Labormessmethoden zur Untersuchung der Schutzwirkung von Silikaschichten für Leiterplatten

Durch die fortschreitende Digitalisierung der Gesellschaft nimmmt auch die Verwendung von Leiterplatten (engl. Printed Circuit Boards, kurz PCBs) in elektronischen Geräten deutlich zu. Um diese Leiterplatten vor Korrosion zu schützen, werden nach dem derzeitigen Stand der Technik lösemittelhaltige Polymerlacke verwendet. Neben umweltschädlichen Abgasen haben diese Lacke mehrere Nachteile. Dazu gehören z. B. die Schichtdicke, die einen Wärmestau verursachen kann, sowie hohe Kosten. Als neuartige Alternative arbeitet die Fa. Siemens AG an einem plasmaunterstützten Gasphasenabscheidungsprozess (PECVD), bei dem ein Polymer auf Siliziumdioxidbasis auf der Oberfläche der Leiterplatte abgeschieden wird. Diese Beschichtungsmaterialien sollen eine bessere und nachhaltigere Alternative zu den herkömmlichen darstellen. Als Precursor wird dabei Hexamethyldisiloxan (HMDSO) verwendet. Um ein umfassendes Verständnis der Schutzwirkung dieser Schichten erlangen zu können, muss der stofftransport durch diese untersucht werden. Dazu müssen neben grundlegenden analytischen Messmethoden (z. B. IR- oder Raman-Spekroskopie) auch anwendungspezifische Tests durchgeführt werden. Im Rahmen dieser Tests werden zwei Gruppen unterschiedlicher Mechanismen untersucht: die elektrochemischen (z. B. TAFEL-Analyse) und die physikalisch-chemischen Mechanismen (z. B. Diffusion und Permeation). Außerdem spielt die Stärke der Adhäsion eine wichtige Rolle bei der Beurteilung ihrer Qualität. In dieser Arbeit, die in Zusammenarbeit mit der Fa. Siemens AG entstanden ist, werden vor allem die Gasdiffusions- und Permeationsmechanismen untersucht. Zunächst wurde ein Messprotokoll entwickelt, um diese Mechanismen durch die neuartigen Beschichtungen zu untersuchen. Aufgrund der Undurchlässigkeit des Leiterplattenmaterials muss auch ein geeignetes Trägermaterial gefunden werden, mit dem die Messungen durchgeführt werden können. Darüber hinaus wurden Teilaspekte der elektrochemischen Mechanismen untersucht, um anschließend zu überprüfen, ob die gemessenen Ergebnisse mit denen aus den Diffusions- und Permeationsmessungen übereinstimmen. Dazu wurde ein spezieller Drei-Elektroden-Aufbau für potentiodynamische Polarisationstests an beschichteten Testleiterboards entwickelt. Bei allen Messungen wurden Mehrschichtsysteme untersucht, die zur Oberfläche hin eine zunehmende Hydrophobie aufweisen. Diese Struktur basiert auf Adhäsions- und Oberflächeneigenschaften. Sowohl in elektrochemischen als auch in physikalisch-chemischen Experimenten zeigte der Materialtyp C (Bezeichnung der Siemens AG) die beste Schutzwirkung. Neben der guten Schutzwirkung dieser Beschichtung im Vergleich zu den anderen, zeigte sie auch eine gute Leistung im Vergleich zu herkömmlichen Lacken. Zu diesem Ergebnis kamen auch die weiteren Untersuchungen bei der Siemens AG. Mit der Möglichkeit, Leiterplatten durch PECVD-Beschichtungen vor Korrosion zu schützen, bietet dieses Verfahren eine interessante Alternative zu herkömmlichen Lacken. Im Zuge verschärfter Restriktionen bieten diese zusätzlich eine Möglichkeit, den Leiterplattenschutz nachhaltig zu gestalten