DE10116570A1 - Leiterplatte mit spannungsführenden elektromechanischen Komponenten und Verfahren zum Anfertigen einer solchen Leiterplatte - Google Patents

Abstract

Um eine Leiterplatte mit spannungsführenden elektromechanischen Komponenten, insbesondere Steckern, die auf der Leiterplatte leitfähig aufgebracht sind, dauerhaft und reparaturfähig gegen Feuchtigkeit zu schützen, gleichzeitig aber insbesondere Stecker in ihrer Funktion nicht zu behindern, wird vorgeschlagen, daß die Leiterplatte einschließlich ihrer spannungsführenden elektromechanischen Komponenten einen Auftrag mit Kontaktfett oder Kontaktöl erhält. Es werden auch Verfahren zum Anfertigen einer solchen Leiterplatte aufgezeigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte mit spannungsführenden elektromechanischen Komponenten, insbesondere Steckern, die auf der Leiterplatte leitfähig aufgebracht sind. Die Erfindung betrifft auch Verfahren zum Anfertigen einer solchen Leiterplatte.

Bei sogenannten outdoor-Anwendungen einer elektronischen Schaltung, die auf einer Leiterplatte aufgebaut ist, besteht das Problem, das eine Leiterplatte, die klimabedingt den Taupunkt durchfährt, einem Feuchtigkeitsniederschlag durch Betauung ausgesetzt ist. Eine unter solchen Umweltbedingungen betriebene Leiterplatte bedarf daher regelmäßig eines angemessenen Schutzes vor Feuchtigkeit. Denn bei einer Leiterplatte, die entsprechend der auf ihr aufgebauten elektronischen Schaltung üblicherweise mit elektrischen Leiterbahnen und aufgelöteten oder leitfähig aufgeklebten elektronischen oder elektromechanischen Komponenten ausgestattet ist, führt aufliegende, galvanisch wirkende Feuchtigkeit zu nachhaltigen Funktionsstörungen, weil sich durch die Feuchtigkeit elektrochemische Elemente ausbilden, die insbesondere bei geringen Abständen zwischen spannungsführenden Komponenten oder bei hohen Potentialdifferenzen zwischen diesen Komponenten den Werkstoff der spannungsführenden Komponenten angreifen, zersetzen oder migrieren lassen. Migrierender Werkstoff führt aber regelmäßig zu Kurzschlüssen, wodurch die auf der Leiterplatte aufgebaute elektronische Schaltung in kurzer Zeit unbrauchbar wird. Unter besonders ungünstigen Voraussetzungen kann bedingt durch einen derart hervorgerufenen Kurzschluß sogar ein Brand entstehen. Verschärft wird der Zerstörungsprozess, wenn auf der Leiterplatte zusätzlich Ablagerungen aufliegen. Ablagerungen können aus dem Herstellungsprozess zurückbleiben oder durch einen Schmutzeintrag auftreten, der aus Staub, Abrieb, Luftschadstoffe oder ähnlichem besteht.

Aus langjähriger Praxis ist es bekannt, eine Leiterplatte mit spannungsführenden elektromechanischen Komponenten, insbesondere mit Steckern, zum Schutz vor Feuchtigkeit entweder selektiv oder vollständig mit einem Schutzlack zu versehen. Bisweilen hat man Leiterplatten, die mit einer Vielzahl diverser Bauteile bestückt sein können, auch mit Kunstharzen oder auf der Basis von Silikon bestehenden Vergußmassen feuchtedicht vergossen. Die Verwendung derartiger Schutzmittel erfordert jedoch, daß spannungsführende elektromechanische Komponenten, insbesondere Stecker, ausgespart bleiben, um ihre Funktion nicht zu beeinträchtigen oder gar zu behindern. Im übrigen ergibt sich mit Schutzlack oder Vergußmassen nur dann ein sicherer Schutz vor Feuchtigkeit, wenn die aufgebrachten Schutzmittel auf der Leiterplatte so fest und dicht haften, daß Feuchtigkeit die Schutzmittel nicht unterwandern oder sonstwie in diese schädigend eindringen kann.

Ein weiterer Nachteil in Verbindung mit den genannten bekannten Schutzmitteln ergibt sich im Reparaturfall einer so behandelten Leiterplatte. Wenn eine mit Schutzlack oder Vergußmasse geschützte Leiterplatte repariert werden muß, ist ein solches Schutzmittel regelmäßig nur mit hohem Aufwand entfernbar. Ebenso ist das Erneuern eines herkömmlichen Schutzmittels nach der Reparatur oft nur mit hohem Aufwand möglich, wenn wirklich sichergestellt sein soll, daß wieder ein ausreichender Schutz vor Feuchtigkeit gegeben ist. In der Praxis scheitert die Reparatur einer solchen Leiterplatte oftmals am Aufwand für das Entfernen oder Erneuern des Schutzmittels, so daß im Fall einer Funktionsstörung die gesamte elektronische Schaltung, zumindest aber die mit dem Schutzmittel behandelte Leiterplatte, entsorgt werden muß.

Zu beachten ist auch, daß im Fertigungsprozeß von Leiterplatten mit spannungsführenden elektromechanischen Komponenten, insbesondere mit Steckern, diese Komponenten vor einer Verschmutzung durch Lacke, Gießharze, Silikonmassen oder andere trocknende oder aushärtende Schutzmittel geschützt werden müssen. Hierzu werden aufwendige Masken oder Abdeckungen eingesetzt, die meist in kurzen Abständen erneuert oder aufwendig gereinigt werden müssen. Wenn für einen Auftrag von Schutzlack Dispenser verwendet werden, kann auch der bei diesem Arbeitsgang unvermeidbar auftretende Sprühnebel die spannungsführenden elektromechanischen Komponenten beeinträchtigen. Dispenser sind typischerweise durch Roboter oder Handhabungsautomaten geführte Sprühsysteme, die durch Düsen, insbesondere Feindüsen, niederviskose Lacke oder andere zerstäubbare Materialien auf der Oberfläche eines Substrats, zum Beispiel auf einer Leiterplatte auftragen. Diese Dispenser sind im übrigen nur mit hohem zeitlichen Aufwand in der Lage, das Schutzmittel hinreichend dicht und formangepaßt auf einer Leiterplatte aufzubringen, so daß ein solcher Arbeitsgang den Fertigungsprozeß von Leiterplatten spürbar verteuert. Im Ergebnis bleiben in der Regel zudem die spannungsführenden Komponenten selbst vor Feuchtigkeit ungeschützt. Diesem Umstand trägt man derzeit dadurch Rechnung, daß auf der Leiterplatte zwischen den spannungsführenden Komponenten platzraubende Kriechstrecken vorgesehen werden, die der Anwendung der jeweiligen Leiterplatte und ihrer erwarteten Belastung durch Feuchtigkeit angemessen sind. Ein zur Ausführung der vorgeschlagenen Lösung geeignetes Kontaktfett ist zum Beispiel das Fett BARRIERTA L 55/2 der Fa. Klüber Lubrication München KG, Geisenhausenerstr. 7 in D - 81379 München.

Zur Lösung des aufgezeigten Problems ist gemäß dem ersten Anspruch vorgesehen, daß die Leiterplatte einschließlich ihrer spannungsführenden elektromechanischen Komponenten einen Auftrag mit einem Kontaktfett oder Kontaktöl erhält, wobei das Kontaktfett oder Kontaktöl vorzugsweise eine hohe Viskosität besitzt und mit hohen Temperaturen belastbar ist. Wenn das Kontaktfett oder Kontaktöl unsegmentiert, d. h. über die gesamte Fläche der Leiterplatte dünn aufgetragen wird, entsteht ein Schutzfilm, der einen dauerhaften und reparaturfähigen Schutz gegen Feuchtigkeit bietet, der aber insbesondere Stecker in ihrer Funktion nicht behindert. . Die vorgeschlagene Lösung hat somit den Vorteil, daß insbesondere Stecker mitbeschichtet werden können, da die Steckerelemente aufgrund der mechanischen Verdrängungsfähigkeit ihrer Kontakte beim Aufstecken den aufgetragenen Schutzfilm verdrängen. Der verdrängte Schutzfilm schließt sich zudem um die Kontaktpaarung des Steckers und schützt diesen zusätzlich vor Feuchtigkeit. Auf der Leiterplatte aufgebrachte Komponenten mit nicht dicht zur Leiterplatte abschließenden Konturen werden vom Schutzfilm unterwandert und schützen so unter der Komponente liegende Leiterbahnen, Löt- oder Klebestellen. Ebenso werden auf der Leiterplatte aufliegende Verunreinigungen schützend unterwandert. Ablagerungen durch Staub, Abrieb, Luftschadstoffe oder ähnlichem können mit der auf dem Schutzfilm aufliegenden Feuchtigkeit keine elektrochemischen Elemente ausbilden, da die Unterschiede in der Oberflächenspannung des Schutzfilms zum Wasser die Ausbildung eines durch die Ablagerungen verunreinigten Wasserfilms nicht zulassen. Soweit Schmutzteilchen hinreichend klein sind, werden diese durch den Schutzfilm sogar gekapselt und damit elektrisch isoliert. Wenn es im Verlauf der Montage oder der generellen Handhabung der Leiterplatte zu einer lokalen mechanischen Belastung oder Beschädigung des Schutzfilms, zum Beispiel in Form eines Kratzers, kommt, schließt sich dieser wieder durch die Kriecheigenschaft des Kontaktfettes oder Kontaktöls. Ein Kontaktfett oder Kontaktöl entfaltet demnach bedingt durch seine vorteilhaftere Beschaffenheit gegenüber den durch Trocknung erstarrenden oder aushärtenden herkömmlichen Schutzmitteln eine selbstheilende Wirkung.

Die vorgeschlagene Lösung hat auch den Vorteil, daß Reparaturen an der Leiterplatte leicht möglich sind, insbesondere wenn zur Ausführung der Reparatur eine Lötung erforderlich wird. Unter der hohen Löttemperatur wird der Schutzfilm dünnflüssig und weicht aus. Nach der Reparatur kann der Schutzfilm durch lokalen Nachtrag wieder geschlossen werden.

Im Unterschied zum Auftrag eines Kontaktfettes kann bei einem Kontaktöl jedoch die Betriebslage der Leiterplatte zu einem Nachteil hinsichtlich der dauerhaften Verteilung des Schutzfilms auf der Leiterplatte führen. Denn bei hohen Temperaturen kann sich das Kontaktöl durch Verfließen an Kanten der Leiterplatte sammeln, wodurch der Schutzfilm auf der Leiterplatte an kritischen Stellen unter Umständen stark reduziert wird. Vorteilhaft bei der Verwendung eines Kontaktöls ist jedoch dessen leichte Verarbeitbarkeit. Des weiteren mag bei manchen Anwendungen auch eine selektive Verteilung des Schutzfilms auf der Leiterplatte in Betracht kommen.

Zum Anfertigen der mit einem Auftrag von Kontaktfett oder Kontaktöl versehenen Leiterplatte kommen verschiedene Verfahren in Betracht. So kann das Material des Schutzfilms automatisiert aufgebürstet werden. Ebenso ist es möglich, das Material des Schutzfilms in einer geeigneten flüchtigen Verdünnung zu lösen und die Leiterplatte dann zur Beschichtung in ein Bad mit dieser Lösung zu tauchen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Leiterplatte mit dem Kontaktfett oder Kontaktöl zu bedrucken, so daß der Auftrag beispielsweise wie in einem Tampondruckverfahren erfolgt. Für den Fall, daß ein Kontaktöl verwendet wird, kann der Auftrag unter Zuhilfenahme eines Sprühkopfes (Dispenser) auf die Leiterplatte aufgesprüht werden. Im Unterschied zu herkömmlichen Schutzlacken, die in Verbindung mit Dispensern eingesetzt werden, beeinträchtigt ein Kontaktöl durch einen bei diesem Arbeitsgang etwa auftretenden Sprühnebel die spannungsführenden elektromechanischen Komponenten nicht.

Claims (6)

1. Leiterplatte mit spannungsführenden elektromechanischen Komponenten, insbesondere Steckern, die auf der Leiterplatte leitfähig aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte einschließlich ihrer spannungsführenden elektromechanischen Komponenten einen Auftrag mit Kontaktfett oder Kontaktöl erhält.

2. Leiterplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktfett oder Kontaktöl über die gesamte Fläche der Leiterplatte zur Ausbildung eines Schutzfilms dünn aufgetragen ist.

3. Leiterplatte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktfett oder Kontaktöl eine hohe Viskosität besitzt und mit hohen Temperaturen belastbar ist.

4. Verfahren zum Anfertigen einer Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktfett oder Kontaktöl aufgebürstet oder aufgedruckt wird.

5. Verfahren zum Anfertigen einer Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Schutzfilms in einer flüchtigen Verdünnung gelöst und die Leiterplatte zur Beschichtung in ein Bad mit dieser Lösung getaucht wird.

6. Verfahren zum Anfertigen einer Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kontaktöl unter Zuhilfenahme eines Sprühkopfes auf die Leiterplatte aufgesprüht wird.