DE19650255A1 - Verfahren und Vorrichtung zur selektiven Umhüllung von Flachbaugruppen od.dgl. - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur selektiven Umhüllung von Flachbaugruppen od.dgl.Info
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen einer Kunststoff
schutzschicht auf ein Werkstück, vorzugsweise in Form einer mindestens einseitig
mit elektronischen Bauelementen bestückten Leiterplatte, auf der auch mit sol
chen Bauelementen bestückte Bereiche vorhanden sind, die beschichtungsfrei zu
halten sind, z. B. Steckeranschlüsse, Relais od. dgl., mit einem Formbad, in das in
fließfähigem Zustand befindliches Beschichtungsmaterial eingebracht wird, mit
dem die zu beschichtenden Flächen der Leiterplatte in benetzenden Kontakt ge
bracht werden, wonach die solchermaßen benetzte und flächenhaft beschichtete
Leiterplatte einem Trocknungsvorgang ausgesetzt wird, in dem die Beschichtung
aushärtet, wobei zunächst ein Formbadmantel hergestellt wird, dessen freie Stirn
flächen teilweise einen dem Umriß der zu beschichtenden Flächen entsprechen
den Verlauf haben und in einer Ebene verlaufen, und wobei die Leiterplatte mit
ihrer teilweise zu beschichtenden Seite nach innen weisend an den koplanar an
geordneten freien Stirnflächen zur Anlage gebracht wird.
Bei einer Vielzahl von Werkstücken, insbesondere bei sog. Flachbaugruppen aus
einer Leiterplatte mit daran befestigten Bauelementen, wird eine Umhüllung benö
tigt, um die sichere Funktion einer Komponente auch unter ungünstigen klimati
schen Bedingungen zu gewährleisten. Durch die zunehmende Integration sowie
bei dem Einsatz von Steuerungen im Außenbereich werden zahlreiche Ausfälle
verursacht, die klimatischer Ursache sind. Kriechströme, Migration, Korrosion,
Kurzschlüsse bzw. Unterbrechungen sind nur einige der möglichen Ursachen.
Die einfachste und preiswerteste Methode um eine Flachbaugruppe - im folgen
den wird die Erfindung anhand einer Flachbaugruppe erläutert, obgleich selbst
verständlich auch andere Bauteile mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und
der zu seiner Durchführung dienenden Vorrichtung beschichtet werden könnten -
ist die Tauchlackierung in einem mit Schutzmittel gefüllten Bad. Um lohnintensive
Maskierungsarbeiten zu vermeiden, muß in diesem Fall die Flachbaugruppe so
konstruiert werden, daß das Eintauchen im Schutzmittel keine Stecker oder son
stigen Kontaktstellen benetzt. Bei niedrigen Stückzahlen kann eine Maskierung
der ausgesparten Teile (Stecker, Sockel, Schalter, Potentiometer od. dgl.) durch
aus gerechtfertigt sein, muß jedoch durch wirtschaftliche Berechnungen jeweils
genauestens überprüft werden.
In einer mit auszusparenden Kontakten, wie Steckern, Prüfflächen, Sensoren,
Schaltern usw., bestückte Flachbaugruppe muß jedoch zwangsläufig selektiv be
schichtet werden. Durch die Geometrie des Gehäuses vorgegeben werden heute
die Flachbaugruppen entsprechend dem Gehäuse entflechtet. Sollte die Flach
baugruppe auszusparende Bereiche besitzen, so ist eine partielle bzw. sog. se
lektive Beschichtung unausweichlich. Dieses selektive Beschichten bei einer
Tauchlackierung ist arbeitsintensiv und nicht automatisierbar. Es ergeben sich
zahlreiche Fehlerquellen beim Handling und nach Härten des Lacks und der an
schließenden Demaskierung besteht die Gefahr einer Ablösung der Schicht.
Schließlich ist auch häufig ein Nacharbeiten und eine Reinigung erforderlich.
Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden ist auch bereits vorgeschlagen worden,
ein Koordinatengießen oder Koordinatensprühen vorzusehen, bei dem ein
Gieß/Sprühkopf mit der Schließeinheit (als vierte Achse) und einer Koordinaten
steuerung für die drei Raumachsen versehen ist. Mittels der Düse des
Gieß/Sprühkopfes, die nach allen Richtungen geführt werden kann, wird an ent
sprechenden Stellen Schutzmittel aufgetragen. Ob dabei der Gieß/Sprühkopf oder
die Flachbaugruppe bewegt wird, ist verfahrenstechnisch gleichbedeutend. Je
nach Ausführung der Anlage kann der Gießstrahl auch seitlich abgelenkt werden,
um so unter Umständen auch unter Bauelementen bedingt zu beschichten. Die
Programmierung der zu beschichtenden Fläche erfolgt im Teach In oder kann aus
den Layoutdaten übernommen und angepaßt werden.
Der Vorteil dieses Koordinatengießens/-Sprühens ist die leichte Automatisierbar
keit, die Integrierbarkeit in eine Fertigungslinie und die Flexibilität durch Pro
grammierung. Die Nachteile dieses Verfahrens liegen darin, daß eine Beschich
tung im Sprühschatten nicht oder nur bedingt möglich ist und somit nicht alle
Flachbaugruppen auf diese Art und Weise zufriedenstellend beschichtet werden
können. Es ergibt sich eine Einschränkung bezüglich der verarbeitbaren Materiali
en, da nur geringe Viskositäten verarbeitbar sind. Die Genauigkeit ist gegeben
durch die Strahldicke bzw. Strahlbreite und kann somit nicht allzuweit getrieben
werden. Es besteht stets die Gefahr eines sog. Overspays und darüber hinaus
benötigt eine solche Anlage sehr hohe Investitionskosten.
Zur Verbesserung ist bereits ein selektrives Tauchverfahren mittels dichtschlie
ßender Formbecher (das sog. Millicoat-Verfahren) der eingangs genannten Art
vorgeschlagen worden, bei dem - man vergleiche hierzu beispielsweise die Offen
legungsschrift DE 40 12 903 A1 und die Offenlegungsschrift DE 42 11 342 A1 -
die Flachbaugruppe auf einem dichtschließenden Formbecher positioniert wird.
Das im Formbecher befindliche Schutzmittel fließt nun bei langsamer Drehung
oder Schwenkung der gesamten Anordnung und flutet alle Bereiche innerhalb des
Formbechers. Damit die Flachbaugruppe beim Wenden nicht vom Formbecher
fällt und die Anordnung dicht bleibt, muß die Platine mittels eines Niederhalters an
den Formbecher dichtschließend fest angepreßt werden. Beim Drehen werden
alle Bauelemente überflutet, so daß Ergebnisse erzielt werden wie beim Tauchen.
Nach dem Drehen kann die Flachbaugruppe vom Formbecher entnommen und
gedreht, werden mit der lackierten Fläche nach oben.
Gegenüber einem selektriven Gieß/-Sprühverfahren ist diese Methode verfahren
stechnisch eine bessere Alternative. So ergibt sich zum einen eine vollständige
Umhüllung von Bauelementen wie beim Tauchen, man ist in der Materialauswahl
flexibler, da auch hochviskose Materialien applizierbar sind. Es erfolgt eine gleich
zeitig Verklebung von Bauelementen und es ergibt sich eine sehr genaue Abgren
zung zwischen den zu beschichtenden Bauelementen und Steckern.
Der Nachteil dieses Verfahrens, unabhängig davon, ob der Formbecher vollstän
dig gedreht wird oder in einer Schrägstellung allmählich von unten gefüllt wird, so
daß die Benetzung von der tiefsten Stelle zur höchsten Stelle wandert, wobei dort
eine Entlüftung stattfinden muß, besteht darin, daß durch den Druck des flüssigen
Beschichtungsmittels die Gefahr eines Auslaufens an den Aufsetzkanten des
Formbechers besteht, wenn dieser nicht dicht an liegt. Ein solches dichtes Anlie
gen erfordert aber hohe Andruckkräfte und ist selbst dann nicht immer erreichbar.
Durch die hohen Andruckkräfte erfolgt eine Verformung der Platine und mögliche
Beschädigungen von Leiterbahnen sowie in der Nähe liegender Bauteile. Hinzu
kommt, daß mit diesem Verfahren grundsätzlich nur innenliegende Bereiche der
Platine selektiv beschichtet werden können, während eine Beschichtung bis zum
Rand der Platine grundsätzlich nicht möglich ist. Des weiteren ist es nachteilig,
daß offene Durchkontaktierungen ein Durchlaufen des Schutzmittels auf die Ge
genseite bewirken und die Undichtigkeiten grundsätzlich eine unnötige Ver
schmutzung der gesamten Anlage mit sich bringen. Etwaige Durchbrüche und
Bohrungen innerhalb der Lackierung haben hohe Werkzeugkosten zur Folge. Die
Verarbeitung dünnflüssiger Lacksysteme ist nur durch starkes Anpressen der Pla
tine an den Formbecher möglich, wodurch, wie bereits ausgeführt wurde, die Ge
fahr einer Leiterbahnbeschädigung an den Anpreßstellen gegeben ist. Schließlich
erweist es sich als ungünstig, daß die Formbecher je nach Materialverbrauch ca.
alle 10 bis 20 Beschichtungsvorgänge manuell nachgefüllt werden, wobei dies bei
Anlagen mit automatischer Beschichtungsmittelnachführung zwar vermieden wer
den kann, dann aber die Konstruktion stark verkompliziert wird, da immer die
Schwenkbarkeit mit eingerechnet werden muß.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Beschichten
von Flachbaugruppen od. dgl. der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß
es bei geringerem konstruktiven Aufwand einfacher durchgeführt werden kann,
daß praktisch keine Beschränkungen hinsichtlich der Formen der zu beschichten
den Teilflächen gegeben sind, daß die Gefahr eines Beschichtens von freizuhal
tenden Bereichen der Flachbaugruppe sicher verhindert ist, und daß ein Beschich
ten der Flachbaugruppe auch bis zu den Rändern der Platine möglich ist. Des
weiteren soll sichergestellt werden, daß die Flachbaugruppen keinem verfahrens
bedingten Streß unterworfen sind, d. h. verfahrensbedingte Zerstörungen auszu
schließen sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Formbad
so positioniert ist, daß seine Stirnkanten im wesentlichen in einer horizontalen
Ebene liegen, und daß der Formbadmantel die Leiterplatte in Randbereichen seit
lich überragt, derart, daß Luftblasen längs der Randbereiche entweichen können
und Beschichtungsmaterial über die freien Stirnkantenabschnitte des Trogmantels
abfließen kann.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung, bei der weder ein vollständiges Um
wenden noch eine Schrägstellung des Formbades mit der dichtend aufgesetzten
Flachbaugruppe stattfindet, bei dem ja bekanntlich kleinste Undichtigkeiten zu
einem Ausfließen des Beschichtungsmittels führen, ergibt sich der große Vorteil,
daß ein dichtes Andrücken der Flachbaugruppe bzw. der Platine der Flachbau
gruppe an die Stirnkanten des Formbades überhaupt nicht notwendig ist. Da die
Flüssigkeit an der Benetzungsebene der Flachbaugruppe nicht unter Druck steht,
wird das Beschichtungsmittel auch bei etwaigen - stets relativ dünnen - Spalten
zwischen der Platine und der Stirnkante des Formbades nicht durch diese Schlitze
austreten, da ja bekanntlich solche Beschichtungsmittel, also allgemein Lacke
od. dgl., so viskos sind, daß sie solche Spalte im nicht durchdringen können, wie
dies ja ohne entsprechenden Druck noch nicht einmal bei Wasser der Fall ist. Al
lenfalls dringt das Beschichtungsmittel etwas in den Spalt ein, aber um weniger
als die Breite der Stirnkanten des Formbades, so daß ein Verschmutzen der frei
zuhaltenden, außerhalb des Formbades liegenden Teile der Flachbaugruppe auch
ohne Abdichtung nicht möglich ist. Die Entlüftung, z. B. beim Hochpumpen des
Beschichtungsmittels bis zur Benetzung der Platine der Flachbaugruppe, kann
erfindungsgemäß dadurch erfolgen, daß die Leiterplatte der Flachbaugruppe das
Formbad nicht vollständig abdeckt, wie bei den eingangs erwähnten Verfahren,
die auch in den genannten Offenlegungsschriften beschrieben sind. Die Luftbla
sen können einfach seitlich unter dem Rand der Leiterplatte in den seitlich über
stehenden Trogbereich ausgedrückt werden, und gleichzeitig erfolgt ein Abfließen
des Beschichtungsmaterials über die freien Stirnkantenabschnitte des Trogman
tels. Dabei kann sich auch bei einem Hochpumpen des Beschichtungsmittels in
nerhalb der Formbades kein Druck ausbilden, durch den etwa Beschichtungsmit
tel aus etwaigen Spalten zwischen der Platine und den Stirnkanten des Formba
des ausgedrückt werden könnte.
In Weiterbildung der Erfindung kann dabei vorgesehen sein, daß ein Formbad
mantel verwendet wird, der im Bereich der freien Stirnkantenabschnitte, also im
Bereich der Abschnitte, auf denen die Platine nicht aufliegt, mit Ablaufkerben ver
sehen ist. Durch diese Ablaufkerben läßt sich ein gezielteres Abfließen erreichen
und damit die Gefahr eines Druckaufbaus unterhalb der Flachbaugruppe aus
schließen.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich im einfachsten Fall in der Weise
durchführen, daß das Werkstück auf das bis zur Stirnkante vollständig gefüllte
Tauchbad aufgelegt wird, oder aber auch dieses Tauchbad von unten gegen das
Werkstück entsprechend verfahren wird.
Um dabei zu vermeiden, daß nach jedem Tauchen ein entsprechendes exaktes
Nachfüllen notwendig ist, kann in Ausgestaltung der Erfindung 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.
Auf diese Art und Weise erfolgt stets nach dem Beschichten und dem Wiederab
senken des Formbades in das Überlaufbad eine vollständige Füllung, so daß ein
kompliziertes Nachfüllen über eine Pumpe mit den notwendigen Meßfühlern und
Steuerungseinrichtungen völlig entfallen kann.
Als besonders geeignet hat sich aufgrund umfangreicher, der vorliegenden Erfin
dung zugrundeliegender Versuche eine Verfahrensausgestaltung erwiesen, bei
der das Beschichtungsmaterial über einen Fördermechanismus vorzugsweise von
unten in das Formbad hineingepumpt wird, und der Fördermechanismus gesteuert
beim oder nach dem Überlaufen des Beschichtungsmaterials abgeschaltet wird.
Das Werkstück, also speziell die mit der selektiv zu beschichtenden Seite auf der
Stirnkante des Formbads aufliegende, das Formbad aber nicht vollständig abdeckende
Flachbaugruppe, wird dabei selektiv geflutet, wobei das Formbad so in An
passung an das jeweilige Werkstück gestaltet wird, daß alle auszusparenden Be
reiche sich außerhalb des Formbades befinden. Das Formbad muß dabei über
das Werkstück seitlich überstehen und darf keinesfalls eine dichte Einheit mit dem
Werkstück bilden. Nach dem Benetzen der zu beschichtenden Fläche der Flach
baugruppe und der spezifischen Verweilzeit kann das Niveau des Beschich
tungsmittels definiert abgesenkt werden, indem die Förderrichtung der Pumpe
umgekehrt wird.
Um ständig reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen, müssen die Prozeßparameter
des Systems frei programmierbar und abrufbar sein. Das Niveau des Beschich
tungsmittels wird über die Fördermenge der Pumpe (Volumenstrom im Formbad)
eingestellt.
Wird das Niveau in positiver Richtung bewegt, also nach oben, so entspricht die
ses der bei Tauchen bekannten Eintauchgeschwindigkeit. Diese Materialbewe
gung erfolgt, bis die Gesamtfläche des Werkstückes innerhalb des Formbades
vollständig benetzt wird. Nach dem Benetzen fördert die Pumpe weiterhin Be
schichtungsmittel ins Formbad, das aber durch die Ablaufkerben wieder ablaufen
kann, so daß sich eine homogene Strömung im System bildet. Das Werkstück
verweilt eine definierte Zeit in diesem Zustand (Verweilzeit). Nach der Verweilzeit
wird das Niveau in negativer Richtung (nach unten) definiert bewegt, was der
Austauchgeschwindigkeit bei einer Tauchbeschichtung entspricht. Dieser Parame
ter 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 Be
schichtungsqualität auswirken. Nach dem Entnetzen ist eine Abtropfzeit nicht
mehr erforderlich, da die Tropfen durch die Oberflächenspannung mit angesaugt
werden.
Die Förderung des Beschichtungsmittels soll dabei in Weiterbildung der Erfindung
derart über eine Düse von unten erfolgen, daß sich über dem Niveau des Be
schichtungsmittels eine Erhebung ausbildet, von deren Berührungsstelle mit der
Leiterplatte ausgehend die Benetzung der Leiterplatte sich nach außen ausbreitet,
wobei dabei dann auch kontrolliert die Luft nach außen verdrängt wird und einge
schlossene Luftblasen überhaupt nicht entstehen können. Damit ist eine vollflä
chige Benetzung und Beschichtung der gewünschten Bereiche sicher gewährlei
stet.
Anstelle der vorstehend beschriebenen Verfahrensabläufe des erfindungsgemä
ßen selektiven Beschichtungsverfahrens, bei welchem das Niveau des fließfähi
gen Beschichtungsmittels - anstelle des zweifellos bevorzugten flüssigen Be
schichtungsmittels könnten auch quasi fließfähige Beschichtungsmittelpulver ver
wendet werden - bis zur Benetzung mit der Platine der Flachbaugruppe angeho
ben wird bzw. eine entsprechende Absenkung der Platine auf das Formbad er
folgt, kann in Weiterbildung der Erfindung auch vorgesehen sein, daß das Be
schichtungsmittel nur bis zu einem Niveau unterhalb der Stirnkante des Formba
des eingefüllt wird 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 Stirn
kanten liegt, die Benetzung des Werkstücks gesteuert durch Kapillarwirkung er
folgt. Je nach Art der Ausbildung des Kapillarsaugkörpers und der Höhe des Ni
veaus des Beschichtungsmittels läßt sich genau und gezielt auf die jeweilige Vis
kosität des Beschichtungsmittels einstellen, wie stark und wieviel Beschich
tungsmittel durch Kapillarwirkung an die zu beschichtende Fläche der Flachbau
gruppe angesaugt wird. Bei dieser Verfahrensvariante kann notfalls auch der
Überstand des Formbades seitlich über die Platine vermieden werden, da ja hier
bei ein Abfließen des hochgepumpten überschüssigen Beschichtungsmittels gar
nicht notwendig ist.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich in besonders
einfacher Weise ein Formbad, dessen Badmantel aus einem Blech mit senkrecht
zur Auflagestirnseite verlaufenden abgerundeten oder mit einem flachen Boden
versehenen Biegekerben gebogen ist, wobei die Stirnkanten außerhalb des Aufla
gebereichs des Werkstücks bevorzugt wenigstens eine Ablaufkerbe aufweist. Die
Verwendung solcher mit Biegekerben versehener Blechstreifen ermöglicht eine
einfache Herstellung der Formbadmäntel auch für komplizierte Umrißformen, also
für sehr komplizierte Formen der zu beschichtenden Flächenbereiche. Das Ver
meiden von kantigen Kerben hat dabei den Vorteil, daß die Gefahr eines Bre
chens beim Biegen längs der Kerbe geringer ist und insbesondere auch bei
mehrmaligem Hin- und Herbiegen zur Korrektur von Biegefehlern bei der Ferti
gung ein solches Brechen längs der Biegekerben sicher vermieden ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Formbad abgedichtet in einem es
vorzugsweise allseits umgebenden Vorratsbehälter angeordnet sein, wobei eine
Saugöffnung des Vorratsbehälters über eine Leitung mit einer Füllöffnung des
Formbades verbunden ist.
Die Füllöffnung soll dabei bevorzugt im Boden des Formbades angeordnet und als
Düse zur Ausbildung einer Erhebung auf dem Niveau des Beschichtungsmittels
ausgebildet sein, um eine Benetzung ausgehend von einem zentralen Punkt der
zu beschichtenden Platine nach außen sich ausbreiten zu lassen, was - wie be
reits weiter oben im einzelnen beschrieben worden ist - verfahrenstechnisch er
hebliche Vorteile mit sich bringt.
Schließlich liegt es auch noch im Rahmen der Erfindung, das Formbad mit we
nigstens einem, in eine entsprechende Öffnung des Werkstücks eintauchenden
Positionierstift zu versehen, um eine exakte Zuordnung des Werkstücks beim
Aufsetzen auf das Formbad - unabhängig davon, welches Teil dabei tatsächlich
bewegt wird - sicherzustellen.
Wie bereits weiter oben erwähnt wurde, kann das Schutzmittel sowohl flüssig als
auch in fester Form als Pulver vorliegen. Bei der Pulverbeschichtung, bei der
durch Lufteinpumpen eine quasi "gekräuselte" Oberfläche der Pulverschicht erzielt
wird, muß selbstverständlich das Werkstück auf eine entsprechende Temperatur
gebracht werden, so daß das benetzende Pulver beim Kontakt mit der Oberfläche
schmilzt. Der Tauchbereich wird bei Verwendung reaktiv vernetzender Materialien
(Oxydations-, Feuchtevernetzung) unter einer inerten Atmosphäre gehalten, vor
zugsweise Stickstoff oder Lösemitteldämpfe, die schwerer als Luft sind.
Die Biegekerben in den Blechstreifen zur einfachen durch Biegung erfolgenden
Herstellung kompliziertester Formbadmäntel können bevorzugt in die Blechstrei
fen eingeätzt sein, da sich dabei automatisch ein Radius der eingeätzten Kerbe
ergibt, die das Abbrechen beim Abknicken verhindert.
Um eine umweltfreundliche Reinigung des Bades zu ermöglichen, wird die
Grundplatte und der Mantel mit einer Schicht versehen, so daß die Oberflächen
grenzenergie stark erniedrigt wird. Hierzu kann beispielsweise eine Teflonbe
schichtung zum Einsatz kommen oder man kann Trennmittel einsetzen, die sich in
dem verwendeten Beschichtungsmittel nicht lösen.
Das erfindungsgemäße selektive Beschichtungsverfahren, das eine vollständige
Umhüllung eines Bauelements wie beim Tauchen gewährleistet, prozeßsicher und
In-Line automatisierbar ist und auf preiswerten und wirtschaftlichen Anlagen
durchgeführt werden kann, hat gegenüber den eingangs beschriebenen Verfahren
folgende weitere Vorteile:
Selektive Beschichtung ohne Klebestreifen und Maskierungsmaterialien, kein Sprühschatten, wie es beim Spritzen der Fall ist - daher vollständige Umhül lung der Bauelemente,
keine Gefahr der Bauteilbeschädigung, da keine mechanische Belastung des Werkstücks notwendig ist,
unempfindlich auf Unebenheiten bis ca. 1000 µm, wie z. B. hohe Leiterbahnen u. dgl., prozeßsicher und In-Line automatisierbar (Formbad muß nicht gewendet bzw. ge schwenkt werden),
offene Durchkontaktierungen innerhalb der Flutfläche verursachen keine Pro zeßeinschränkung (Lack läuft nicht durch),
die Ränder der Platine werden im Bereich der Öffnungen mitbeschichtet, einfache Materialzuführung durch Vorratsbehälter,
einfache Formbäder, da Durchbrüche nicht ausgespart werden müssen.
Selektive Beschichtung ohne Klebestreifen und Maskierungsmaterialien, kein Sprühschatten, wie es beim Spritzen der Fall ist - daher vollständige Umhül lung der Bauelemente,
keine Gefahr der Bauteilbeschädigung, da keine mechanische Belastung des Werkstücks notwendig ist,
unempfindlich auf Unebenheiten bis ca. 1000 µm, wie z. B. hohe Leiterbahnen u. dgl., prozeßsicher und In-Line automatisierbar (Formbad muß nicht gewendet bzw. ge schwenkt werden),
offene Durchkontaktierungen innerhalb der Flutfläche verursachen keine Pro zeßeinschränkung (Lack läuft nicht durch),
die Ränder der Platine werden im Bereich der Öffnungen mitbeschichtet, einfache Materialzuführung durch Vorratsbehälter,
einfache Formbäder, da Durchbrüche nicht ausgespart werden müssen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele sowie anhand der
Zeichnung. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung,
wobei zur Verdeutlichung der Funktionsweise die eigentlich unsicht
bar auf der Unterseite der Platine liegenden Bauelemente sichtbar
mit dargestellt sind,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Anordnung nach Fig. 1,
Fig. 3 eine vergrößerte Detaildarstellung des Formbades mit der Düse im
Bereich der Einfüllöffnung zur Ausbildung einer Erhebung des Be
schichtungsmittelniveaus,
Fig. 4 einen Detailausschnitt des Blechstreifens mit Biegeeinkerbungen zur
Herstellung des Formbadmantels, und
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines abgewandelten Formbades
entsprechend dem Schnitt nach Fig. 2 mit einem Kapillarsaugkörper.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Beschichtungsvorrichtung umfaßt einen
äußeren Vorratsbehälter 1 mit einer Grundplatte 2 und einem Vorratsbehälterman
tel 3, in dem das Formbad 4 abgedichtet und vorzugsweise nach allen Seiten frei
angeordnet ist. Eine Saugöffnung 5 im Boden des Vorratsbehälters 1 steht dabei
über eine Umwegleitung 6 und eine darin eingebaute Pumpe 7 in Verbindung mit
einer Füllöffnung 8 des Formbades 4, das im gezeigten Ausführungsbeispiel mit
einer aufgesetzten Düse 9 versehen ist.
Der Formbadmantel 10, der bevorzugt aus einem Blechstreifen gemäß Fig. 4 ge
bogen ist, der mit einer Vielzahl von zueinander parallelen, zur Auflagestirnkante
11 des Formbadmantels senkrechten runden eingeätzten Biegekerben 12 verse
hen ist, ist so geformt, daß alle nicht zu beschichtenden Bereiche einer auf einer
Platine 13 aufgebauten Flachbaugruppe außerhalb des Formbades liegen. Von
besonderer Bedeutung ist dabei darüber hinaus, daß die Platine das Formbad
nicht vollständig abdeckt, sondern daß der Formbadmantel - im vorliegenden Fall
an vier Stellen - seitlich über die Platine 13 nach außen übersteht. Zur exakten
Positionierung der Platine über dem Formbad 4 sind Positionierungsstifte 14 und
15 vorgesehen. Damit liegen die auszusparenden Teile, wie der Stecker 16, der
IC-Sockel 17 und der weitere Stecker 18 außerhalb des Formbades. Nach dem
Aufsetzen der Platine auf das Formbad 4 wird dieses von unten mit Hilfe der
Pumpe 7 geflutet, bis das Niveau des eingebrachten Beschichtungsmittels die
Unterseite 19 der Platine 13 benetzt. Durch die Düse 9 in der Einfüllöffnung 8 des
Formbades ergibt sich über dem Niveau 20 des meist flüssigen Beschichtungsmit
tels 21 eine Erhebung 22, die beim Ansteigen des Niveaus als erstes an der Un
terseite 19 der Platine 13 anstößt. Von diesem Punkt ausgehend breitet sich dann
die Benetzung nach außen fort. Dabei wird Luft nach außen gedrückt und kann
über die Kantenabschnitte 23 bis 26 der Platine nach außen austreten. Das Be
schichtungsmittel seinerseits fließt über Ablaufkerben 27, 28, 29 und 30 im Be
reich der Stirnkanten 11 der Formbadwandung 10 ab und gelangt wieder in den
Vorratsbehälter 1. Durch die Ablaufkerben 27 bis 30, die selbstverständlich nicht
nur eine langgestreckte Kerbe, sondern auch eine Vielzahl von kleinen beispiels
weise V-förmigen Kerben sein können und die allenfalls eine Tiefe von etwa 3 mm
erreichen sollen, wird zusätzlich sichergestellt, daß beim Hochpumpen des Be
schichtungsmittels sich kein Druck unter der Platine 13 ausbilden kann. Dadurch
kann keinesfalls Beschichtungsmittel über etwaige Spalte zwischen den Stirnkan
ten 11 und der aufliegenden Platine zu den nicht zu beschichtenden Bereichen
nach außen austreten. Es bedarf also keiner dichtenden Auflage, die nur durch
ein starkes Zusammenquetschen und damit unter Inkaufnahme der Gefahr einer
Beschädigung der aufgedruckten Leiterbahnen bewerkstelligt werden könnte.
In dem nur sehr schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist im
Formbad 4 ein Kapillarsaugkörper 31 angeordnet, dessen Grundriß in Draufsicht
gesehen zumindest dem zu beschichtenden Flächenbereich der Platine ent
spricht. Ein solcher Kapillarsaugkörper könnte beispielsweise ein Borstenpinsel
sein. Das Formbad 4 ist nur bis zu einem Niveau 20 des Beschichtungsmittels 21
unterhalb der Stirnkante 11 des Formbadmantels 10 gefüllt und dieses Niveau ist,
ausgehend von der Viskosität des Beschichtungsmittels und der Ausbildung des
Kapillarsaugkörpers 31, so gewählt, daß eine vorgegebene Menge an Beschich
tungsmittel nach oben gesaugt und in Benetzung mit der Unterseite 19 der Platine
13 gebracht wird. Wenn dabei das Beschichtungsmittel 21 erst nach dem Aufle
gen der Flachbaugruppe von unten zugeführt wird, so könnte der seitliche Über
stand der Wandungen über die Randkanten der Platine entfallen, da eine Ver
drängung von Beschichtungsmittel nicht stattfindet und ein Anfluten unter Auf
rechterhaltung einer gewissen Strömungsgeschwindigkeit längs der zu beschich
tenden Fläche ja hierbei nicht stattfindet. Bevorzugt wird man aber auch in diesem
Fall die gleiche Art der überstehenden Ausbildung des Formbadmantels
wählen.
Claims (14)
1. Verfahren zum Aufbringen einer Kunststoffschutzschicht auf ein Werkstück,
vorzugsweise in Form einer mindestens einseitig mit elektronischen Bau
elementen bestückten Leiterplatte, auf der auch mit solchen Bauelementen
bestückte Bereiche vorhanden sind, die beschichtungsfrei zu halten sind,
z. B. Steckeranschlüsse, Relais od. dgl., mit einem Formbad, in das in fließ
fähigem Zustand befindliches Beschichtungsmaterial eingebracht wird, mit
dem die zu beschichtenden Flächen der Leiterplatte in benetzenden Kon
takt gebracht werden, wonach die solchermaßen benetzte und flächenhaft
beschichtete Leiterplatte einem Trocknungsvorgang ausgesetzt wird, in
dem die Beschichtung aushärtet, wobei zunächst ein Formbadmantel her
gestellt wird, dessen freie Stirnflächen teilweise einen dem Umriß der zu
beschichtenden Flächen entsprechenden Verlauf haben und in einer Ebene
verlaufen, und wobei die Leiterplatte mit ihrer teilweise zu beschichtenden
Seite nach innen weisend an den koplanar angeordneten freien Stirnflä
chen zur Anlage gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Formbad
so positioniert ist, daß seine Stirnkanten im wesentlichen in einer horizonta
len Ebene liegen, und daß der Formbadmantel die Leiterplatte in Randbe
reichen seitlich überragt, derart, daß Luftblasen längs der Randbereiche
entweichen können und Beschichtungsmaterial über die freien Stirnkanten
abschnitte des Trogmantels abfließen kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Formbad
verwendet wird, das im Bereich der freien Stirnkantenabschnitte mit Ablauf
kerben versehen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Werkstück auf das bis zur Stirnkante vollständig gefüllte Tauchbad aufge
legt wird.
4 Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Formbad
einen Becher bildet, der aus einer getauchten Position in einem Überlauf
bad bis zum darüber fest gehalterten Werkstück angehoben wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Be
schichtungsmaterial über einen Fördermechanismus, vorzugsweise von
unten, in das Formbad hineingepumpt wird und der Fördermechanismus
gesteuert beim oder nach dem Überlaufen des Beschichtungsmaterials ab
geschaltet wird
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderung
des Beschichtungsmittels derart über eine Düse von unten erfolgt, daß sich
über dem Niveau des Beschichtungsmittels eine Erhebung ausbildet, von
deren Berührungsstelle mit der Leiterplatte ausgehend die Benetzung der
Leiterplatte sich nach außen ausbreitet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Niveau des Beschichtungsmittels nach einer vorgebbaren Zeit ab
gesenkt wird und daß nach einer vom Beschichtungsmittel, der Temperatur
und dem Aufbau des Werkstücks abhängigen Abtropfphase das Werkstück
umgedreht und in eine Härte- oder Trocknungsstation befördert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Absenkung
des Niveaus des Beschichtungsmittels in Abhängigkeit von dessen Viskosi
tät definiert derart erfolgt, daß an den Bauelementen des Werkstücks hän
gende Tropfen durch die Oberflächenspannung des Beschichtungsmittels
abgesogen werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß das Beschichtungsmittel nur bis zu einem Niveau unterhalb der Stirn
kante des Formbades eingefüllt wird und durch einen im Formbad ange
ordneten Kapillarsaugkörper, dessen Oberfläche im wesentlichen in der
Ebene der Stirnkanten liegt, die Benetzung des Werkstücks gesteuert
durch Kapillarwirkung erfolgt.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1
bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Formbad (4) einen aus einem
Streifen, insbesondere Metallblechstreifen, mit senkrecht zur Auflagestirn
kante (11) verlaufenden, abgerundeten oder mit einem flachen Boden ver
sehenen, Biegekerben (12) gebogenen, die zu beschichtenden Flächenbe
reiche des Werkstücks einschließenden, Formbadmantel (10) aufweist,
wobei die Stirnkante (11) außerhalb des Auflagebereichs des Werkstücks
wenigstens eine Ablaufkerbe (27, 28, 29, 30) aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Formbad
(4) abgedichtet in einem es vorzugsweise allseits umgebenden Vorratsbe
hälter (1) angeordnet ist, wobei eine Saugöffnung (5) des Vorratsbehälters
(1) über eine Umwegleitung (6) mit einer Pumpe (7) mit einer Füllöffnung
(8) des Formbades (4) verbunden ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllöff
nung (8) im Boden des Formbades (4) angeordnet und als Düse (9) zur
Ausbildung einer Erhebung (22) auf dem Niveau (20) des Beschichtungs
mittels ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Formbad (4) mit wenigstens einem, in eine entsprechende Öffnung
des Werkstücks eintauchenden Positionierstift (14, 15) versehen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Biegekerben (12) in den Blechstreifen eingeätzt sind.
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DE1996150255 DE19650255C2 (de) | 1996-12-04 | 1996-12-04 | Verfahren und Vorrichtung zur selektiven Umhüllung von Flachbaugruppen od.dgl. |
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DE1996150255 DE19650255C2 (de) | 1996-12-04 | 1996-12-04 | Verfahren und Vorrichtung zur selektiven Umhüllung von Flachbaugruppen od.dgl. |
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DE19650255C2 DE19650255C2 (de) | 1999-12-02 |
Family
ID=7813601
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Country | Link |
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DE (1) | DE19650255C2 (de) |
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