Mit der zunehmenden Miniaturisierung von Elektronikbauteilen werden auch die Aperturen in den SMT-Schablonen immer feiner. Beim Druckprozess müssen die Öffnungen daher scharfkantig und die Oberfläche antihaftbeschichtet sein.

Mit der zunehmenden Miniaturisierung von Elektronikbauteilen werden auch die Aperturen in den SMT-Schablonen immer feiner. Beim Druckprozess müssen die Öffnungen daher scharfkantig und die Oberfläche antihaftbeschichtet sein. Photocad

lasergeschnitten

Photocad fertigt lasergeschnittene SMT-Schablonen für den Lotpastendruck zur Bestückung von Leiterplatten. Gegründet wurde das Unternehmen 1969 als Produktionsfirma von Formätzteilen und Leiterplatten. Seit 1995 ist der Betrieb auf lasergeschnittene Druckschablonen spezialisiert, die in den Produktlinien hergestellt werden. Das Unternehmen beliefert knapp 600 Kunden aus den Bereichen Elektronik und Maschinenbau.

Axel Meyer weiß, dass „bei Elektronikprodukten gemäß der Norm IPC-A-610 Klasse 2 und 3 – also bei Industrie- und Kommunikations- sowie Hochleistungselektronik – besondere Anforderungen an die Qualität der Lötverbindungen gestellt“ werden. Der Leiter Vertrieb und Marketing von Photocad. „Um diese zu erfüllen, ist der Einsatz von Performance-Schablonen sinnvoll, da sie unter anderem für ein besseres Auslöseverhalten und einen sauberen Druck sorgen.“

Die SMT-Schablonen werden zu diesem Zweck nach genau definierten Parametern elektropoliert. Das nach DIN EN ISO 9001 zertifizierte Verfahren hat gegenüber der manuellen Polierung den Vorteil, dass die Ergebnisse mit hoher Genauigkeit reproduzierbar und Fehler so ausgeschlossen sind.

Die selbst entwickelte Produktline soll selbst bei hochkomplexen Baugruppen und einer großen Anzahl von Druckzyklen höchste Qualitätsansprüche erfüllen.

Die selbst entwickelte Produktline soll selbst bei hochkomplexen Baugruppen und einer großen Anzahl von Druckzyklen höchste Qualitätsansprüche erfüllen. Photocad

Dabei wird durch ein anodisches Auflösen eine dünne Schicht von der Werkstoffoberfläche abgetragen. Verunreinigungen, Staub- oder Schmutzpartikel, selbst Mikrorisse, Gefügestörungen und lokal auftretende Spannungen lassen sich so beseitigen. Da das Bearbeiten nur im Mikrobereich wirkt und ohne mechanische oder thermische Belastung ausgeführt wird, bleiben Formen und Makrostrukturen der Schablone erhalten.

Die Oberfläche wird dadurch in nur einem Arbeitsgang metallisch rein und geschlossen, die Aperturen werden geglättet und selbst feinste Grate entfernt, sodass sich die Lotpaste besser herauslöst und Brückenbildungen nicht mehr auftreten. Insbesondere bei kleinen Pad-Öffnungen wird so eine deutliche Verbesserung des Druckverhaltens erreicht.

Geringere Verschmutzungsneigung durch Nano-Silizium

Um die polierte Oberfläche zudem mit einem Anti-Haft-Effekt zu versehen, wird jede Schablone mit einer speziellen Beschichtung veredelt: „Druckschablonen mit Nanobeschichtung weisen im Vergleich zu anderen Schablonentypen eine wesentlich geringere Verschmutzungsneigung auf“, erläutert Meyer. „Deshalb lassen sich feinere Schablonenstrukturen über eine größere Anzahl an Druckvorgängen stabil und prozesssicher drucken, ohne die Schablone reinigen zu müssen.“

Dennoch verschmutzen auch nanoveredelte SMT-Schablonen während der Produktion mit Lotpastenresten und müssen letztlich mit dafür zugelassenen Chemikalien gereinigt werden. Die Beschichtung der Schablone darf dabei nicht beschädigt werden, da sie sonst unwirksam ist und erneuert werden muss. Herkömmliche Nanobeschichtungen auf Silikon- oder Polymerbasis sind jedoch in der Regel nicht chemikalienbeständig und lösen sich durch diese Reinigungsmittel von der Schablone ab.

Die Silizium-Nanobeschichtung  sorgt dafür, dass die Lotpaste nicht auf der SMT-Schablone und in den Aperturen kleben bleibt.

Die Silizium-Nanobeschichtung sorgt dafür, dass die Lotpaste nicht auf der SMT-Schablone und in den Aperturen kleben bleibt. Photocad

Photocad setzt daher bei den Performance-Schablonen chemikalienbeständiges Nano-Silizium ein: „Dafür wird die elektropolierte Schablone zunächst einem mehrstufigen Reinigungsprozess unterzogen, bei dem die Oberfläche der Schablone für das Auftragen der Nanobeschichtung vorbereitet wird“, so Meyer. Das eigentliche Beschichten erfolgt dann wie das Elektropolieren nach DIN EN ISO 9001 in einem automatischen Verfahren gemäß vorgegebenen Parametern. Dazu wird in einer speziellen Anlage eine feine Schicht Silizium flächendeckend auf die Schablone aufgesprüht.

Beim Aushärten versiegelt die Schicht winzige Zwischenräume und gleicht kleinste Unebenheiten aus. Da sich die Nanoteilchen direkt mit dem Material verbinden, ist diese Beschichtung extrem abriebfest sowie chemisch belastbar. „Die Oberflächen- und die Kratzfestigkeit beispielsweise werden soweit verbessert, dass eine mechanische Beanspruchung, wie sie bei normaler Nutzung auftritt, so gut wie keine Auswirkungen mehr zeigt“, erklärt Meyer.

Für Pastendruck bei QFN-Bauteilen geeignet

Bei der Herstellung werden die SMT-Schablonen nur automatisch nach genau definierten Parametern elektropoliert und mit einer speziellen Silizium-Nanobeschichtung versehen.

Bei der Herstellung werden die SMT-Schablonen nur automatisch nach genau definierten Parametern elektropoliert und mit einer speziellen Silizium-Nanobeschichtung versehen. Photocad

Die Veredelung ist zudem sehr hitze- und frostbeständig, UV-stabil sowie in ausgehärtetem Zustand völlig unschädlich, hautneutral und unbedenklich. Durch die dauerhaft adhäsionsmindernde Wirkung des Nano-Siliziums, die verhindert, dass Lotpaste an der Schablone und in ihren Öffnungen haften bleibt, entsteht ein präzises Druckbild mit klar definierten Konturen. Die Prozesssicherheit ist dabei über eine wesentlich höhere Zahl an Druckvorgängen gegeben als bei Schablonen, die nicht beschichtet sind oder deren Veredelung sich durch Reinigungsvorgänge ablöst.

Die Standzeit der Performance-Modelle ist somit deutlich verlängert. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sich Hochleistungsschablonen besonders gut für Baugruppen, die sehr komplex sind, sowie generell für Anwendungen mit einer hohen Anzahl von Druckzyklen. Sie können beispielsweise auch als Stufenschablonen mit Mischungen von feinen Bauteilgrößen wie 01005 oder 0201 und größeren Komponenten wie Steckern oder Leistungsbauteilen eingesetzt werden. „Auch für den schwierigen Pastendruck bei QFN-Bauteilen, die mittels Micro-Leadframe-Technologie aufgebaut sind, sowie bei µBGA mit einem Raster von 400 µm und einer Padgröße ab 250 µm sind sie sinnvoll“, so Meyer.

Fehler leichter erkennen

Um die für diese Einsatzgebiete notwendige hohe Qualität sicherzustellen, werden die Modelle der Performance-Produktlinie zum Schluss dem sogenannten Stencil-Check unterzogen. Dabei wird die Schablone mit einem hochauflösenden Scanner abgetastet und mit den Produktionsdaten verglichen.

So werden etwaige Fehler sichtbar und können entsprechend korrigiert werden. „Das bloße Auge kann selbst auf einem Lichttisch unmöglich alle Durchbrüche erfassen, sodass Fehler leicht unentdeckt bleiben beziehungsweise erst beim Kunden in der Produktion auffallen und zusätzliche Kosten nach sich ziehen. Mit dem Stencil-Check wird das vermieden“, erläutert Meyer.

SMT/Hybrid/Packaging 2017: Halle 5, Stand 319