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Mittels eines 3D-Digitalmikroskops ist es möglich, die Stufenhöhen der Schablonen genau zu kontrollieren.
Schablonen mit partiellen Dickenabstufungen gleichen Unterschiede im Lötpastenbedarf problemlos aus.
Ein punktgenaues Aufschweißen des Patches wird durch das Step-up-Stencil-Verfahren ermöglicht. Die Padöffnungen werden anschließend punktgenau per Laser ausgeschnitten.
Eine der häufigsten Anforderungen an Stufenschablonen ist, nur in ausgewählten kleineren Bereichen eine größere Dicke für mehr Pastenvolumen aufzuweisen. Das Step-up-Stencil-Verfahren ermöglicht eine solche exakte Ausarbeitung.
Photocad profitiert von langjähriger Expertise im Umgang mit SMD-Schablonen, die jetzt für die Entwicklung des neuen Verfahrens zur Herstellung der Stufenschablonen hilfreich war.
Mithilfe des neuen Verfahrens lassen sich alle gängigen Schablonentypen mit Stufen in Dicken von 25, 50 und 75 μm fertigen. Zudem ist eine Oberflächenveredelung möglich.

In der SMT-Prozesslinie ist der Lotpastendruck der erste Produktionsschritt und verdient daher besondere Beachtung. Insbesondere die ständig steigenden Ansprüche an das Schablonenlayout durch die fortschreitende Miniaturisierung sowie die Mischanteile an Bauteilen wie μBGAs, CSPs, Finepitch-SMDs und großflächigen Komponenten, Masseanschlüsse und Sonderprozesse wie etwa Through-Hole-Reflow, nehmen großen Einfluss auf die Druckqualität und die damit verbundenen möglichen Fehler. Hinzu kommen viele Einflussgrößen, welche die Druckqualität und den -prozess begleiten: Die Druckerausstattung, die Druckparameter, verwendete Materialien, Einflüsse aus dem direkten Umfeld und nicht zuletzt der Bediener an der Maschine.

Immer dann, wenn auf einer Leiterplatte sehr kleine neben großen Bauteilen zu verlöten sind, kommen Stufenschablonen ins Spiel. „Diese Unterschiede im Lotpastenbedarf lassen sich nicht mehr allein durch die Padgeometrie und die Größe der Aperturen ausgleichen“, erläutert Axel Meyer, Vertriebs- und Marketingleiter von Photocad und merkt weiter an: „Daher sind immer mehr solche Schablonen gefragt, die partiell mit Dickenabstufungen versehen sind.“ Mit den Stufenschablonen lassen sich innerhalb eines Druckvorgangs unterschiedlich hohe Lotpastendepots auf Platinen aufdrucken. Je nach Anforderung sind sie in klar definierten Bereichen unterschiedlich dick ausgeführt.

Stufenschablonen schneller und günstiger herstellen

In der Regel bestehen moderne Baugruppen aus einer Vielzahl sehr kleiner Bauteile und feinen Rastern sowie wenigen Bauteilen größerer Bauart wie Steckern oder Leistungskomponenten. Daraus ergibt sich für Stufenschablonen häufig die Anforderung, nur in einigen kleineren Bereichen eine größere Dicke für mehr Pastenvolumen zu erhalten. Diese Abstufungen lassen sich mithilfe additiver oder subtraktiver Verfahren schaffen. Additiv aufgebaute Schablonen können zurzeit nur galvanisch hergestellt werden, während sich subtraktiv hergestellte Schablonen durch Ätzen oder mechanische Bearbeitung erzeugen lassen. Ein Sonderfall sind Patchwork-Schablonen, bei denen Teile ausgestanzt und in diese Stanzungen dann Patches in variabler Dicke eingebracht werden. Alle diese Verfahren sind teuer und zeitaufwendig, was eine breite Anwendung bisher verhindert hat.

Mit dem neuen Step-up-Stencil-Verfahren ist es jetzt erstmalig möglich, additiv aufgebaute Stufen-Schablonen preisgünstig und schnell anzubieten. Die Methode entwickelte Photocad gemeinsam mit seinem Technologiepartner LPKF Laser & Electronics. Bei diesem so genannten Step-up-Stencil-Verfahren werden auf ein Basisblech entsprechende Auflagen in unterschiedlicher Dicke aufgeschweißt. Als Schweißgas kommt dabei Stickstoff zum Einsatz. Die Position der Patches wird präzise an der LPKF-Laseranlage ausgemessen, bevor sie per Punktschweißverfahren auf dem Basisblech angebracht werden. Auf diese Weise lassen sich Stufen von 25, 50 und 75 µm erzeugen. Im Anschluss schneidet ein Laser das SMD-Layout exakt zurecht. Dabei entstehen durch das Aufschmelzen des Edelstahlbleches saubere Innenwandungen der Padöffnungen, deren Abstände sich zu den verschiedenen Niveaus dadurch relativ klein halten lassen. Bei Photocad kommen so inzwischen auf 50 bis 100 SMD-Schablonen, die täglich hergestellt werden, ein bis zwei Stufenschablonen.

Für jede Druckanforderung die richtige Stufenschablone

Hohe Präzision mit minimalen Toleranzen ist nur ein Vorteil, den die Stufenschablonen aus dem neuartigen Verfahren bieten. Auch haben diese Stufen-Schablonen gegenüber jenen mit konventionellen mit subtraktiven Verfahren hergestellten Pendants eine höhere Standzeit, da die Oberfläche der Schablonen durch dieses Verfahren nicht beschädigt wird, sondern durch die aufgeschweißten Patches die Festigkeit sogar noch erhöht wird. Die Stencils eignen sich zudem für viele verschiedene Schnellspannsysteme und lassen sich nach den Vorgaben eines jeden Anwenders individuell anpassen.

Auch ist eine Veredelung durch Elektropolieren oder Nano-Beschichtung möglich. „Die neue Herstellungsweise ermöglicht nicht nur eine variable Geometrie, sondern auch eine große Haltbarkeit der Schablonen, da ihre Oberfläche dabei nicht wie im subtraktiven Verfahren beschädigt wird. Das Gegenteil ist sogar der Fall: Durch die aufgeschweißten Patches wird die Festigkeit der Schablone noch erhöht“, ist sich Meyer sicher.

Durchgängige Prozessverbesserung

Immer höhere Qualität zu immer günstigeren Preis treiben die Bemühungen zur Prozessoptimierung kontinuierlich voran. Jedoch scheuen viele die Investitionskosten in einer präzisen stufig gestalteten Druckschablone. Für Photocad war dies Anlass genug, um mit LPKF ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von Stufenschablonen zu entwickeln, mit dem die Preise um mindestens die Hälfte reduziert werden können.

SMT Hybrid Packaging 2014: Halle 6, Stand 205