Die richtige Dosis macht`s - All

BAUGRUPPENFERTIGUNG
Schnell trocknender UV-Schutzlack
Die richtige Dosis macht’s
In Zusammenarbeit von Anwender, Beschichtungsanlagenhersteller und Humiseal als Hersteller von Schutzlacken
wurde eine Lösung entwickelt, die einen Fertiger von Automobilelektronik in die Lage versetzt, nachhaltig seine
VOC-Emissionen zu senken, ohne dabei die Qualität oder die Effizienz der Fertigung zu beeinflussen. Dieser Artikel
befasst sich mit einigen Überlegungen zu der Auswahl einer effektiven VOC-freien Schutzlackierung.
In Europa sind viele der Zulieferer von
Automobilelektronik Anwender von selektiven Beschichtungsanlagen von Nordson/Asymtek in Kombination mit lösemittelbasierten Schutzlacken. Der Auftrag
mittels nicht-atomisierter Lackierverfahren,
wie der Film-Coater-Technologie, ist in
diesem Bereich sehr weit verbreitet. Umweltpolitische Überlegungen führen jedoch seit einiger Zeit dazu, dass umweltfreundliche Schutzlacke in der Elektronik
einen VOC-freien Ersatz für die bisherigen
lösungsmittelhaltigen Produkte bieten
sollen.
Beschichtungssysteme wie der AsymtekFilm-Coater wurden entwickelt, um die selektive Anwendung von Schutzlacken mit
einer Viskosität < 100 cPs zu ermöglichen.
Diese Technologie ist ideal für die Verwendung mit lösemittelhaltigen Schutzlacken und erzeugt eine glatte, ebene
Schutzlackfläche mit hoher Konturengenauigkeit und Kantenabdeckung bei gleichzeitig kurzen Verarbeitungszeiten.
Einige lösungsmittelhaltige Schutzlacke
benötigen beinahe 80 % Lösungsmittel,
um eine einsetzbare Viskosität unter
100 cPs zu erzielen. Hohe Nassschichtstärken von 200 bis 300 μm sind notwendig, um eine getrocknete Schichtdicke gemäß den Anforderungen der IPC von 30 bis
130 μm zu erzielen. Allerdings sind die
VOC-Emissionen in der Regel dabei sehr
hoch. Diese Tatsache wird vom europäischen Markt immer weniger akzeptiert.
˘ AUTOR
Chris Palin (Bild), Humiseal
Europa mit Marie Kaing,
Humiseal Europa und
Jacques Mycke, Asymtek.
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Bei Schutzlacken mit 100 % Feststoffanteil wird die aufgetragene Nassschichtstärke in eine vergleichbare Schichtstärke
nach dem Trocknen umgewandelt. Dies
hat sich bei der Applikation als Problem dargestellt, sowohl von der Kostenseite
(Schutzlacke mit 100 % Feststoffen sind
etwas teurer als konventionelle, lösemittelbasierende Systeme) als auch von der
Leistung der Schutzlacke. Daher war die
Verringerung der Schichtstärke der Hauptgesichtspunkt einer gemeinsamen Untersuchung von Materiallieferant, Anlagenlieferant und Anwender.
Zykluszeiten kurz halten
Der hohe Durchsatz des beteiligten Herstellers von Automobilelektronik ließ die
Sorge aufkommen, dass beim Einsatz eines
trimodalen Applikators auf der selektiven
Beschichtunganlage die Zykluszeit drastisch in die Länge gezogen würde. Der Applikator arbeitet mit Geschwindigkeiten bis
zu 150 mm/s. Die bisherigen, meist zum
Einsatz kommenden Film-Coater, verfahren mit bis zu 350, manchmal bis zu
400 mm/s. Dies würde im schlimmsten
Fall bedeuten, dass die Zykluszeit zum Beschichten einer Baugruppe mehr als dop-
pelt so lange dauert – ein nicht akzeptables Kriterium.
Dies gilt für sehr einfache Leiterplatten.
Sobald aber die Baugruppen komplexer
sind, gleichen sich die Zykluszeiten wieder
an, da mit dem trimodalen Applikator größere Flächen in einem Arbeitsgang beschichtet werden können und auch bei
Richtungsänderungen des Lackauftrages
der Beschichtungskopf nicht seine Richtung wechseln muss.
In der Tat konnte festgestellt werden, dass
für diesen Elektronikhersteller die Zykluszeiten beim Einsatz der verschiedenen Applikatoren gleich gehalten werden konnten. Dadurch, dass der trimodale Applikator
wesentlich weniger Reinigung benötigte
als der Film-Coater, ließ sich einfach verdeutlichen, dass die Zykluszeit in der Tat
kürzer war und der Prozess dadurch wesentlich stabiler wurde.
Dosis und Bestrahlstärke
Dosis und Bestrahlungsstärke sind Schlüsselbegriffe bei der Verarbeitung von UV-härtenden Schutzlacken, die allzu oft durcheinander gebracht werden.
˘ UV-Strahlung (mW/cm2) ist die Leistung
oder die Intensität der UV-Energie auf ei-
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ner Oberfläche pro Flächeneinheit. Dabei handelt es sich um ein Merkmal der
UV-Lampe und der Geometrie des Reflektors. Die Strahlung ist dabei nicht
abhängig von der Geschwindigkeit, mit
der die Baugruppe bewegt wird.
˘ UV-Dosis (mJ/cm2) ist die Energie pro
Flächeneinheit unter einer UV-Lichtquelle. Sie ist umgekehrt proportional zu
der Geschwindigkeit unter der Lichtquelle und proportional zu der Anzahl
der Lampen sowie der Verweildauer unter der Lampe.
Bei der Entwicklung des Schutzlackes mit
Blick auf hohen Durchsatz ist es gelungen,
den Schutzlack Humiseal UV40 (Bild 1)
auf eine Inline-fähige UV-Härtung bei hohem Energieeintrag und gleichzeitig
schnellster Durchlaufgeschwindigkeit zu
optimieren.
Bild 1: Schutzlack Humi Seal UV40 für die Inline-fähige UV-Härtung
Verarbeitungskriterien
Die Überwachung des Prozessfensters eines UV-Härtungsvorgangs ist mit einem Radiometer als Messsystem einfach und
schnell durchführbar. Dieses System misst
die gesamte UV-Dosis und die UV-Strahlung
in 4 verschiedenen Bereichen (UV-A, UV-B,
UV-C-und UV-V) gleichzeitig, so dass eine
reproduzierbare und kontrollierte Aushärtung mittels Überwachung der UVStrahler durchführbar ist.
Die Aushärtung eines UV-härtenden
Schutzlackes mit zu schwachen UV-Strahlern führt zu unzureichend ausgehärteten, noch feuchten Filmschichten – zu hoher Energieeintrag kann zu Rissbildung,
Schrumpfung und mechanischem Stress in
der Schutzlackschicht führen.
Die Verwendung einer UV-Lampe mit ungeeigneter Wellenlänge kann eine sehr
weiche, nicht vollständig durchgehärtete
Schutzlackschicht hinterlassen.
Die Transportgeschwindigkeit kann zwischen 1 bis 3 m/min variieren, abhängig
vom Abstand und von der Leistung des
Strahlers als auch der Form des Reflektors,
der Höhe von Bauteilen usw.
Der Versuch zur Erhöhung des Produktionsdurchsatzes durch höhere Strahlungsenergie bei gleichzeitiger Verkürzung der
Expositionzeit durch eine höhere Durchlaufgeschwindigkeit ist möglicherweise
nicht immer erfolgreich. Vielmehr muss
sichergestellt werden, dass eine ausrei-
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Angesichts der Möglichkeit mit diesem
Applikator größere Flächen in einem Schritt
zu beschichten, kann trotz der langsameren Applikationsgeschwindigkeit bei komplexen Baugruppen eine vergleichbare Gesamtzykluszeit bei der Lackierung erzielt
werden, wie man es bereit von dem Film
Coater her kennt. Letztendlich ist es auch
wichtig, die Anforderungen an die UV-Härtung mit dem UV 40 und dem Equipment
genau zu verstehen.
Entscheidend ist die richtige Dosis bei entsprechend benötigter Wellenlänge über
den richtigen Zeitraum. Eine regelmäßige Überwachung des gesamten Prozesses
ist ebenso notwendig, wie man es vom
Reflowlöt-Prozess her kennt. Dann steht einer erfolgreichen Implementierung von
UV-härtenden Schutzlacken in den Fertigungsprozess nichts mehr im Wege.
˘
infoDIRECT
416pr0508
www.productronic.de
˘ Link zu Humiseal/Stannol
Bild 2: Arbeitsweise des trimodalen, luftunterstützten Sprayapplikators
chende UV-Dosis auf der Beschichtung ankommt.
Es ist äußerst wichtig, die UV-Härtung innerhalb eines definierten Prozessfensters
durchzuführen, um eine maximale Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit des
Schutzlackes zu garantieren. Die Auswahl
der richtigen UV-Geräte, mit denen Sie arbeiten, ist daher extrem wichtig.
Fazit
Der Einsatz des trimodalen, luftunterstütztem Sprayapplikators (Bild 2) ermöglicht die Erzeugung sehr dünner, homogener Lackschichten. Dies stellt eine
Reduzierung des verbrauchten Schutzlackes
UV 40 dar und stellt sicher, dass der Schutzlack seine maximale Zuverlässigkeit in
thermischen Schocktests unter Beweis
stellen kann. Dies ist daher als ein wichtiger Schritt für eine zukunftsorientierte
Schutzlackbeschichtung anzusehen.
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