So gelingt Komponentenschutz - Das richtige Verfahren, der richtige Steckverbinder

Sehr häufig werden 1- und 2-Komponenten-Vergussstoffe, sogenannte Potting Compounds, eingesetzt. Bei den 2-Komponenten-Vergussstoffen werden Harz und Härter in einem Mischungsverhältnis mit entsprechender Maschinentechnik vermischt und im Standard über ein statisches Mischrohr in die Kavität eingegossen. Somit ist dieser Kalt-Verguss ein nicht-formgebendes Verfahren und benötigt ein Gehäuse, in das die Vergussmasse eingefüllt wird.
Ein Potting-Verguss bietet dabei viele Vorteile: So sorgt er nicht nur für eine hervorragende elektrische Isolierung, hohe Wärmeableitung und Vibrations- und Schockreduzierung, sondern verfügt zudem über Chemikalien-, Feuchtigkeits-, Thermoschock- und Zyklenbeständigkeit, schützt die Elektronik vor Staub sowie Feuchtigkeit und besitzt darüber hinaus flammhemmende Eigenschaften.
 
Standardgemäß kommen dabei je nach spezifischer Anforderung Epoxid-, Polyurethan- und Silikonharze zum Einsatz. Sie alle unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Eigenschaften (Tab. 1). 

Mit dem Conformal Coating werden Leiterplatten vollständig oder nur selektiv beschichtet. Im Falle einer Selektivbeschichtung werden nur notwendige Bereiche der Leiterplatte mit einer Schutzschicht überzogen. In der Regel unterscheidet man zwischen zwei Varianten des Coatings: Die Dünnschichtbeschichtung verspricht mit ihrer schnellen Härtung und der angepassten Viskosität eine hohe Wirtschaftlichkeit der Fertigungsprozesse. Ein besonders hoher Kanten- und Flächenschutz, der elektronische Baugruppen insbesondere vor extremer Feuchte bewahrt, wird dagegen mit der Dickschichtbeschichtung erzielt. In beiden Fällen bauen die Conformal Coatings nach der Trocknung lediglich Schichtstärken zwischen 30 - 2000 µm auf. Somit kann die elektronische Baugruppe immer noch bei engen Platzverhältnissen verbaut werden. 

 Aufgrund von unterschiedlicher Viskosität der Schutzlacke und somit unterschiedlichem Ausfließverhalten, wird gerne das Prinzip DAM & FILL auf den bestückten elektronischen Baugruppen angewandt. Hier wird mit einem thixotrop eingestellten Schutzlack ein „Dam“ (deutsch „Damm“), z.B. um die Bauteile gelegt, die nicht vergossen werden dürfen, beispielsweise um Steckverbinder. Die übrigen Komponenten werden anschließend mit einem niederviskosen Schutzlack benetzt („Fill“, deutsch „Füllung“). 

Für das Conformal Coating werden unterschiedliche Polymere Werkstoffe eingesetzt. So können Anwender unter anderem zwischen silikonbasierten und UV-vernetzenden Produkten wählen. Erstere eignen sich aufgrund ihres breiten Temperaturspektrums von -40°C bis +200°C hervorragend für harsche Einsatzbedingungen wie in der Luft-und Raumfahrt oder Offshore. Letztere bestehen aus Acrylaten und Polyurethanen oder Hybriden beider Werkstoffe. Sie zeichnen sich vor allem dadurch aus, dass sie durch UV-Initiierung sehr schnell aushärten und eine sehr gute thermische Schockbeständigkeit mitbringen. 

Die Einsatzgebiete des Conformal Coatings sind vielfältig und reichen vom Automotive-Bereich bis hin zur Bahntechnik, Sensorik, Industrieelektronik, Medizintechnik sowie zur genannten Offshore-Windkraft und Luft- und Raumfahrttechnik.

Eine besondere Form des Vergusses ist das Hotmelt Moulding. Bei diesem Verfahren wird in einem Arbeitsschritt die Baugruppe mit einem Material umhüllt, wobei eine Gehäusestruktur entsteht und die Baugruppe gleichzeitig geschützt wird. Die Elektronik wird dabei nicht beschädigt, da die niederviskosen, thermoplastischen Materialien eine niedrige Verarbeitungstemperatur aufweisen und mit einem weitaus geringeren Einspritzdruck als beim normalen Kunststoffspritzguss verarbeitet werden. Das schont zum einen die Bauteile, lässt zugleich die Thermoplaste schnell aushärten und macht das Verfahren relativ preiswert.

Der Niederdruck-Spritzguss ermöglicht somit, dass selbst sensible Bauteile wie Kontakte, Sensoren, Leiterplatten und Spulen umweltfreundlich umhüllt, verklebt oder nach IP68 abgedichtet werden und damit auch vor stärksten Belastungen geschützt sind.

Eine von äußeren Einflüssen massiv betroffene Branche ist beispielsweise die Landwirtschaft. Maschinen unterliegen hier täglich unterschiedlichen Witterungsverhältnissen. Zum Schutz ihrer Elektronik eignet sich Hotmelt Moulding perfekt: Es bewahrt zuverlässig und langanhaltend vor Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen, Korrosion und Erschütterungen. 

Extremtemperaturen, Schmutz und Feuchtigkeit, chemischer oder mechanischer Stress: Mit dem geeigneten Komponentenschutzverfahren ist die Elektronik vor nahezu jeder äußeren Einwirkung geschützt. Ein Aspekt muss dabei jedoch bedacht werden: Ein Verguss ist nur dann möglich, wenn die Funktionalität der verbauten Komponenten durch die eingesetzten Werkstoffe nicht eingeschränkt wird. Dazu ist jedoch auch eine entsprechend vergusskompatible Anschlusslösung vonnöten – der Einsatz gewöhnlicher Leiterplatten-Steckverbindungen ist damit ausgeschlossen. Grund hierfür ist die meist zweiteilige Feder-Messer-Kontakttechnologie, bei der die Vergussmasse in den vulnerablen Steckbereich eindringen und somit die Kontaktierung behindern kann.

Bei herkömmlichen Steckverbindern muss daher mittels Dam & Fill der Kontaktbereich vor dem Verguss abgedichtet werden, um keine Beeinflussung durch die Vergussmasse zu riskieren (Abb. 2). Hierbei geht es darum, dass die Vergussmasse im Kontaktbereich zum einen die Kontaktpunkte beeinträchtigen und damit eine Signalübertragung unterbrechen kann. Zum anderen würde sie die Relaxationseigenschaften der Feder hemmen.

Um einen Verguss dennoch zu ermöglichen und dabei die erforderliche Ausfallsicherheit zu gewährleisten, empfiehlt sich die Wahl einer einteiligen Anschlusslösung, also eines Steckverbinders, der ohne den herkömmlichen Steckbereich auskommt. Bei einem solchen einteiligen Stecker ist das Eindringen der Vergussmasse in den Kontaktbereich unmöglich.