Die besten Methoden für PCB-Design und Herstellung zur Vermeidung von Feuchtigkeitsschäden

January 29, 2018 Altium Designer

A PCB damaged by immersion in water

Ich hatte einmal ein Außensensorsystem mit einer maßgeschneiderten PCB, bei dem jeden Morgen zwei Stunden lang die Datenaufzeichnung aussetzte. Das lag nicht daran, dass die Leiterplatte vor der täglichen Arbeit noch ihren Schönheitsschlaf brauchte. Es war das Sensorgehäuse, dass den Tau geradezu aufsog und Fehlfunktionen auf der Platine verursachte. Natürlich kam uns nie in den Sinn, dass unser PCB dort draußen mit Feuchtigkeit in Kontakt kommen würde. Obwohl das jetzt nicht gerade wie eine gute Situation klingt, konnten wir doch froh sein, dass es keine Kurzschlüsse gab und das System nach dem Trocknen wieder normal funktionierte.

 

Man hat selten solches Glück, aber jetzt weiß ich, dass Feuchtigkeit ein sehr häufiger Grund für Fehlfunktionen ist. Jetzt, da Sie wissen, dass Kondenswasser Schäden anrichten kann, möchte ich Ihnen mehrere Möglichkeiten zum Schutz Ihrer PCBs vorstellen.

 

PCB in Kunststoffgehäuse

Halten Sie Ihre Leiterplatten trocken - mit einem Kunststoffgehäuse!

 

 

Umhausen Sie Ihre PCBs

Die einfachste Lösung für die Vermeidung von Feuchtigkeitsschäden ist ein Gehäuse für Ihr PCB. Gehäuse erfordern die wenigsten Änderungen an Ihrem PCB-Design und sind relativ günstig. Bei einem Prototy reicht schon eine Tupperdose mit Silikondichtung. (Profitipp: Nur saubere Tupperware benutzen. Kartoffelchips und Elektronik passen niemals gut zusammen.)

 

Sie können fertige Dosen und Gehäuse mit verschiedenen Dichtungsvarianten und praktisch jeder Größe kaufen.

Wenn Sie eine Klasse aufsteigen und das Gehäuse selbst entwickeln wollen, verwenden Sie nach Möglichkeit abgerundete Seitenwände, damit das Kondenswasser von Ihrem PCB weg fließt. Außerdem sollten Sie Steckplätze vorsehen, die Ihr PCB an Ort und Stelle halten. Sie sollten beim Design Ihrer Leiterplatte genug Spielraum lassen, sodass diese ohne Bauteilkollision in die Steckplätze passt.

 

Sie können auch ein Trockenmittel (Sie wissen schon, diese kleinen Pakete voller Kugeln in den Schuhkartons und in Trockenfleisch, auf denen DO NOT EAT steht) verwenden, um Feuchtigkeit im Gehäuse zu absorbieren.

 

Ein abgedichtetes Gehäuse ist oft eine einfache Lösung, weil Sie Ihre Elektronik sowieso verpacken müssen. In manchen Fällen reicht das jedoch nicht. Sie sollten wahrscheinlich weitere Schutzmöglichkeiten in Betracht ziehen, wenn:

  • Sie soliden Schutz aufgrund der Umweltbedingungen brauchen,
  • Das Gehäuse regelmäßig geöffnet und geschlossen wird,
  • Für die Verkabelung Löcher im Gehäuse sind.

PCB mit Wasserschaden

Eine durch Eintauchen in Wasser beschädigte PCB. Wenn Sie nicht vorsichtig sind, kann es Ihnen genau so ergehen!

 

Einen Schutzlack auftragen

Ein Schutzlack ist die üblichste Methode zum Schützen eines PCBs. Es gibt mehrere Arten, die generell günstig in der Anwendung und für der Herstellung skalierbar sind.

 

Bevor Sie sich für ein Beschichtungsmaterial entscheiden, überlegen Sie sich, wovor Sie zusätzlich zu Feuchtigkeit schützen müssen. Unsere Systeme wurden im Außenbereich, teilweise in der Nähe landwirtschaftlicher Betriebe aufgestellt. Also mussten wir uns auch noch um Temperatur, unfreundliches Wetter und Pestizide, die vielleicht in das Gehäuse eindringen würden (diese mussten wir oft öffnen), Sorgen machen. In einem System überraschte uns sogar ein Pilzbefall! Dadurch wurde die Überarbeitung der Platinen zu einer besonders heiklen Angelegenheit.

 

Bei der Auswahl einer Beschichtung sollten Sie folgende Eigenschaften berücksichtigen:

  • Feuchtebeständigkeit: Darum geht es hier. Die meisten Schutzlacke werden als Feuchtschutz aufgeführt. Allerdings kann selbst der kleinste Luftspalt auf der Platine den Feuchtschutz beeinträchtigen. Keine Beschichtung gleicht der anderen, also gehen Sie lieber sicher und prüfen Sie in den Herstellerangaben, ob die Beschichtung vor Regen, Luftfeuchtigkeit oder sonstigen Umständen schützt, die Sie erwarten.
  • Chemische Beständigkeit: Nicht alle Beschichtungen können vor sämtlichen Chemikalien schützen.
  • Temperaturbereich: Muss Ihre Beschichtung starke oder schnelle Temperaturschwankungen überstehen? Falls ja, muss Ihre Beschichtung so biegsam wie die Platine sein, um keine Bauteile oder Lötstellen zu beschädigen.
  • Dielektrische Eigenschaften: Die dielektrischen Eigenschaften mancher Beschichtungen sind ein zweischneidiges Schwert. Durch die Isolierung der Beschichtung haben Sie mehr Freiheiten im Design, die Abstände zu verringern. Allerdings können diese Eigenschaften auch Ihre Impedanzberechnung beeinflussen, mit deren Optimierung Sie Wochen zugebracht haben.
  • Einfache Anwendung:Diesen Zeitplan würde ich allen ans Herz legen.
  • Biegsamkeit: Wenn Sie scharfe Kanten, viele Lötverbindungen oder sonstige unregelmäßige Elemente in der Leiterplattentopografie haben, brauchen Sie eine sehr biegsame Beschichtung, die sich gleichmäßig auf dem PCB verteilt. Erkundigen Sie sich beim Lieferanten nach der Viskosität und den Fließeigenschaften, die Sie benötigen.
  • Nacharbeiten: Beschichtungen sind darauf ausgelegt, die Leiterplatten zu schützen, und lösen sich nur schwer ab. Wenn Sie mit Nacharbeiten rechnen, wählen Sie eine Beschichtung, die ohne merkwürdige Chemikalien oder übelriechende Lösungsmittel ab geht.

 

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Die üblichsten Beschichtungsmaterialien sind

  • Silikone: Diese vertragen hohe Temperaturen generell recht gut und können selbst einfach aufgetragen werden. Sie sind biegsam und beständig gegenüber vielen Chemikalien- und Feuchtigkeitsverhältnissen.
  • Urethane: Diese sind großartig, wenn Sie richtig robust bauen wollen. Auch die Resistenz gegen Kratzer ist extrem hoch. Daher brauchen Sie auch entsprechend aggressive Abbeizmittel, um diese Beschichtungen für Nacharbeiten herunterzuholen.
  • Acryle: Diese bieten einen guten Allgemeinschutz. Außerdem sind sie leicht von der Leiterplatte zu entfernen, falls Nacharbeiten erforderlich sind.

 

Miller-Stephenson, ACC Silicones, ElectroLube und HumiSeal verschaffen Ihnen alle einen gleichermaßen guten Überblick über Ihre Optionen bei der Auswahl von Beschichtungsprodukten (US-Anbieter).

 

Außerdem sollten Sie alle Bauteile verkleiden, die nicht beschichtet werden sollen, bevor Sie einen Eimer Lack über die ganze Leiterplatte kippen.

Ihre Elektronik versiegeln

Manchmal müssen Sie beim Schutz in die Vollen gehen, also das sogenannte „Potting“-Verfahren anwenden. Dabei wird die gesamte Platine in schützendem Material wie meist Epoxidharz oder Silikon eingegossen.

 

Das Potting beschränkt sich für gewöhnlich auf einzelne Bauteile, aber PCBs, die bei der Marine auf hoher See und anderen für Elektronik ungünstigen Umgebungen, benötigen vielleicht Schutz für die gesamte Leiterplatte. In diesem Falle sollten Sie diese Aufgabe an einen Hersteller auslagern. Hohlräume und Luftspalten im Material sind nur schwer zu vermeiden und machen all die Arbeit zum Schutz Ihrer Leiterplatte zunichte.

 

Temperaturanforderungen sind hier ein wichtiger Punkt. Sobald die gesamte Leiterplatte in Epoxidharz getaucht wurde, können Zug- und Druckkräfte durch die Temperaturänderungen auf Lötverbindungen und Bauteile belastend wirken. Wenn die Belastung Risse verursacht, haben Sie ein Problem: Nacharbeiten auf Ihrer Leiterplatte bei Beschädigungen sind hier sehr schwierig. Unternehmen wie Epic Resins und Master Bond verfügen über Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit und niedriger Wärmedehnung, die diesen Problemen vorbeugen können.

Machen Sie es sich leicht!

Bei der Herstellung ist der Schutz der Leiterplatte genau so wichtig wie die Auswahl der Bauteile. Sonst geht es Ihnen vielleicht so wir mir: Ich musste mich im Morgengrauen durch Sumpfland kämpfen, um manuell Messungen vorzunehmen, während sich die Leiterplatte bis zum Einsatz sonnte.

 

Zur Nachverfolgung von technischen Daten meiner Bauteile habe ich gewaltige Tabellendokumente angelegt, in denen alles vom Abstand bis zur Temperaturverträglichkeit aufgeführt ist. Schrecklich. Diese Daten auf dem neuesten Stand zu halten, ist fast so schlimm wie das Abholen eines PCB mit Fehlfunktionen aus einem Sumpf voller Mücken im Morgengrauen. Sobald Sie einen Blutsauger erschlagen haben, tritt ein neuer an seine Stelle. Die Lösung ist eine professionelle PCB-Design-Software wie Altium Designer, wo Sie die technischen Daten für Ihre Bauteile in  Design-Regeln einbinden können. Mit dem Add-On können Sie die technischen Daten Ihrer Bauteile sogar nachverfolgen und prüfen, ob sie für eine bestimmte Beschichtung oder für Epoxidharz geeignet sind. Altium kann außerdem eine 3D-Kollisionsprüfung für Ihr Gehäuse vornehmen, noch während Sie in der Design-Phase sind. Mit diesen Werkzeugen können Sie Ihre PCBs ganz einfach und erfolgreich entwickeln, ohne im Sumpf stecken zu bleiben.

 

Um weitere Informationen zu erhalten und zu erfahren, wie die PCB-Design-Software Ihnen helfen kann, kontaktieren Sie einen Experten bei Altium.

 

 

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PCB Design Tools for Electronics Design and DFM. Information for EDA Leaders.

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