Nachfrage nach Plasmaanwendungen vor Conformal-Coating-Prozessen steigt an

Aufgrund steigender Miniaturisierungsgrade und erhöhter Packungsdichten auf Baugruppen verzeichnet die Plasmatreat GmbH eine gestiegene Nachfrage nach Plasmaanwendungen im Bereich der Elektronikfertigung. Plasmaapplikationen werden als Vorprozess für das Beschichten von Baugruppen und Bauteilen eingesetzt, um hohe und langlebige Verbindungen und Funktionalitäten zu gewährleisten.

„Wenn wir uns die Elektronikentwicklung der letzten Jahre anschauen, so können wir davon ausgehen, dass der Trend zur fortschreitenden Miniaturisierung und hohen Packungsdichte, bei steigender Funktionalität der Elektronikbaugruppen weiter zunehmen wird. Des Weiteren wird Elektronik in immer anspruchsvolleren Umgebungen eingesetzt, mit dem verstärkten Ziel, absolut fehlerfrei und zuverlässig zu funktionieren. Gerade eMobility und das autonome Nutzen von unterschiedlichsten Fahrzeugen, wird das Erreichen dieser Ziele weiter verstärkt. Der Bedarf, Elektronik vor Umwelteinflüssen zu schützen, wird daher ungebrochen Bestand haben“, blickt Nico Coenen, Business Development Manager Electronics Market der Plasmatreat GmbH in die Zukunft.

(Quelle: Plasmatreat)

Aufgrund dessen werden Conformal Coating-Prozesse verstärkt eingesetzt, um Bauteile vor unterschiedlichsten Einflüssen zu schützen. Coenen hebt allerdings hervor, dass diese Entwicklung nicht unproblematisch ist: „Wir wissen, dass der Conformal Coating viele Variablen aufweist, die sich auf die Endqualität auswirken können, wie beispielsweise Blasenbildung, Entstehung von Orangenhaut, ungleichmäßige Beschichtungen und Delamination“.

Die Gründe für diese Defekte sind vielseitig, zum Beispiel kann es an der Unverträglichkeit von Materialien, eingesetzte Lötprofile oder auch die Qualität von Leiterplatten und Bauteilen liegen. „Die hier genannten Gründe kann ich als Elektronikfertiger selber angehen, aber es gibt auch Situationen, wo über weitere Maßnahmen nachgedacht werden muss. Hier kommen wir mit unserer Openair-Plasmatechnologie in Spiel“, so Coenen.

Die Openair-Plasmatechnologie von Plasmatreat wird seit vielen Jahren in der Elektronikfertigung zur Oberflächenbehandlung eingesetzt. Wird mittels elektrischer Entladung zusätzlich Energie in die gasförmige Materie eingekoppelt, entsteht Plasma. Dabei können Elektronen die Schale von Atomen verlassen und es kommt zu Bindungsbrüchen. Dies führt zur Bildung von freien Elektronen, Ionen und Molekülfragmenten.

Durch das von Plasmatreat 1995 entwickelte Düsensystem gelang es, diesen Zustand industriell nutzbar zu machen. In der Elektronikfertigung werden so Oberflächen bearbeitet, um beispielsweise Conformal Coating-Materialien besser anhaften zu lassen. Die Zuverlässigkeit dieses Verfahrens hat Plasmatreat vielfach bewiesen. In Erinnerung blieb Coenen der Fall eines deutschen Unternehmens aus der Luft- und Raumfahrtbranche.

„Jahrelang stellte das Unternehmen Baugruppen mit den gleichen Komponenten und mit den gleichen Prozessen her, bis bei einer Qualitätsprüfung festgestellt wurde, dass das schützende Coating-Material bei bestimmten Bauteilen nicht dauerhaft anhaftete“, erinnert sich Coenen. Der Grund waren ein neues Formentrennmittel, welches der Bauteilhersteller einsetzte und über das er den Kunden nicht informiert hatte. Ein Bauteilaustausch war nicht möglich, so das nach anderen Lösungen gesucht wurde.

Eine Grundierung auf Lösungsmittelbasis kam aus Kosten- und Umweltgründen nicht in Frage und eine Laservorbehandlung wurde mit der Begründung ausgeschlossen, dass die unebene Oberfläche die Kopplungseffizienz unvorhersehbar gemacht hätte. CO2-Schneestrahlen brachten nicht die gewünschten Ergebnisse. Schlussendlich entschied man sich für die Oberflächenbearbeitung mittels Openair-Plasma, um eine stabile, langlebige Verbindung zwischen Bauteil- und Coating-Material herzustellen. Anschließende Burn-In-Test belegten die Anhaftungsqualität des Conformal Coating-Materials.

Unternehmen wie Rohde & Schwarz, aber auch Zulieferer der Automobilbranche nutzen die Plasmatechnologie zur Absicherung der Conformal Coating-Prozesse schon seit Jahren. Doch jede neue Anwendung ist kundenspezifisch, da die Parameter, die zum Scheitern des Conformal Coating-Prozesses führen sehr vielseitig sind. „Wir führen jedes Jahr viel Evaluierungen und Case Studies mit Kunden und Interessenten durch“, so Coenen. Dabei kommen die verschiedensten Coating-Materialien, Coating-Anlagen und Testverfahren zum Einsatz, abhängig vom Einsatzgebiete des Kunden.

„In der Regel steht meist die grundsätzliche Frage im Raum, welchen Einfluss Plasma auf die Coating-Verbindungen hat und ob diese beispielsweise auch noch nach einem Thermoschock-Test vorhanden sind“, erklärt Coenen das Vorgehen. So wurden beispielsweise in einer Studie vier verschiedenste Coating-Material auf bestückten Kundenleiterplatten aufgebracht. Diese Leiterplatten wurden zum Teil mit Openair-Plasma vor dem Coating-Prozess vorbehandelt, nach dem Auftrag ausgehärtet und dann in einer Serie von Thermoschock-Tests Belastungen von -40℃ bis 130 ℃ ausgesetzt. Diese Belastungen wurden 250 Mal alle 30min wiederholt. „In diesem Fall konnten wir belegen, dass die Bindung zwischen Leiterplatte und Coating-Material bei den plasma-behandelten Leiterplatten weitaus stabiler und zuverlässiger war, als bei unbehandelten Mustern. Das Coating-Material umschloss die Bauteile mit einer homogenen Fläche, ohne Blasen, Hohlräume oder Delaminationen“, erinnert sich Coenen.

Auch die Falschannahme, dass atmosphärisches Plasma Bauteile auf Leiterplatten zerstört, konnte Plasmatreat durch Kundenstudie wiederlegen, denn alle Muster waren nach der Plasmabehandlung voll funktionsfähig. „Natürlich sind Leiterplatten teilweise leitfähig und es ist auch richtig, dass lange Zeit kein atmosphärisches Plasmaverfahren zum Reinigen der Leiterplatten eingesetzt werden konnte, denn es bestand das Risiko von Kurzschlüssen, verbunden mit der Zerstörung von Layout und Bauteilen. Wir haben aber speziell für solche Anwendungen die Openair-Plasma-Düse entwickelt, die nachweislich mit einem sehr niedrigen, unbedenklichen Null-Volt-Spannungseintrag arbeitet und so Bauteile und Layouts nicht beeinflusst“, erklärt Christian Buske, Geschäftsführer der Plasmatreat GmbH.

plasmatreat.de

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