Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Funktionale Sicherheit für elektronische Baugruppen: Ausgabe 14/2018, 12.09.2018

Innovative Schutzschichten

Die Anforderungen an EMS-Dienstleister was den Schutz der hergestellten Baugruppen betrifft, steigen zunehmend. In den meisten Fällen sollen die Baugruppen vor spezifischen Einflüssen, wie die durch Feuchtigkeit bedingte Elektromigration, geschützt werden. Ein Spagat zwischen Qualität und Kosten.

Der Kunde möchte seine Elektronikbaugruppen für besonders empfindliche Einsatzgebiete ausgelegt haben oder für eine längere Lebensdauer. Auch soll der Ausfall von ganzen Anlagen mit hoher Wahrscheinlichkeit deutlich vermindert werden. Hierbei ein gesundes Gleichgewicht zwischen hoher Produktqualität und niedriger Kostenstruktur zu halten ist für viele die grösste Herausforderung.

Miniaturisierung und Bauteildichte sind Herausforderungen
Wesentliche Ursachen für die zunehmende Bedrohung durch Feuchtigkeit sind u. a. immer kleiner werdende Bauteile, verringerte Leiterbahnabstände mit entsprechender Steigerung der Spannung, wachsende Bestückungsdichte und zunehmende Klimaeinflüsse. Die Komplexität der unebenen Bereiche und die Reinheit der Oberfläche spielt auch eine wichtige Rolle. Zum Schutz werden unter anderem Lack, Plasma, Verguss oder Parylene eingesetzt.
Das Tauchlackieren oder selektive Lackieren ist grundsätzlich preisgünstig und schnell. Es hat aber nur eine bedingte Schutzwirkung und liefert häufig nur eine geringe Benetzung der Bauteile. Ungleichmässig dicke Schutzschichten neigen jedoch beim Lackieren zu Kantenflucht und Fehlstellen. Auch unterhalb von Bauteilen kann bei diesen gegebenen Voraussetzungen keine gleichmässige Beschichtung stattfinden.

Fliessverhalten spielt wichtige Rolle
Der Vollverguss mit Epoxidharz, Polyurethan oder Silikon bietet sehr hohen Feuchtigkeitsschutz – gegeben durch die sehr hohe Schichtdicke. Für das anwendungsgerechte Packaging von mikroelektronischen Komponenten in Anwendungen mit aggressiven Umgebungseinflüssen, wie Kraftstoffe, Öle, Hitze oder Vibration spielen hoch zuverlässige Vergussmassen eine wichtige Rolle. Der Verguss schützt hier vor thermischen und mechanischen Belastungen, sowie vor aggressiven Medien. Das Fliessverhalten der Vergussmassen spielt für eine sichere Verarbeitung eine entscheidende Rolle. Ebenso ist die zusätzliche Belastung durch das Gewicht eine weitere Herausforderung für viele elektronische Baugruppen.

Die Parylene ist eine Beschichtung aus der Gasphase. Bei der Oberflächenreaktion eines Monomer-Gases in einer Vakuumkammer entsteht somit eine Deckschicht. Das Besondere ist, dass bei diesem Gasphasenabscheidungsverfahren mit Parylene eine konforme gleichmässige Schichtdicke entsteht – das so genannte real conformal coating. Da es sich bei der Paryleneschicht während der Aufbringung um ein «Kunststoffgas» handelt, werden alle Teile hermetisch mit der innovativen Paryleneschicht versiegelt.

Parylene ist physiologisch und toxikologisch unbedenklich
Darüber hinaus können Bereiche und Strukturen beschichtet werden, die mit anderen Verfahren nicht erreichbar sind, z. B. tiefe und enge Spalten sowie Bauteilkanten – Kantenflucht soll es bei diesem Verfahren nicht geben. Elektronikbaugruppen, die in 3D MID Technik gefertigt werden, sind nur mit der Parylenebeschichtung prozesssicher gegen Feuchtigkeit zu schützen, da auf senkrechten Flächen die gleiche Beschichtungsdicke wie auf waagerechten Flächen erreicht wird.
Die Paryleneschichten sind physiologisch und toxikologisch völlig unbedenklich. Es sind keine Lösungsmittel – wie z. B. in Lacken – oder Weichmacher – wie z. B. in Vergussmassen enthalten. Das Beschichtungsverfahren mit Parylene bietet mit einer ebenmässigen Beschichtungsqualität eine hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit. Der kunststoffartige Überzug isoliert die Bauelemente und Baugruppen wirksam gegen Feuchtigkeit, Korrosion, aggressive Medien und ist auch eine Diffusionsbarriere gegenüber Gasen. Parylene versiegelte Bauteile bieten Schutz vor Metallstäuben, Kriechströmen, Kondenswasser und Insektenbefall. Zusätzlich bestehen Parylene beschichtete Baugruppen auch die hohen Anforderungen eines Salznebelsprühtests.

Parylenebeschichtungen sind ökonomisch
Somit ist die Parylenebeschichtung hervorragend geeignet, die ständig wachsenden Umweltanforderungen – REACH, RoHS – zu erfüllen. Aufgrund des geringen Materialeinsatzes sind Paryleneschichten sehr ökonomisch. Durch die mikrometerdünnen Schichtdicken der Parylene besteht ein Bruchteil an Gewichtsbelastung im Vergleich zu anderen Versiegelungen, wie den Verguss oder die Lackierung. Bei Bauteilen für die normalerweise 30 g an Vergussmasse benötigt werden, schlägt sich die Parylene mit 0,5 bis 1 g kaum merklich nieder. Parylene wird üblicherweise in Schichtdicken zwischen 1 bis 25 µm aufgebracht. Die Temperaturbeständigkeit beträgt je nach eingesetzter Paryleneart (N, C, D, F, AF4) zwischen 60 °C bis ca. 350 °C, wobei Minustemperaturen von bis zu –100 °C keine negativen Einwirkungen auf die Schutzschicht haben.

Exklusiver Service
Eigenen Angaben zufolge ist die Firma Heicks das einzige Dienstleistungsunternehmen in Deutschland, welches an einem Standort elektronische Baugruppen nach Luftfahrtnorm  DIN EN ISO 9001/EN/AS 9100 fertigen, mit Parylene beschichten und die Paryleneschicht mit Hilfe eines Speziallasers selektiv wieder entfernen kann.

Infoservice
Heicks Industrieelektronik GmbH
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Parylenebeschichtungen sind in der Regel teurer als Lackieren aber preiswerter als Vergiessen


Platine mit gelaserten Strukturen im unteren rechten Bereich