Carbondruck auf Leiterplatten

Auf Leiterplatten können zusätzlich zum Lötstopplack und Schriftdruck weitere Beschichtungen mit unterschiedlichen Funktionen aufgebracht werden. Dazu zählt der Carbon-Druck.

Carbonlack (Carbonleitlack) ist ein schwarzer Lack auf Epoxid-Basis, der leitendes Kohlenstoff oder Graphitpulver als Füllstoff enthält. Die Konzentration der leitenden Substanzen ist so groß, daß durch eine Berührung der einzelnen Partikel im Lacksystem ein Stromfluss entstehen kann.

Der Lack wird im Siebdruckverfahren auf die Leiterplatten aufgebracht. Nach dem Aushärten ist er elektrisch leitend und kann als Alternative zu Hartgold für Tippkontakte, Schleifer oder Potentiometer sowie als direkt auf die Leiterplatten gedruckte Widerstände eingesetzt werden.

Tippkontakte auf Leiterplatten

Carbon-Leitlack kann mit den gängigen Oberflächen HAL und chem. Ni/Au kombiniert werden. Die übliche Schichtdicke beträgt ca. 20 µm.

Bei Anwendung des Carbon-Leitlackes werden die Leiterplatten-Kontaktflächen mit dem Leitlack überdruckt, während die restliche Leiterplatte mit Lötstoplack geschützt ist. Die Tippkontakte sind ausreichend gegen Korrosion geschützt und gewährleisten eine sichere Kontaktierung.

Langzeittests haben ergeben, daß Carbon-Tipp-Kontakte über 25 Millionen Kontaktierungen zulassen. Die Leitfähigkeit des Lackes ist sowohl von der Schichtdicke wie auch von den Einbrennparametern abhängig. In der Regel bezieht sich der spezifische Widerstand von ca. 20 W/cm2 auf eine Lackschichtdicke von 20 µm.

Die Leiterplatten-Oberfläche chemisch Ni/Au ist anfällig gegen mechanische Beanspruchung, da die Goldschicht nur ca. 0,1 µm dick ist und aus Weichgold besteht. Bei regelmäßigem Gebrauch wird die Goldschicht verletzt, welche das Nickel vor Oxidation schützt. Die freiliegende Nickelschicht oxidiert und verhindert einen sicheren Kontakt. Daher findet die Ni/Au-Oberfläche nur bei Kontakten mit wenigen Tipp-Zyklen und für weniger zuverlässige Baugruppen Verwendung (Telekommunikation, Consumerprodukte).

Vorteile des Carbondrucks gegenüber Hartgold sind

  • Einsparung von Edelmetall
  • Leiterplatten-Layout ohne elektrische Anbindung möglich
  • Abdeckung des Leiterbildes bei selektiver Abscheidung nicht nötig

 

Design für den Leiterplatten-Tippkontakt

  • Die Strukturbreite des Carbon-Leitlacks ist aufgrund seiner Verarbeitung im Siebdruck begrenzt. Breiten von 0,4 mm und Abstände von 0,6 mm sollten nicht unterschritten werden.
  • Carbon-Leitlack auf Kupferstrukturen sind mindestens 0,1 mm umlaufend größer zu designen.
  • Die Lötstoppmaske ist idealerweise unter dem Carbon-Leitlack freigestellt. Die Freisparung der Lötstoppmaske ist 0,2 mm umlaufen kleiner zu gestalten als die Außenkontur des Carbon-Leitlacks.

 

Widerstandsdruck auf Leiterplatten

Carbonlack kann nicht nur als Kontaktfläche für Leiterplatten-Tippkontakte, sondern auch für direkt auf Leiterplatten gedruckte Widerstände verwendet werden. Hierzu wird die Lücke zwischen zwei Pads durch eine Fläche aus Carbon-Leitlack überbrückt. Hier ist die Leiterplatte von Lötstopplack ausgespart. Der Widerstand ist gleich dem spezifischen Flächenwiderstand [W (je square)], multipliziert mit dem Verhältnis von Abstand zu Breite des Carbon-Lacks:

Widerstandsdruck auf Leiterplatten

Es stehen Carbonpasten mit einem Flächenwiderstand von 15 Ohm bis 1000 kOhm zur Verfügung. Unter Ausnutzung verschiedener Lack-Geometrien (z. B. Meander) können Widerstände von wenigen Ohm bis zu mehreren 10 kOhm erzeugt werden. Die Toleranz in der Endanwendung liegt bei ca. 30%.

Potentiometer auf Leiterplatten

Eine Sonderform des Widerstandsdrucks besteht in der Herstellung von Leiterplatten-Potentiometern. Dazu wird ein Streifen oder ein Kreissegment aus Carbon-Leitlack auf das Leiterplatten-Basismaterial gedruckt und an den Enden angeschlossen. Spezielle Abgreifer sorgen für einen verschleißarmen Einsatz. Die empfohlene Breite beträgt mindestens 2 mm.

Leiterplatten-Schleifer

Wenn unterhalb eines Carbon-Leitlack-Streifens eine Leiterbahn verläuft, erhält man einen Schleifkontakt wie beim Potentiometer, jedoch mit konstant niedrigem Übergangswiderstand wie beim Tippkontakt. Spezielle Abgreifer sorgen auch hier für einen verschleißarmen Einsatz. Die Breite ist abhängig von der Genauigkeit der mechanischen Führung des Abgreifers.