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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beschichtung der Oberfläche eines Werkstückes durch Vergießen gemäß den Patentansprüchen 1, 2 oder 3. Weiterhin betrifft die Erfindung, gemäß Patentanspruch 8, ein Verfahren hierzu.
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Zum Schutz von Platinen bzw. bestückten Leiterplatten vor Feuchtigkeit und elektrischen Kriechströmen und um die Anhaftung von Staub und Schmutz weitgehend zu verhindern ist es seit langem bekannt, diese mit einer mehr oder minder dünnen isolierenden Lackschicht zu überziehen. Dabei ist es erforderlich elektrische Bauelemente, wie z. B. Potentiometer, Drehkondensatoren, Anzeigen, Relais usw., von der Lackierung auszunehmen, da diese Bauelemente für nachträglich vorzunehmende Abstimmungen oder Einstellungen von außen frei zugänglich oder einsehbar sein müssen.
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Beispielsweise ist aus der
DE 196 50 255 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur selektiven Umhüllung von Flachbaugruppen bekannt, bei dem/der praktisch keine Beschränkungen hinsichtlich der Formen der zu beschichtenden Teilflächen gegeben sind, die Gefahr eines Beschichtens von freizuhaltenden Bereichen der Flachbaugruppe sicher verhindert und ein Beschichten der Flachbaugruppe auch bis zu den Rändern der Platine möglich ist. Dabei wird das Werkstück derart auf die Stirnkante des Troges aufgesetzt, dass die nicht zu beschichtenden Bereiche des Werkstückes über die sogenannten Formbadwände hinausragen und das Formbad das Werkstück teilweise seitlich überragt. Die Flüssigkeit wird innerhalb des Troges (Formbad) durch ein Pumpsystem angehoben, bis die Flächen des Werkstückes innerhalb des Troges auf einer 2D-Ebene benetzt werden. In diesem benetzten Zustand hat die Flüssigkeit die Möglichkeit auch unter den Bauteilen oder in den Porositäten zu kapillieren. Die Entlüftung, z. B. beim Hochpumpen des Beschichtungsmittels bis zur Benetzung der Platine der Flachbaugruppe, kann dadurch erfolgen, dass die Leiterplatte der Flachbaugruppe das Formbad nicht vollständig abdeckt. Die Luftblasen können einfach seitlich unter dem Rand der Leiterplatte in den seitlich überstehenden Trogbereich ausgedrückt werden, und gleichzeitig erfolgt ein Abfließen des Beschichtungsmaterials über die freien Stirnkantenabschnitte des Trogmantels. Dabei kann sich auch bei einem Hochpumpen des Beschichtungsmittels innerhalb des Formbades kein Druck ausbilden, durch den etwa Beschichtungsmittel aus etwaigen Spalten zwischen der Platine und den Stirnkanten des Formbades ausgedrückt werden könnte. In weiterer Ausgestaltung wird ein Formbadmantel verwendet, der im Bereich der freien Stirnkantenabschnitte, also im Bereich der Abschnitte, auf denen die Platine nicht aufliegt, mit Ablaufkerben versehen ist. Durch diese Ablaufkerben lässt sich ein gezielteres Abfließen erreichen und damit die Gefahr eines Druckaufbaus unterhalb der Flachbaugruppe ausschließen. Um zu vermeiden, dass nach jedem Tauchen ein entsprechendes exaktes Nachfüllen notwendig ist, kann in weiterer Ausgestaltung auch vorgesehen sein, dass das Formbad einen Becher bildet, der aus einer getauchten Position in einem Überlaufbad bis zum darüber fest gehalterten Werkstück angehoben wird. Um ständig reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen, müssen die Prozessparameter des Systems frei programmierbar und abrufbar sein. Das Niveau des Beschichtungsmittels wird über die Fördermenge der Pumpe (Volumenstrom im Formbad) eingestellt. Dieser Parameter muss so eingestellt werden, dass beim Absenken des Schutzmittelniveaus alle Tropfen durch die Oberflächenspannung mit angesaugt werden. Dadurch wird vermieden, dass Lackansammlungen entstehen, die sich nachteilig auf die Beschichtungsqualität auswirken. Nach dem Entnetzen ist eine Abtropfzeit nicht mehr erforderlich, da die Tropfen durch die Oberflächenspannung mit angesaugt werden. Anstelle eines flüssigen Beschichtungsmittels könnten auch quasi fließfähige Beschichtungsmittelpulver verwendet werden. Das Beschichtungsmittel wird nur bis zu einem Niveau unterhalb der Stirnkante des Formbades eingefüllt und durch einen im Formbad angeordneten Kapillarsaugkörper, beispielsweise eine Art Schwamm oder einen Borstenkörper mit einer Vielzahl eng benachbarter Borsten, dessen Oberfläche im wesentlichen in der Ebene der Stirnkanten liegt, erfolgt die Benetzung des Werkstücks gesteuert durch Kapillarwirkung. Je nach Art der Ausbildung des Kapillarsaugkörpers und der Höhe des Niveaus des Beschichtungsmittels lässt sich genau und gezielt auf die jeweilige Viskosität des Beschichtungsmittels einstellen, wie stark und wieviel Beschichtungsmittel durch Kapillarwirkung an die zu beschichtende Fläche der Flachbaugruppe angesaugt wird. Die Aufgabe der Flächenbeschichtung wird dadurch erleichtert, dass der Pegel der Beschichtungsflüssigkeit um ein geringes Maß über die Kante der Seitenwände hinaus ansteigen kann, weil sich durch die Kohäsion zwischen den einzelnen Molekülen eine kuppelartige Erhöhung an den Rändern ausbildet. Diese Höhe wird auch als Meniskus bezeichnet.
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Der Tauchbereich wird bei Verwendung reaktiv vernetzender Materialien (Oxydations-, Feuchtevernetzung) unter einer inerten Atmosphäre gehalten, vorzugsweise Stickstoff oder Lösemitteldämpfe, die schwerer als Luft sind. Die Gefahr, dass die Flüssigkeit aus dem Trog auf unzulässige Bereiche gelangt, wird beim aus der
DE 196 50 255 A1 bekannten Verfahren beseitigt, jedoch besteht hier die große Gefahr, dass praktisch durch unterschiedliche Benetzungspunkte und Krümmungen des Werkstückes Kavitationsstellen entstehen, so dass die Beschichtung irreproduzierbar unvollständig sein kann. In der Regel ist hier die beschichtete Fläche durch die Kavitationsbildung mit Kontrollaufwand und Nacharbeit verbunden oder mit Abweichungen von der vorgegebenen Spezifikation zu rechnen. Weiterhin ist das Verfahren hinsichtlich seiner Einsatzmöglichkeiten Beschränkungen unterworfen, da es in denjenigen Plattenrandbereichen, über die zur Entlüftung notwendige Becherbereiche hinausragen, nicht möglich ist, den Plattenrand beschichtungsfrei zu halten. Weiterhin ist es in diesem Fall schwierig, in dem durch die Leiterplatte abgedeckten „Innen”-Raumbereich, der entfernt von dem zur Entlüftung vorgesehenen, von der Platte nicht überdeckten Bereich des Lackierformbechers angeordnet ist, die erforderliche weitestmögliche Entlüftung zu garantieren. Ein Nachteil dieser Methode ist, dass für jedes einzelne Werkstück und die darauf vorgesehenen, beschichtungsfreien Abschnitte entsprechende Seitenwände angefertigt werden müssen, deren Oberkanten koplanar zueinander verlaufen. Eine weitere Einschränkung ist, dass dadurch mitunter sehr lange Einfaltungen der Seitenwände entstehen, die sich weit in den Innenraum des Behälters hinein erstrecken können. In den Winkeln solcher Einbuchtungen können sich beim Einsenken des Werkstückes oder beim Anheben des Flüssigkeitsspiegels bis auf die Höhe des Werkstückes Luftblasen sammeln, sog. Kavitation, die am Ende unwillkommene, beschichtungsfreie Abschnitte hinterlassen.
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Weiterhin ist aus der
DE 197 36 273 A1 eine Vorrichtung zum partiellen Schutzlackieren von ein- oder beidseitig bestückten Leiterplatten durch Anfluten der Leiterplatten mit flüssigem Schutzmaterial mittels eines Formbechers, der vom Boden aufragende Becherwände hat, deren mindestens abschnittsweise koplanare Stirnränder die Konturenränder der Lackierfläche markieren, wobei der Flüssigkeitsspiegel des Schutzmaterials beim Fluten bis zum benetzenden Kontakt mit der Leiterplatte anhebbar ist und sodann überschüssiges Material durch einen zwischen der Platte und dem oberen Becherrand verbleibenden Spalt überlaufen kann, bekannt. Um den technischen Aufwand für eine automatisch arbeitende Lackieranlage zu reduzieren, ist im Einzelnen vorgesehen, dass die Becherwand koplanare Stirnkantenbereiche als Auflager für die Leiterplatte hat, mit denen die zu lackierende Leiterplatte während des Flutens in dichtender Anlage gehalten werden kann. Die Becherwand hat zwischen Abschnitten ihrer koplanaren Stirnkantenbereiche mindestens eine Überlaufkante, die in einem kleinen vertikalen Abstand von den Auflagebereichen unterhalb derselben verläuft. Eine solche Überlaufkante, die zusammen mit der Leiterplatte einen schmalen Überlaufschlitz zur Entlüftung des Becherinnenraumes und zum Überlaufen überschüssigen Materials bildet, wird zweckmäßigerweise dort angeordnet, wo ein nicht vollkommen exakter Randverlauf der lackierten Fläche ohne weiteres hinnehmbar ist, während im Übrigen der Konturenverlauf der Beschichtungsfläche sehr exakt definiert ist. Mittels einer Kippeinrichtung, mittels derer der Formbecher innerhalb eines kleinen Winkelbereiches schräg angestellt werden kann, vorzugsweise so, dass sich die Überlaufkante im höchstgelegenen Bereich des Formbechers befindet, ist auf einfache Weise eine Anordnung einstellbar, die im Lackierbetrieb eine sichere Entlüftung des Innenraumes des Formbechers gewährleistet. Zur zuverlässigen Fixierung der Leiterplatte in ihrer am Formbecher abgestützten Position genügt ein einfacher Niederhalter, der sich z. B. über eine Druckfeder an der Leiterplatte abstützt und diese gegen die Wirkung des sich während des Flutens im Becher-Innenraum aufbauenden Druckes und der daraus resultierenden Kraft sicher in Position zu halten vermag. Wenn der Formbecher durch Anheben und Absenken eines Schutzmaterial-Vorratsbehälters, der mit dem Formbecher über eine flexible Leitung in kommunizierender Verbindung steht, flutbar und entflutbar ist oder durch Eintauchen eines Stempels in den in einem feststehenden Vorratsbehälter enthaltenen Schutzmittelvorrat, können zur Steuerung der diesbezüglich erforderlichen Relativbewegungen einfache Linearantriebe, z. B. pneumatische Antriebszylinder verwendet werden, die mittels einer z. B. elektrisch vorgesteuerten und pneumatisch betätigten Ventilanordnung zuverlässig steuerbar sind. Schließlich können Abtropfhilfen, die das Abfließen überschüssigen Schutzmaterials von der Beschichtungsseite der Leiterplatte begünstigen, vorgesehen werden, wodurch eine Verkürzung des Beschichtungsvorganges insgesamt erzielbar ist.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2007 031 599 A1 des Anmelders zum abschnittsweisen Flüssigkeitsbeschichten von Flächen, bestehend aus einem nach oben offenen, mit Beschichtungsflüssigkeit befüllten Behälter bekannt, auf dessen Flüssigkeitsspiegel ein Werkstück mit seiner zu beschichtenden Fläche aufbringbar ist, wobei auf die beschichtungsfreien Abschnitte der ansonsten zu beschichtenden Fläche des Werkstückes wenigsten ein Becher mit seiner Öffnung kantenbündig aufgesetzt ist und mit seiner Außenfläche zumindest teilweise (vertikal erhebende Bauelemente auf der bestückten Leiterplatte) in die Beschichtungsflüssigkeit eingetaucht ist. Im Einzelnen werden zur Flüssigkeitsbenetzung der horizontalen Flächen des Werkstückes mehrere Becher benutzt, welche die beschichtungsfreien Abschnitte der ansonsten zu beschichtenden Fläche des Werkstückes abdecken, wobei die Öffnungen dieser Becher aneinander gesetzt werden und dadurch eine durchgehende, beschichtungsfreie Fläche bilden. Bei einem um eine horizontale Achse verschwenkbaren Werkstück erfolgt die Flüssigkeitsbenetzung derart, dass die Front der Flüssigkeitsbenetzung langsam über das Werkstück hinwegwandert, dabei alle Luftblasen langsam vor sich her schiebt und dadurch über die Außenkante des Werkstückes hinweg verdrängt. Die Aufgabe der Flächenbenetzung wird durch den Meniskus erleichtert, nämlich dass der Pegel der Beschichtungsflüssigkeit um ein geringes Maß über die Kante der Seitenwände hinaus ansteigen kann. Für den Fall, dass Beschichtungsflüssigkeit in den Innenraum des Bechers eintritt, sollte sich diese Flüssigkeit keinesfalls auf der beschichtungsfreien Fläche ausdehnen, sondern möglichst schnell entlang der Innenwand des Bechers auf dessen Boden laufen, wozu diese Innenflächen mit Teflon oder einem anderen Material mit ebenfalls sehr niedrigem Haftreibungsbeiwert beschichtet werden können.
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Um bei der
DE 101 36 571 A1 ein Verfahren anzugeben, das (ungeachtet der Größe und Form der zu beschichtenden Bereiche einer Leiterplatte) eine hohe Qualität und Formtreue der zu erzielenden Beschickung gewährleistet sowie eine Lackieranlage zu seiner Durchführung anzugeben, die bei vergleichsweise einfacher Gestaltung eine rationelle Anwendung des Verfahrens auch bei relativ geringen Stückzahlen wirtschaftlich ermöglicht, wird der Lackierformbecher über sein geometrisches Volumen hinaus soweit mit Flüssiglackmaterial befüllt, dass sich ”oberhalb” der koplanaren Stirnränder des Lackierformbechers ein konvexer Meniskus ausbildet, innerhalb dessen eine zur Schutzbeschichtung ausreichende Lackierflüssigkeitsmenge enthalten ist. Das Befüllen des Lackierformbechers mit dieser Flüssiglackmenge erfolgt, während die Leiterplatte sich in einem Abstand von dem oberen Rand des Lackierformbechers befindet, der signifikant größer ist als die von dem Rand des Bechers aus gemessene größte Höhe des Flüssigkeitsmeniskus. Sodann wird der Benetzungsvorgang durch stetige Verringerung des Abstandes der Leiterplatte von dem Lackierformbecher ausgelöst, wobei sich, ausgehend von der ersten Stelle, an der die Leiterplatte in Kontakt in dem Meniskus gelangt, die Ausbreitung der Lackierflüssigkeit zum Rand der Leiterplatte hin vollzieht. Die Abstandsverringerung erfolgt bis auf einen Wert Δh des Abstandes der Leiterplatte vom Rand des Lackierformbechers, bei dem der sich ausbildende konvexe äußere Randmeniskus des oberhalb des Becherrandes angeordneten Flüssigkeitsvolumens möglichst genau zwischen der Leiterplatte und den oberen Endstirnflächen der Becherwände verläuft, so dass die Kontur der beschichteten Fläche in einem weitest möglichen Maß exakt mit dem Verlauf des Randes der Becherwände übereinstimmt. Diese Konfiguration der Gesamtanordnung wird für einige Sekunden lang aufrechterhalten, während derer sich eine an der Leiterplatte gut haftende Flüssigkeitsschicht bildet. Sodann erfolgt – durch Absenken des Lackierformbechers oder durch Anheben der Leiterplatte – wieder eine Vergrößerung des Abstandes der Platte von dem Lackierformbecher, wodurch eine Trennung der an der Leiterplatte haftenden Flüssigkeitsschicht von der in dem Lackierformbecher enthaltenen Flüssigkeit erfolgt. In dieser Konfiguration von Leiterplatte und Lackierformbecher kann überschüssiges Material von der Leiterplatte in den Lackierformbecher hinein abtropfen, ohne dass dieser überfließen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine partielle Schutzbeschichtung mit beliebigem Konturenverlauf der Beschichtungsfläche.
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Um bei der elektrischen Vorrichtung der
DE 10 2010 036 910 A1 eine Möglichkeit zur Einkapselung der die elektrischen Bauelemente aufweisenden Baugruppe zu schaffen, wobei das Auftreten von mechanischen Spannungen im Bereich der Bauelemente aufgrund eines unterschiedlichen thermischen Ausdehnungsverhaltens von Träger und Schutzkörper vermieden oder zumindest reduziert werden kann, weist diese eine einen Träger und elektrische Bauelemente umfassende Baugruppe auf, wobei die Bauelemente an vorgegebenen Positionen an dem Träger befestigt sind und von diesem abragen. Weiterhin ist ein mit der Baugruppe fest verbundener, zu dieser einen Abstand aufweisender, die Bauelemente abdeckender und mit Vertiefungen versehener Schutzkörper vorgesehen, wobei die Vertiefungen den vorgegebenen Positionen gegenüberliegend angeordnet sind. Dadurch tauchen die Bauelemente in die Vertiefungen ein. Weiterhin ist eine in dem Abstand zwischen dem Schutzkörper und der Baugruppe angeordnete und sowohl mit dem Schutzkörper als auch mit der Baugruppe in Kontakt stehende Zwischenschicht vorgesehen, die elastisch ausgebildet ist. Die Zwischenschicht bildet somit einen Puffer für mechanische Spannungen, die aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungen von Baugruppe und Schutzkörper auftreten. Dabei dient die Zwischenschicht gleichzeitig als Abstandhalter zwischen der Baugruppe und dem Schutzkörper, sodass ein direkter Kontakt von Träger und Schutzkörper verhindert wird. Beschädigungen und funktionelle Beeinträchtigungen der Bauelemente aufgrund eines unterschiedlichen thermischen Ausdehnungsverhaltens von Träger und Schutzkörper werden somit vermieden oder zumindest spürbar reduziert.
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Um bei der elektronischen Vorrichtung gemäß der
DE 692 02 625 T2 die Befestigung einer größeren Anzahl von elektronischen Komponenten zu ermöglichen, ohne dabei eine Zunahme der Größe zur Folge zu haben, und welche im Betrieb höchst zuverlässig ist, sind ein Gehäuse aus synthetischem Harz und eine Schaltungsplatte, deren eine Seite in das Gehäuse eingebettet und deren andere Seite freiliegend dem Inneren des Gehäuses zugewandt ist, vorgesehen. Im Inneren des Gehäuses sind mehrere wärmewiderstandsfähige elektronische Komponenten auf der anderen Seite der Schaltungsplatte befestigt. Die elektronische Anordnung stellt somit eine neue doppelseitige Schaltungsplatte zur Verfügung, um die Befestigung von mehr elektronischen Komponenten als bei einer gegenwärtig verfügbaren einseitigen Schaltungsplatte ohne Zunahme ihrer Größe zu ermöglichen. Vorzugsweise ist eine isolierende Schicht aufgebracht, um die eine Seite der Schaltungsplatte und die wärmewiderstandsfähigen elektronischen Komponenten zu bedecken. Die isolierende Schicht kann aus demselben Harz wie das Gehäuse hergestellt sein, zum Beispiel einem Polycarbonatharz. Auch wird eine Metallschicht aufgebracht, um die isolierende Schicht und die innere Oberfläche des Gehäuses zu bedecken, und so um eine elektromagnetische Abschirmung zu schaffen.
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Schließlich ist aus der
DE 40 12 903 A1 ein Verfahren zum Aufbringen einer Kunststoffschutzschicht bekannt, bei dem um auf einer mindestens einseitig mit elektronischen Bauelementen bestückten Leiterplatte Teilbereiche beschichtungsfrei zu halten, ein Trogmantel hergestellt wird, bei dem die freien Stirnflächen seiner Mantelwände einen dem Umriss der zu beschichtenden Fläche(n) entsprechenden Verlauf haben und in einer Ebene verlaufen. Die Leiterplatte wird mit ihrer teilweise zu beschichtenden Seite nach innen weisend an den koplanar angeordneten freien Stirnflächen des Trogmantels zur Anlage gebracht und an diesen entsprechend dem Konturenverlauf der Beschichtungsfläche(n) angedrückt gehalten. Danach wird der Trogmantel mit der angesetzten Leiterplatte in eine Position geschwenkt, in der die Leiterplatte den Boden des Troges bildet und im Trog befindliches, flüssiges Beschichtungsmaterial die Beschichtungsflächen benetzend sich über diese ausbreiten kann. Hiernach wird der Trog in eine Position geschwenkt, in der überschüssiges Beschichtungsmaterial von der Leiterplatte abtropfen kann. Das nachfolgend noch im Einzelnen beschriebene Verfahren ist sowohl für Leiterplatten anwendbar, die mit relativ hochbauenden elektronischen Bauelementen bestückt sind als auch für Leiterplatten, die mit nur relativ flachbauenden elektronischen Bauelementen bestückt sind, da der senkrecht zur Beschichtungs-Grundfläche gemessene Beschichtungsbereich sehr einfach durch geeignete Wahl der Tiefe einstellbar ist, mit der der Trog mit Beschichtungsmaterial verfüllt wird. Die beschichtungsfrei zu haltenden inselförmigen Bereiche der Leiterplatte sind durch vom Boden des Troges ebenfalls senkrecht aufragende ”Kamine” ausgeschlossen. Die Vorrichtung ist dem Bauprinzip nach in der Art einer Presse ausgebildet, die als Pressenrahmen eine über Ständersäulen mit einer Grundplatte fest verbundene Jochplatte umfasst. Die Jochplatte ist mit einer in der Regel rechteckigen Öffnung versehen, deren lichte Länge und Breite dahingehend gewählt ist, dass der Trog mit seinem oberen Mantelbereich mit genügendem lichtem Abstand von den Längs- und Querbegrenzungen dieser Öffnung in diese eingeführt und mit seinen Mantelstirnflächen bis in Anlage mit der Leiterplatte gebracht werden kann, welche ihrerseits mit Randabschnitten an den Längs- und/oder Querrändern der Jochplatte abgestützt gehalten ist. Des weiteren ist an dem Rahmen an der Oberseite der Jochplatte um eine horizontale Achse schwenkbar eine Zuhalteplätte gelagert, mittels derer die zu beschichtende Leiterplatte mit einer Mindest-Zuhaltekraft in Anlage mit der Jochplatte des Maschinenrahmens gehalten werden kann. Dieser die Grundplatte und die Jochplatte sowie die diese miteinander verbindenden Säulen umfassende Maschinenrahmen ist seinerseits um eine horizontale Achse schwenkbar an dem feststehenden Maschinengestell gelagert, wobei die Schwenkachse in vertikalem Abstand von der Oberseite der Jochplatte verläuft. Zwischen der Jochplatte und der Grundplatte ist ein als pneumatischer Zylinder ausgebildeter Hub-Antrieb als ”Pressen”-Antrieb vorgesehen, mittels dessen eine Tragplatte, welche ihrerseits parallel zu der Jochplatte und der Grundplatte verläuft, zwischen der Grundplatte und der Jochplatte anhebbar und absenkbar ist. In der abgesenkten Position der Tragplatte und des z. B. mittels Schrauben an dieser befestigen Troges wird in diesen eine Menge an flüssigem Beschichtungsmaterial, z. B. ein Acryl- oder ein Polyurethan-Lack eingebracht, welche ausreicht, einige hundert Leiterplatten zu beschichten. In der Regel wird der Trog auf einer Tiefe von 2 cm mit dem Isolier-Lack verfüllt. Die benötigte Tiefe richtet sich natürlich nach der Bauhöhe der insgesamt zu beschichtenden Bauelemente und der Zahl der zu beschichtenden Leiterplatten. Nachdem der Trog solchermaßen mit dem Beschichtungsmaterial verfüllt ist, wird die Leiterplatte in einer z. B. durch Anschläge exakt definierten Position mit der Beschichtungsseite nach unten über die Öffnung der Jochplatte gelegt und danach wird eine Zuhalteplatte in ihre Schließ-Position gebracht, in der sie die Leiterplatte sicher an der Jochplatte in Anlage mit dieser hält und in dieser Schließ-Position fixiert. Durch Aktivierung des Hub-Antriebes wird der Trog angehoben und mit begrenzten Kraft mit den oberen, schmalen Stirnflächen seines Trogmantels in Anlage mit der zu beschichtenden Fläche der Leiterplatte gebracht, welche in dieser Position einen den Trog abschließenden Deckel bildet. Hiernach wird der Maschinenrahmen um die horizontale Achse um 180° – nach oben – geschwenkt, so dass nunmehr für eine Zeitspanne definierter – kurzer – Dauer die Leiterplatte
11 den Trogboden bildet, wobei in dieser Position das Beschichtungsmaterial in benetzenden Kontakt mit der zu beschichtenden Fläche der Leiterplatte gelangt, und wobei nunmehr die von der durch die Leiterplatte gebildeten Bodenplatte des Troges aufragenden Bauelemente innerhalb der Tiefe der Beschichtungsflüssigkeit benetzt werden, die natürlich, wenn eine die Bauelemente vollständig einhüllende Beschichtung erforderlich ist, die dafür erforderliche hinreichende Tiefe haben muss. Nach der genannten Zeitspanne, die in der Regel nur wenige zehntel Sekunden beträgt, wird der schwenkbare Rahmen in die Grundstellung zurückgeschwenkt, in der überschüssiges Beschichtungsmaterial von der Leiterplatte abtropfen kann. Dieses Abtropfen kann auch dadurch erleichtert werden, dass der Maschinenrahmen, bevor er in die in der
1 dargestellte, horizontalem Verlauf des Trogbodens wieder entsprechende Position geschwenkt wird, zuvor für einige Sekunden in einer Position gehalten wird, in der der Trogboden demgemäß auch der Trogmantel schräg, z. B. unter 45° geneigt, verlaufen, wodurch das Abtropfen und Abfließen der Beschichtungsflüssigkeit von der Leiterplatte und von der Innenseite des Trogmantels beschleunigt werden kann. In einer alternativen Ausgestaltung ist der Trogmantel als selbsttätiges Funktionselement ausgebildet, d. h. ist nicht mit einem fest mit dem Mantel verbundenen Boden versehen. Die Vorrichtung wird dabei derart benutzt, dass der Trogmantel an einer schwenkbaren Halterung befestigt ist und die Leiterplatte von einer freien Seite, z. B. von oben her an den Trogmantel mit einer Mindestkraft andrückbar und in dieser Position fixierbar ist. Dann ist die Leiterplatte zusammen mit dem Trogmantel in eine Position schwenkbar, in welcher von oben her mittels einer Befüll-Vorrichtung das Beschichtungsmaterial in diesen Trog einfüllbar ist, welcher danach durch ”Ausleeren” des überschüssigen Beschichtungsmaterials in einen Vorratsbehälter entleerbar ist. Schließlich kann die beschichtete Leiterplatte zweckmäßigerweise aus einer Position, in der sie an der Oberseite des zu dem Vorratsbehälter nach unten hin offenen Trogmantels angeordnet ist, von dem Trogmantel abgenommen werden. Die Qualität der Beschichtung entspricht dabei einer im gängigen Tauchverfahren erzielbaren Qualität.
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Wie die vorstehende Würdigung des Standes der Technik aufzeigt, sind entsprechend ausgestaltete Vorrichtungen und Verfahren um Platinen bzw. bestückte Leiterplatten mit einer mehr oder minder dicken Schutzschicht ganz oder teilweise zu beschichten bekannt. Jedoch besteht seit langem ein Bedürfnis nach einem Verfahren zur partiellen Beschichtung einer gekrümmten Fläche eines Werkstückes, das entweder eine glatte oder eine zerklüftete Form mit Schattenzonen und Hinterschneidungen (Porositäten) besitzt und bei dem der Fertigungsaufwand gering ist. Ein guter Vertreter einer solchen Fläche ist die Oberfläche einer elektronischen Baugruppe (Flachbaugruppe), die einerseits mit Bauteilen bestückt wird die gänzlich (also auch unter dem Bauteil) beschichtet werden müssen, andererseits befinden sich auf der Flachbaugruppe bestimmte Bauteile – wie beispielsweise Steckverbinder – die entweder gänzlich oder nur teilweise beschichtet werden dürfen. Besonders bedeutsam ist dies, weil die Fertigungstechnik, insbesondere die Fertigungsanlagen herstellende Industrie seit vielen Jahren als fortschrittliche, entwicklungsfreudige Industrie anzusehen ist, die schnell Verbesserungen und Vereinfachungen aufgreift und in die Tat umsetzt.
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Der Erfindung liegt gegenüber den bekannten Verfahren oder Beschichtungsvorrichtungen zur partiellen Schutzbeschichtung die Aufgabe zugrunde, diese derart weiterzuentwickeln, dass eine weitgehende Automatisierung mit einer über eine große Anzahl von Vergusszyklen hinweg gleichbleibenden Qualität des vollständigen oder teilweisen Verguss des Werkstücks ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine nach oben hin offene Kavität aufweist, wobei die Kavität aus einem Boden und einem auf dem Boden sich erhebenden Mantel ausgestaltet ist, auf dessen freien Stirnflächen das Werkstück aufsetzbar ist, und dessen Mantelstärke sich vom Boden zu einer Stirnfläche hin verringert, wobei die Kavität solange mit Beschichtungsflüssigkeit befüllbar ist, bis sämtliche horizontalen Flächen auf der Unterseite des aufliegenden Werkstückes mit der Beschichtungsflüssigkeit benetzt sind und wobei die Innenseite der Kavität eine Antihaftbeschichtung aufweist, so dass nach einem Aushärten der Beschichtungsflüssigkeit das Werkstück mit der vernetzten Vergussmasse aus der Kavität entnehmbar ist.
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Weiterhin wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 2 dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine nach oben hin offene Kavität aufweist, wobei die Kavität aus einem Boden und einem auf dem Boden sich erhebenden Mantel ausgestaltet ist, auf dessen freien Stirnflächen das Werkstück aufsetzbar ist, und dessen Mantelstärke sich vom Boden zu einer Stirnfläche hin verringert, wobei die Kavität von unten unter Druck mittels einer Pumpe solange mit Beschichtungsflüssigkeit befüllbar ist, bis sämtliche horizontalen Flächen auf der Unterseite des aufliegenden Werkstückes mit der Beschichtungsflüssigkeit benetzt sind, wobei die freie Stirnfläche der Kavität von dem eine Entlüftung aufweisenden Werkstück gänzlich abgedeckt ist, und wobei die Innenseite der Kavität eine Antihaftbeschichtung aufweist, so dass nach einem Aushärten der Beschichtungsflüssigkeit das Werkstück mit der vernetzten Vergussmasse aus der Kavität entnehmbar ist.
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Weiterhin wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 3 dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine nach oben hin offene Kavität aufweist, wobei die Kavität aus einem Boden und einem auf dem Boden sich erhebenden Mantel ausgestaltet ist, auf dessen freien Stirnflächen das Werkstück aufgesetzt ist, und dessen Mantelstärke sich vom Boden zu einer Stirnfläche hin verringert, und wobei die Kavität solange mit Beschichtungsflüssigkeit befüllbar ist, bis sämtliche horizontalen Flächen auf der Unterseite des aufliegenden Werkstückes mit der Beschichtungsflüssigkeit benetzt sind, so dass nach einem Aushärten der Beschichtungsflüssigkeit das Werkstück mit der Vergussmasse und diese mit der Kavität vernetzt ist.
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Schließlich wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 8 dadurch gelöst, dass
- – im ersten Schritt die eine Antihaftbeschichtung aufweisende Kavität solange mit Beschichtungsflüssigkeit befüllbar ist, bis die horizontalen Flächen auf der Unterseite des auf den freien Stirnflächen der Kavität aufliegenden Werkstückes mit der Beschichtungsflüssigkeit benetzt sind,
- – im zweiten Schritt die Beschichtungsflüssigkeit aushärtet und
- – im dritten Schritt das Werkstück mit der vernetzten Vergußmasse aus der Kavität entnommen wird.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren können auf überraschend einfache Art und Weise räumlich gestaltete Werkzeuge, insbesondere elektronische Baugruppen oder Schaltungsträger aber auch konventionelle Flachbaugruppen (bei denen die zu beschichtenden Flächen über die bestückten Bauteile verlaufen muss, um beispielsweise nur die Steckerrückseite beschichten zu können und die vorderseitigen Steckerkontakte beschichtungsfrei zu halten (3te Dimension)) vollständig oder partiell Vergossen werden oder ein Verguss mit verlorenen Formen ermöglicht werden. Dadurch kann das Werkzeug mit hoher Qualität vor Feuchtigkeit, Umwelteinflüssen, mechanischen und thermischen Stößen sowie Vibrationen geschützt werden und ermöglicht so mit hoher Reproduzierbarkeit die weitgehend automatische kostengünstige Einkapselung unter Benutzung fertigungstechnisch einfacher Mittel von elektronischen Komponenten für vielfältige Einsatzgebiete, beispielsweise in der Kraftfahrzeug-, Medizin und Sicherheitstechnik. Weiterhin ist von Vorteil, dass Überstände von Beschichtungsmaterial außerhalb der Kavität ablaufen und so die Qualität des vollständigen oder teilweisen Verguss nicht beeinflussen.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten lassen sich der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmen.
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In der Zeichnung zeigt:
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1 in Draufsicht die Vorrichtung gemäß der Erfindung zum partiellen Verguss einer bestückten Leiterplatte und
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2 in Draufsicht die Leiterplatte nach 1 nach dem Verguss,
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3 in Seitenansicht und teilweise im Schnitt die Vorrichtung nach 1 mit drucklosem Befüllen von oben und
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4 in Seitenansicht und teilweise im Schnitt die Vorrichtung nach 1 mit Befüllen unter Druck von unten,
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5 in Seitenansicht und teilweise im Schnitt die Vorrichtung nach 1 mit einer weiteren Ausführungsform für eine Leiterplatte und drucklosem Befüllen von oben und
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6 in Draufsicht die Leiterplatte nach 5,
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7 in Seitenansicht und teilweise im Schnitt die erste Leiterplatte nach dem Entformen und
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8 in Seitenansicht und teilweise im Schnitt die zweite Leiterplatte nach dem Entformen und
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9 in Seitenansicht und teilweise im Schnitt die Leiterplatte nach 8 mit einer Leitschicht über dem Verguss nach dem Entformen und
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10 im Detail eine zweiteilige Ausgestaltung der Kavität.
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1 zeigt in Draufsicht eine erste Vorrichtung gemäß der Erfindung zum partiellen Verguss eines Werkstücks 3. Im Rahmen der Erfindung können beliebige Werkstücke 3 beschichtet werden auch wenn nachfolgend die Beschichtung von bestückten Leiterplatten LP beschrieben wird.
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Die Vorrichtung nach 1 weist eine nach oben hin offene Kavität 1 zur drucklosen Beschichtung der Oberfläche eines Werkstückes durch Vergießen auf. Die Kavität 1 ist aus einem Boden 11 und einem auf dem Boden 11 sich erhebenden Mantel 12 ausgestaltet, auf dessen freien Stirnflächen S das Werkstück 3 aufgesetzt ist. Die äußere Mantelfläche erhebt sich im Wesentlichen senkrecht, die innere Mantelfläche verläuft schräg zur freien Stirnfläche S (siehe 3 unterschiedliche Schrägen zur rechten Stirnfläche S oder, siehe 4, zur rechten Stirnfläche S oder, siehe 5, unterschiedliche Schrägen zu beiden Stirnflächen S) oder unter Verjüngungen der Mantelwandung (siehe 3 zur linken Stirnfläche oder, siehe 4, zur linken Stirnfläche), so dass das Werkstück 3 mit dem Verguss 2 aus der Kavität 1 besser entnommen werden kann. Ebenso weist der Boden 11 Schrägen für die leichtere Entnahme auf, siehe im einzelnen 3 bis 5. Die Kavität 1 kann auch zweiteilig aus Boden 11 und darauf montierten Mantel 12, wie dies 10 zeigt, oder becherförmig ausgestaltet sein, wobei die Öffnung des Bechers beliebig geformt sein kann, also z. B. in Form einer Ellipse, einer Niere, eines Sterns oder eines Polygons – jeweils in Abhängigkeit von der mit Verguss zu verfüllenden Fläche. Erfindungsgemäß ist die Kavität 1 solange mit Beschichtungsflüssigkeit 2 befüllbar (der Prozessparameter „Menge der Flüssigkeit” wird vorher durch Messung ermittelt und dann maschinell unter genauer Vorgabe des Volumens in die Kavität/Form 1 eingefüllt), bis die horizontalen Flächen auf der Unterseite des aufliegenden Werkstückes 3/Leiterplatte LP mit der Beschichtungsflüssigkeit 2 benetzt sind. Die Aufgabe der Flächenbenetzung wird dabei durch den Meniskus erleichtert, nämlich dass der Pegel der Beschichtungsflüssigkeit 2 um ein geringes Maß über die Kante der auf der Leiterplatte LP montierten Bauelemente hinaus ansteigen kann, so dass eine Benetzung einer zerklüfteten Form mit Schattenzonen und Hinterschneidungen (Porositäten) ermöglicht wird und z. B. auf Anschlußbeinen stehende Bauelemente allseitig von dem Beschichtungsmaterial umschlossen und benetzt werden. Die Innenseite der Kavität 1 weist eine Antihaftbeschichtung auf, so dass nach dem Aushärten der Beschichtungsflüssigkeit 2 das Werkstück 3 mit der vernetzten Vergußmasse 2 aus der Kavität 1 entnommen werden kann.
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Für den Fall, dass Beschichtungsflüssigkeit 2 an der Öffnung über die Stirnfläche S der Kavität 1 überläuft, sollte diese Flüssigkeit möglichst schnell entlang der äußeren Mantelfläche 12 auf den Boden 11 ablaufen, wozu diese Flächen ebenfalls eine Antihaftbeschichtung aufweisen, beispielsweise mit Teflon oder einem anderen Material mit sehr niedrigem Haftreibungsbeiwert beschichtet sind. Wie insbesondere 3 zeigt, ist es in Randbereichen auch möglich, dass die Kavität 1 nur mit einem Teil seiner Kanten/freien Stirnflächen S auf die zu beschichtende Fläche des Werkstückes 3 aufgesetzt wird, so dass der übrige Bereich dann über das Werkstück 3/Leiterplatte LP hinausragt und dementsprechend an der Seite (siehe B in 1, 2 und 3) befüllt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass
- – im ersten Schritt die eine Antihaftbeschichtung aufweisende Kavität 1 solange mit Beschichtungsflüssigkeit 2 befüllbar ist, bis die horizontalen Flächen auf der Unterseite des auf den freien Stirnflächen S der Kavität 1 aufliegenden Werkstückes 3 mit der Beschichtungsflüssigkeit 2 benetzt sind,
- – im zweiten Schritt die Beschichtungsflüssigkeit 2 aushärtet und
- – im dritten Schritt das Werkstück 3 mit der vernetzten Vergußmasse 2 aus der Kavität 1 entnommen wird.
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Wenn die freie Stirnfläche S der Kavität 1 von dem eine Entlüftung aufweisenden Werkstück 3 gänzlich abgedeckt ist (wie dies in 4 gezeigt ist), erfolgt das Befüllen der Kavität 1 von unten solange mit Beschichtungsflüssigkeit 2 unter Druck (siehe B in 4), bis die horizontalen Flächen auf der Unterseite des aufliegenden Werkstückes 3 mit der Beschichtungsflüssigkeit 2 benetzt sind. Auch in diesem Fall weist die Innenseite der Kavität 1 eine Antihaftbeschichtung auf, so dass nach dem Aushärten der Beschichtungsflüssigkeit 2 das Werkstück 3 mit der vernetzten Vergußmasse 2 aus der Kavität 1 entnommen werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ist also dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt das Befüllen der Kavität 1 nicht von oben drucklos, sondern von unten mit Beschichtungsflüssigkeit 2 unter Druck erfolgt.
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In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Kavität solange mit Beschichtungsflüssigkeit befüllbar, bis die horizontalen Flächen auf der Unterseite des aufliegenden Werkstückes mit der Beschichtungsflüssigkeit benetzt sind, so dass nach dem Aushärten der Beschichtungsflüssigkeit das Werkstück mit der Vergußmasse und diese mit der Kavität vernetzt ist; in diesem Fall kann von einem Vollverguss oder partiellem Verguss mit verlorener Form gesprochen werden. Ausgestaltungen für eine verlorene Form sind ansich aus der
DE 91 05 034 U1 oder der
DE 298 19 157 U1 bekannt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Kavität 1 direkt am Werkstück 3 befestigt und dass zur Vermeidung von Lufteinschlüssen während der Befüllung, ist die gesamte Kavität-Werkstück-Kombination 1, 3 um eine horizontale Achse verschwenkbar. Zur Befestigung sind Schrauben, Rastnasen, Magnete, Druckknöpfe, in Schlitzen umbiegbare Blechlaschen, Saugnäpfe, Klebverbindungen und/oder alle anderen lösbaren Verbindungen geeignet. Diese Art der Montage erfordert Vorbereitungen im Bereich der beschichtungsfreien Flächen. Das können Gewindelöcher für Schrauben sein, Löcher oder Vertiefungen für Rastnasen oder Schlitze für umbiegbare Blechlaschen. Andere, dort anzubringende Teile wären Haltemagnete oder die Gegenstücke von Druckknöpfen. Eine weitere, ggf. erforderliche Vorbereitung wären Freiflächen für Klebverbindungen oder das Aufdrücken von Saugnäpfen. Der Vorteil der beschriebenen Konfigurationen ist es, dass jede Kavität 1, d. h. auch mehrere Kavitäten, sicher und fest mit dem Werkstück verbunden sind und keine weitere Haltevorrichtung erforderlich ist. Der Vorteil der Verfahrensweise des Verschwenkens (Winkel vorzugsweise von 20° bis horizontal) ist es, dass die Front der Flüssigkeitsbenetzung langsam über das Werkstück 3 hinwegwandert und dabei alle Luftblasen langsam vor sich her schiebt und dadurch über die Kante des Werkstücks 3/den Mantel 12 der Kavität 1 hinweg verdrängt. Das Einfangen von Luftblasen, auch als Kavitation bezeichnet, wird eliminiert oder zumindest stark reduziert.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zur Erleichterung der Entnahme des partiell vergossenen Werkstücks 3, im unteren Bereich der Kavität 1 mindestens ein Auswerfer 4 angebracht, welcher beispielsweise wie 3 und 4 zeigen, als Stempel ausgeführt ist oder als Auswerferstift (auch aufwändigeren Funktionen wie Schrägauswerfer, Konturauswerfer, Hülsenauswerfer oder Flachauswerfer) ausgestaltet ist.
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In Weiterbildung der Erfindung ist zur Anbringung einer leitfähigen Beschichtung auf der Oberfläche des Verguss die Kavitätsfläche mit einem elektrisch leitfähigen Lack L beschichtet (siehe 9), so dass nach dem Trocknen des Leitlacks L, Verguss und Aushärten das Werkstück 3 mit der vernetzten, eine Leitschicht L aufweisende Vergussmasse 2 aus der Kavität 1 entnommen werden kann.
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Wenn die Kavität 1 aus einer verlorenen Form erstellt wird, wobei man dann von einem Gehäuse spricht, und wenn das Gehäuse 1 aus einem elektrischen Leiter besteht und elektrisch mit dem Werkstück 3 verbunden wird, entsteht auch der Vorteil, dass das Werkstück 3 (Elektronische Schaltung) einen EMV-Schutz erhält und das Gehäuse 1 selbst als EMV-Käfig dient.
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Zusammenfassend ist die Vorrichtung als Trennungswerkzeug ausgestaltet, so dass die vergussfreien Bereiche sich außerhalb der Umrandung befinden, also außerhalb der Kavität 1. Der Mantel 12 der Kavität 1 hat die Aufgabe die Bereiche Verguss – vergussfrei zu trennen. Die Befüllung der Kavität 1 erfolgt mit einem vernetzbaren Material/Beschichtungsflüssigkeit 2 (z. B. Thermoplast oder Reaktivmasse (Mehrkomponentensystem)), solange bis das Werkstück 3 mit der Vergussmasse im benetzenden Zustand gebracht wird. Hierbei erfolgt die Vernetzung des Materials 2 in der Kavität 1 mit dem Werkstück 3 zusammen und das Material 2 bleibt mit dem Werkstück 3 adhäsiv verbunden. Das Werkstück 3 kann nach dem Aushärten aus der Form 1 entnommen werden und die vernetzte Vergussmasse 2 bleibt an dem Werkstück 3 haften (siehe insbesondere 7 und 8).
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Im Rahmen der Erfindung kann zur Beeinflussung der rheologischen und der Vernetzungseigenschaften der Beschichtungsflüssigkeit 2 das ganze Werkzeug 3 beheizt oder gekühlt werden u. a..
