der modifizierte SB-SBC-Lack, angesichts der Dicke von Null im Vergleich zu 8 µm, die mit dem SB-SBC-Material erreicht wird. Überraschenderweise war der CPI-Wert trotz der Nullabdeckung jedoch nicht Null. Bei diesen Materialien war die Korrosion nach dem Kondensationstest an allen Komponententypen weithin sichtbar, während die Platinen der leistungsfähigeren Materialien nach der Beschichtung makellos aussahen. Schließlich wurde die Kondensationstestmethode des NPL verwendet, um die Fähigkeit von Schutzlacken zu bewerten, Komponenten auf einer dreidimensionalen SIR-Testplatine abzudecken und zu schützen. Diese wurden unter Verwendung derselben No-Clean-Lotpaste bestückt und gelötet. Bei den hochmodernen Materialien erzielten sowohl das 2K-UR- als auch das 1K-SR-Material perfekte Coating Protection Improvement (CPI)-Werte, und die Analyse der gefertigten Schliffbilder zeigte eine beeindruckende Schichtdicke und Abdeckung aller Komponenten. Ein stark modifiziertes SB-SBC-Material wurde entwickelt und in 3 Schichten aufgetragen, um zu versuchen, eine vergleichbare Dicke und Abdeckung wie die neuen Materialien zu erreichen. Dieses Material konnte zwar nie in der Produktion eingesetzt werden, erzielte aber deutlich bessere CPI-Werte als die anderen alteingeführten “Legacy”-Materialien. So wie Electrolube es in den ursprünglichen Tests erwartet hatte, waren die Ergebnisse für die zweikomponentige 2K-UR-Beschichtung und das 1K-SR-Material fehlerfrei. Sowohl die Beschichtungsdicke als auch die Abdeckung sind nahtlos und schützen die Platinen perfekt unter Betauung. Die AR- und UR-Materialien zeigten die gleichen Abdeckungs- und Dickenprobleme, die gemäß dem Bericht zum “Stand der Industrie” erwartet wurden, obwohl sie doppelt mit einer viel größeren als der empfohlenen Schichtdicke aufgetragen wurden. Korrosionsprodukte wurden nach dem Kondensationstest an allen Komponenten gesehen. Enttäuschenderweise schnitt eine im Handel erhältliche, mit einem Film-Coater verarbeitbare, UV-LED-härtbare URAR-Formulierung mit niedriger Viskosität, die als hochmodernes Material in diesen Test aufgenommen wurde, im Kondensationstest schlechter ab als die herkömmlichen Materialien. Trotz der schnellen UV-Härtung dieses Materials hatte sich die Beschichtung deutlich eingeebnet und die Bedeckung auf Bauteilkanten war unzureichend. Leistungsanforderungen an Conformal Coatings werden immer anspruchsvoller, da die Elektronik immer aggressiveren Betriebsumgebungen ausgesetzt wird, einschließlich höherer Temperaturen und auftretender Betauung. Somit sind die NPL-Testergebnisse ein ausgezeichneter, aber auch ein unversöhnlicher Indikator für die Leistungsschwäche auf dem Markt eingeführter Materialien. Die 2K-Schutzlacke von Electrolube bieten einen noch besseren Schutz, ähnlich dem Schutz, den eine Vergussmasse bietet, sowie eine Abdeckung scharfer Bauteilkanten und eine schützende Dicke. Sowohl der 2K-UR-Lack als auch das 1K-SR-Material wurden einer Vielzahl von harten Tests, einschließlich harscher Tauch- und Kondensationstests, unterzogen, wobei NPL bestätigte, dass ihre Leistung im Vergleich mit den anderen Schutzlacken konkurrenzlos war. www.electrolube.com EPP » 01-02 | 2023 29