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Die Nanowork-Schablone.
Schablonenlayout zur Qualifizierung nanobeschichteter SMT-Druckschablonen.
Lasergeschnittene Edelstahlschablone.
Nanobeschichtete, lasergeschnittene Edelstahlschablone.
Patchwork-Schablone.

Mit der Entwicklung der Nanowork-Schablone wird ein Großteil von Fertigungfehlern vermieden und der Druckprozess unter Verwendung von nanobeschichteter SMD-Druckschablonen technologisch – wirtschaftlich optimiert.

Die nanobeschichtete Schablone von LaserJob ist eine Kombination eines organischen Materials mit einem anorganischen Medium. Dabei werden die hohe Beständigkeit anorganischer Schichten und die Anti-Haft-Eigenschaft des organischen Materials vereint.

Besseres Ablöseverhalten

Neben dem deutlich verbesserten Auslöseverhalten der Lotpaste, wird besonders auf die Easy-to-clean-Oberfläche hingewiesen. Diese Eigenschaft bleibt dauerhaft nach über 200 Waschzyklen mit Neutralreinigern erhalten. Eine deutliche Einsparung an Reinigungsmaterial und eine Steigerung der Produktivität des Schablonendruckers sind die betriebswirtschaftlichen Vorteile. Umfangreiche Praxisergebnisse haben gezeigt, dass 30 Drucke ohne Schablonenunterseitenreinigung sicher realisiert werden.

Seltener reinigen

Die Verschmutzungsneigung von SMD-Druckschablonen stellt ein wesentliches Kriterium dar, um alternative Schablonentechnologien technologisch–wirtschaftlich zu bewerten. So führt eine geringere Verschmutzungsneigung einerseits zu einer Erhöhung der Fertigungseffizienz des Schablonendrucks, da die eingesetzte Druckschablone seltener gereinigt werden muss. Andererseits wird die Prozessfähigkeit des Druckprozesses erhöht, da das Anhaften von Lötpaste auf der Schablonenunterseite und in den Aperturen verringert wird und somit volumenkonstante Pastendepots über eine Vielzahl von Druckzyklen erzeugt werden.

Hier zeigt die Nanowork-Schablone kein Zusetzen der Aperturen mit 300 µm Durchmesser nach fünf Drucken. Das partielle Zusetzen der Schablonenaperturen mit 300 µm Durchmesser spiegelt sich auch in der transferierten Lotpastenmenge wider, welche in 5. Druckzyklus auf die Leiterplatten aufgetragen wurden. So konnte unter Verwendung der nanobeschichteten Druckschablone im Vergleich zu den alternativen Schablonentechnologien ein im Mittel um 6 % bis 18 % höherer Lotpastentransfer in Bezug auf das Nominalvolumen identifiziert werden.

Weniger Rückstände

Neben dem Zusetzen sehr feiner Aperturen mit zunehmender Druckanzahl unterscheidet sich die Verschmutzungsneigung der eingesetzten Schablonen auch im Hinblick auf Lotpastenrückstände, die nach dem Trennen der Schablone von der Leiterplatte auf der Schablonenunterseite verbleiben. Diese Rückstände führen dazu, dass QFP-Strukturen im Finepitch-Bereich (Rastermaß 400 µm) mit zunehmender Druckanzahl nicht mehr fehlerfrei bedruckt werden können.

Während QFP-Strukturen mit einem Rastermaß von 400 µm unter Verwendung der nanobeschichteten Druckschablone über 25 Drucke problemlos druckbar waren, zeigt sich bei den alternativen Druckschablonen der Fehler Brückenbildung im Druckbild bereits nach dem 5. bzw. 6. Druck.

Bei unbeschichteten Schablonen steigt die Verschmutzung der Schablonen- Unterseite schnell an. Diese Rückstände führen dazu, dass die Leiterplatte nicht mehr vollflächig unter der Druckschablone anliegt. Der resultierende Spalt zwischen Leiterplatte und Schablone fördert ein Überdrucken der entsprechenden Pastendepots – mit der Folge, dass mit zunehmender Druckanzahl das transferierte Pastenvolumen stark ansteigt. Während die transferierten Pastenvolumen unter Verwendung der nanobeschichteten Druckschablone relativ konstant bleiben.

Nano: neue Möglichkeiten

Durchgeführte Kontaktwinkelmessungen auf den Unterseiten der eingesetzten Schablonen zeigen, dass nanobeschichtete Druckschablonen im Vergleich zu alternativen Schablonen wesentlich größere Kontaktwinkel aufweisen. Die Adhäsionskraft zwischen Lotpaste und Schablone, die maßgeblich für das Zusetzten der Aperturen und das Auftreten von Lotpastenrückständen auf der Schablonenunterseite verantwortlich ist, stellt sich folglich für die nanobeschichtete Druckschablone am geringsten dar.

Durch das bessere Auslöseverhalten können kleinere Strukturen bei gleicher Blechdicke realisiert werden. Der Kompromiss zwischen Schablonendicke und benötigter Lotpastenmenge im Finepitch-Bereich wird kleiner, da die Schablonendicke nicht nach dem gerade noch akzeptablen Flächenverhältnis gewählt wird, sondern nach der tatsächlich erforderlichen Lotpastenmenge. Gerade im Hinblick auf die Miniaturisierung der Komponenten erschließt die Nanowork-Schablone mehr Möglichkeiten im Platinenlayout. Sie gestattet dem Entwickler den Einsatz neuer Bauteilformen.

Durch die Anti-Haft-Eigenschaften der Beschichtung sind erheblich weniger Reinigungszyklen erforderlich. Daraus resultiert eine Kapazitätssteigerung des Druckers von mindestens 10 %. Die Prozessstabilität beim Löten wird durch konstante Pastenvolumen deutlich verbessert und die Nacharbeit wesentlich geringer.

Literatur

(1) „Funktionelle Beschichtungen auf Siebdruckgeweben und deren Charakterisierung“, Christoph Pönisch, Dr. Dieter Schwanke, Prof. Dr. Marek Grywoda, Dr. Jürgen Geng.

(2) „3D-Pastendruckinspektion zur Prozesskontrolle und Optimierung im Schablonendruck“/ „Qualifizierung des Schablonendrucks unter Verwendung nanobeschichteter SMT-Druckschablonen“, Dipl.-Ing. Michael Rösch und Prof. Dr.-Ing. Klaus Feldmann. Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg.

(3) „Verbesserte Qualitätssicherung – Sicherer Druckprozess durch moderne Schablonenreinigung“, Dipl.-Ing. Stefan Strixner und Dipl. Wirtsch. Ing. Alexander Kögel, Zestron, Ingolstadt.