Viele Elektronikfertiger kommen nicht um eine Schutzbeschichtung herum. Nach wie vor behaupten sich Tauchlackieranlagen zum Conformal Coating empfindlicher Elektronik, die sowohl technische als auch ökonomische Vorteile bieten.

Die Perfecta genannte Tauchlackieranlage eignet sich zum Conformal Coating von Elektronikbaugruppe. Die Anlagen verarbeiten sowohl Lösemittel- als auch Silikonlacke. (Bild: GTL Knödel)

Je nach Umgebungsbedingungen und Einsatzort sind elektronische Baugruppen auf eine gezielte permanente Schutzbeschichtung angewiesen. Schließlich müssen sie sehr hohe Ansprüche an Qualität, Lebensdauer und Zuverlässigkeit erfüllen. Diese Beschichtungen sollen vor Korrosion und Umwelteinflüssen wie etwa Feuchtigkeit, Betauung, Temperatur oder Schadgas schützen. Zudem ist ein Oberflächenschutz auch deshalb sinnvoll, weil Baugruppen permanent kleiner und Leiterbahnstrukturen immer feiner werden.

Bereits in den 1980er Jahren hat man angefangen, bestimmte Flachbaugruppen mittels Schutzlackierung gegen Umwelteinflüsse zu schützen. Die ersten Maschinen, die hierfür gebaut wurden, waren Tauchlackieranlagen, mit denen es möglich war, die entsprechenden Schutzlacke auch auf eine große Teilezahl schnell und sicher aufzutragen. Mit zunehmender Packungsdichte und anspruchsvolleren Leiterplattendesigns wurde es aber zunehmend schwieriger, den Lack mittels Tauchauftrag aufzubringen. Aufwändige Maskierarbeiten, um Baugruppen tauchfähig zu machen, machten hohe Stückzahlen zu teuer. Im Zuge dessen wurde die überwiegende Zahl dieser Lackiervorgänge mittels selektiver Verfahren und entsprechender Anlagentechnik durchgeführt. Trotzdem hat sich das Tauchverfahren auch in der Elektronikfertigung bis heute am Markt gehalten und hierfür gibt es gute Gründe.

Gerade beim horizontalen Tauchen interessant: Ein besonderes Eintauchenverfahren verhindert die Luftblasenbildung an der Bauteilunterseite und sorgt so für eine zuverlässige Schutzbeschichtung. GTL Knödel

Schon bei mittleren und erst recht bei großen Durchsätzen und auch bei beidseitiger Lackierung bietet das Verfahren erhebliche Vorteile – immer vorausgesetzt die Baugruppe ist tauchfähig. Wenn sie es ist, kann es interessant sein, das sogenannte Conformal Dipcoating als Alternative zu anderen Beschichtungsverfahren in die Betrachtung mit einzubeziehen. Einerseits ist es möglich, beim Tauchen eine Vielzahl von Baugruppen gleichzeitig „im Paket“ zu lackieren und diese im folgenden Trocknungsprozess dann auch zusammen auf kompakter Fläche zu trocknen. Andererseits stellt die Anlagentechnik überschaubare Ansprüche an seine Betreiber.

So ist es auch möglich, in Gebieten einen zuverlässig arbeitenden Prozess zu implementieren, in denen die Menge an ausreichend qualifiziertem Personal eingeschränkt ist. Die Entscheidung welchen Lack man hierbei einsetzen möchte, hängt von der gewünschten Schutzwirkung ab, die erzielt werden soll. Die meisten der auf dem Markt erhältlichen Lacke sind sowohl für Tauchverfahren als auch für selektive Verfahren geeignet oder in geeigneter Ausführung erhältlich. Ausnahmen bilden hauptsächlich zweikomponentige Lacksysteme, deren Einsatz gewisse Anforderungen beinhaltet und die man beim Tauchen möglichst meiden sollte.

Wenn der Lack einmal feststeht, die Baugruppe tauchfähig ist und die zu erzielenden Durchsätze bekannt sind, geht es an die Auswahl passender Anlagentechnik. Eine Maschinenserie, die bereits die Anfänge der Tauchlackierung mitgemacht hat und die es, wenn auch in stark modifizierter Ausführung, heute noch gibt, ist die Perfecta genannte Anlagenserie von GTL Knödel. Dieser Anlagentyp wurde im Laufe der Jahrzehnte auf der Basis immer weiter steigender Anforderungen kontinuierlich weiterentwickelt und hat dadurch einen sehr hohen Reifegrad erreicht. Millionen von Bauteilen für den Automotivebereich – angefangen von ABS-Elektroniken bis hin zu Steuerungen verschiedenster Art aus aktueller Produktion – wurden und werden hiermit lackiert.

Bauteile lassen sich nach dem Tauchen zum Abtropfen ohne Zeitverlust auch mehrfach hintereinander kippen, um so dem Lack noch vor dem eigentlichen Trocknungsvorgang eine verlängerte Abdunstphase zu ermöglichen. GTL Knödel

Bei diesen Perfecta-Anlagen, bei denen eine Tauchkabine mittels eines Kettenförderers direkt innerhalb eines Gehäuses mit dem Trockner verkettet ist, werden baugruppenspezifische Werkstückträger mit den Teilen entweder manuell oder auch automatisch mittels Handlingsachsen oder Robotern in die Anlage geladen. Die Teile werden anschließend mittels eines selektierbaren Tauchprogramms bearbeitet, in dem Verfahrensparameter wie Ein- und Austauchgeschwindigkeit, Kippzeiten und Trocknungszeiten hinterlegt sind. Servomotoren und pneumatische Komponenten, gepaart mit ausgefeilter Sensorik, sorgen für ein optimales Lackierergebnis.

Von der Lackviskosität über die Lacktemperatur bis zu den Trocknungsparametern wird alles überwacht, eingestellt und geregelt. Entnommen oder automatisch entladen werden lackierte und getrocknete Bauteile, die bereits wieder gekühlt wurden und sofort der weiteren Bearbeitung zugeführt werden können. Wenn man einmal von Sonderverfahren absieht, kann man die Teile grundsätzlich vertikal oder horizontal eintauchen. Welche Möglichkeit geeigneter ist, hängt im Wesentlichen vom Bauteil selbst ab. Durch die Verwendung der Werkstückträger und der passenden Tauchprogramme wird die Anlage nahezu universell einsetzbar. Das geht soweit, dass es möglich ist, vertikal eingetauchte Teile in horizontaler Lage zu trocknen.

Der modulare Aufbau erlaubt verschiedene Ausbaustufen. So können die Bauteile nach dem Tauchen zum Abtropfen ohne Zeitverlust auch mehrfach hintereinander gekippt werden und der Lack noch vor dem eigentlichen Trocknungsvorgang eine verlängerte Abdunstphase erhalten. Je nach erforderlicher Trockenzeit und Aushärtetemperatur des jeweiligen Lackes sind verschiedene Varianten des Trocknerteils verfügbar. Alle entsprechen der Norm DIN EN 1539 in der jeweils geltenden Version. Diese Norm definiert Sicherheitsvorschriften für Trockner, in denen lösemittelhaltige Stoffe, in diesem Fall die Lacke, getrocknet werden. Beim Tauchverfahren gilt es zu bedenken: Das Verfahren selbst scheint auf den ersten Blick recht simpel, doch steckt auch hier der Teufel im Detail. In der Vergangenheit hat daher so mancher Eigenbau seinem Erfinder mehr Probleme beschert als Geld gespart. Durch die Zusammenarbeit mit einem professionellen Anlagenbauer, der sich in der passenden Anlagentechnik auskennt und auch bei der Auswahl eines passenden Schutzlackes zur Seite stehen kann, lassen sich Fehler vermeiden.

Beim horizontalen Tauchen kann es beispielsweise zur Luftblasenbildung an der Unterseite des Bauteils kommen. Hier bietet die Perfecta-Anlage die Möglichkeit die Teile so in den Lack „einzuführen“, dass Luftblasen vermieden werden. Die Lackviskosität, die sowohl vom Material selbst bestimmt ist, aber teilweise auch von der Lacktemperatur abhängig sein kann, ist der bestimmende Faktor für die spätere Lackschichtdicke. Zur Bestimmung der Viskosität gibt es die Möglichkeit der manuellen Messung. Eine automatische Messung mit verbundener automatischer Nachdosierung des Verdünners ist aber auch möglich. Sinn macht diese aber nur, wenn die Lacktemperatur anlagenseitig eingestellt wird. Auch kann die richtige Umwälzung des Lackes im Lackkreislauf einen Qualitätsfaktor darstellen. Die Sicherstellung eines stets gleichbleibenden Lackspiegels im Tauchbehälter ist Voraussetzung für ein reproduzierbares Ergebnis.

Auf das Lackieren folgt die Trocknungsphase. Je nach Lack kann es dazwischen noch eine zusätzliche Abdunstphase geben. Die Trocknung lässt sich durch Wärmeeinwirkung meist verkürzen, was bei größeren Bauteilmengen unerlässlich ist. Die richtige Anlagentechnik, die Kenntnis über Wärme- und Stoffübergänge sowie die Beachtung von Sicherheitsvorschriften und geltenden Normen führt schlussendlich zu einem qualitativ hochwertigen Beschichtungsergebnis, das langfristig die gewünschte Schutzwirkung bietet und auch wirtschaftlichen Betrachtungsweisen standhält.

Zudem gilt es auch, die an oder in der Umgebung der Anlage arbeitenden Beschäftigten vor möglichen Gefahren, die vom Lack oder der Technik ausgehen, zu schützen. Der Anschluss an FIS-Datensysteme und die vollständige Rückverfolgbarkeit des Prozesses ist über Codierungen an den Bauteilen sowie Werkstückträgern möglich. Nicht zuletzt deswegen ist das Tauchverfahren im Automotivebereich nach wie vor anzutreffen.

Es ist davon auszugehen, dass Lackauftrag durch Tauchen auch in Zukunft nur ein Nischendasein in der Elektronikproduktion führen wird. Wo es aber passt, lohnt der Einsatz. Anwender, die teilweise über mehrere Anlagen verfügen, sind auch nach langjährigem Einsatz vom Verfahren überzeugt und würden es auch wieder einsetzen.

Tauchlackieranlagen zum Conformal Coating von Elektronikbaugruppen, liefert GTL Knödel sowohl als Standardanlagen mit aufgabenspezifischen Optionen als auch als Sonderanlagen zur Erfüllung spezieller Anforderungen. Gerade im Automotivebereich ist die Tauchlackbeschichtung beliebt: Millionen verschiedenster Elektronikbaugruppen, insbesondere für den Automotivebereich wurden in den letzten 30 Jahren auf diesem Anlagentyp prozesssicher lackiert.

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