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TT433-Etikett auf einem PLCC.
Typische Schädigungen durch Klebkraftverlust.
Im Durchschnitt lösten sich drei von fünf Etikettentypen vollständig von der Leiterplatte. Bei den anderen beiden Etiketten wurde ein signifikantes Ablösen an den Rändern festgestellt.
Alle fünf TT433-Etiketten hafteten fest und zeigten kein Ablösen.

 

Intensive Tests in härtesten Produktionsumgebungenhaben gezeigt, dass TT433 das einzige Material ist, das bei hoher Klebkraft die maschinelle Lesbarkeit des Aufdrucks beständig beibehält.

Thermotransferetiketten für die Produktkennzeichnung sind in der Leiterplattenfertigung unverzichtbar. In der Regel werden die Etiketten aus Polyimid hergestellt. Sie müssen Temperaturen von mehr als 200 °C und vielen Reinigungszyklen mit aggressiven Chemikalien Stand halten, ohne Klebkraft einzubüßen oder die Lesbarkeit zu mindern. Leiterplatten, die in der Medizin, Luft- und Raumfahrtindustrie oder in militärischen Anwendungen eingesetzt werden, dürfen darüber hinaus keinerlei Verunreinigungen und Rückstände vom bleifreien Löten aufweisen.

Aufgrund der jüngsten Fortschritte bei Reinigungschemikalien konnten Produkte entwickelt werden, die die Anforderungen an Rückstandsfreiheit erfüllen. Für die bislang bekannten Thermotransferprodukte sind diese jedoch zu aggressiv. Erschwerend kommt hinzu, dass viele besonders anspruchsvolle Anwendungen absolute Rückstandsfreiheit in jeder Fertigungsphase verlangen. Das bedeutet, dass Leiterplatten nach ihrer Kennzeichnung intensive Reinigungszyklen durchlaufen und es sichergestellt sein muss, dass diese die Lesbarkeit des Etikettes nicht beeinträchtigen.

Fehlende, beschädigte oder unlesbare Etiketten verursachen Probleme bei der Rückverfolgbarkeit, Prüfung und Qualitätskontrolle und führen zu unnötigem Ausschuss und erhöhtem Zeitaufwand. Nacharbeiten an nicht gekennzeichneten Leiterplatten lassen zudem die Fertigungskosten steigen. Eine altbekannte Lösung ist, die bedruckten Etiketten mit einer zusätzlichen, wieder ablösbaren Polyimid-Schutzfolie zu versehen, was einen zusätzlichen Arbeitsschritt, Materialeinsatz und Kosten bedeutet.

Anforderungen

Um eine tragfähige Lösung zu entwickeln, ist Identco Partnerschaften mit einem Hersteller hochwertiger Haftmaterialien, einem Produzenten von Reinigungschemikalien und einem globalen EMS-Dienstleister eingegangen. Das neuartige Thermotransferprodukt musste ohne Wärmebehandlung aggressiven Reinigungsmitteln der Waschvorgänge ebenso widerstehen wie den später folgenden Zyklen bei Inline-Reinigungsanlagen, beim Wellenlöten und beim Reflowlöten. In jedem Arbeitsgang waren definitionsgemäß drei Kriterien zu erfüllen:

  • kein Ausbleichen des Etikettenaufdrucks,
  • uneingeschränkte Lesbarkeit durch Barcodescanner sowie
  • kein Klebkraftverlust.

Lösungsmöglichkeiten

Zunächst wurden verschiedene Kombinationen von Klebstoffen, Polyimidfolien, Oberflächenbeschichtungen und Farbbändern in zahlreichen Chemikalien getestet. Beruhend auf ersten Ergebnissen wurde mit TT433 ein neuartiges Material in Verbindung mit einem noch effizienteren Thermotransferband entwickelt. Das Material wurde mit vier unterschiedlichen Fluiden getestet, um die Fertigung in verschiedenen SMD-Linien nachzubilden: in einem Noclean-Flussmittel, in einer wässrigen Lösung, in einer halbwässrigen Lösung und in Toluol. Die bedruckten TT433-Etiketten wurden ohne Vorbehandlung 30 Minuten lang dem Fluid ausgesetzt.

Nach ersten erfolgreichen Versuchen wurden die neuen Etiketten an drei Standorten eines globalen EMS-Dienstleisters einer 10-monatigen Vergleichsuntersuchung unterzogen. Die Etiketten wurden auf einer FR4-Standardplatine neben anderen auf dem Markt verfügbaren temperaturfesten Thermotransferetiketten platziert. Auf allen Etiketten wurden der Etikettentyp, der Farbbandtyp und Muster-Barcodes aufgedruckt, um in der Versuchsreihe die Druckqualität, Haltbarkeit und Klebkraft zu beurteilen.

Die Testreihe

In einer umfassenden Testreihe von Reinigungszyklen und Hitzebehandlungen wurden die Arbeitsgänge bei der Leiterplattenfertigung nachgebildet. Erstes Versuchsziel war herauszufinden, ob die TT433-Etiketten einem chemischen Reinigungszyklus ohne vorherige Hitzebehandlung dauerhaft widerstehen können. Vor der Entwicklung des neuartigen Thermotransfermaterials war diese Vorreinigung Hauptursache für Etiketten-Fehlfunktionen.

In allen Versuchsreihen zeigte sich, dass die bisher verfügbaren Etiketten die Klebkraftprüfung nicht bestanden haben. Im Durchschnitt lösten sich drei von fünf Etikettentypen vollständig von der Leiterplatte. Bei den anderen beiden Etiketten wurde ein signifikantes Ablösen an den Rändern festgestellt. Alle fünf TT433-Etiketten hafteten fest und zeigten kein Ablösen.

Ergebnisse der Testreihe

Anschließend wurden die Leiterplatten in einer SMT-Linie mehreren Durchläufen im Reflowofen mit einer Peaktemperatur von 238 °C und einer Verweilzeit von 117 s ausgesetzt. Die mittlere Time-to-Peak betrug 4:38 Minuten.

Anschließend wurde ein chemischer Reinigungszyklus in Inline- und Batch-Reinigungsanlagen durchgeführt. Wegen der aggressiven Natur der neueren Reinigungsmittel waren gerade die Waschzyklen entscheidend für das Testergebnis. Das Wellenlöten wurde in zwei Zyklen bei einer Maximaltemperatur zwischen 125 °C (Top) und 145 °C (Bottom) durchgeführt. Die Temperatur des Lötbades betrug 265 °C.

In drei der vier Versuchsreihen war der Aufdruck auf den Vergleichsmaterialien verschmiert oder vollständig abgewaschen. Nur der Aufdruck auf dem Produkt auf TT433-Basis widerstand den intensiven Reinigungszyklen und Hitzebehandlungen dauerhaft.

Ergebnisse mit Harzfarbband

Das TT433-Material wurde in Verbindung mit dem TTRR-CR-Harzfarbband in 11 separaten Testzyklen untersucht und hat die Tests in allen Fällen erfolgreich bestanden. Im Anschluss an die Versuchsreihen wurde das neue Produkt sechs Monate lang unter realen Fertigungsbedingungen parallel zu den marktführenden Materialien eingesetzt. Die TT433-Etiketten haben nicht nur besser als die Vergleichsetiketten abgeschnitten, sondern haben sich darüber hinaus als absolut gleichwertig mit Thermotransferetiketten mit zusätzlicher Polyimid-Schutzfolie erwiesen.

Weiter wurden die TT433-Etiketten bei mindestens fünf weiteren Auftragsfertigern mit ähnlichen Resultaten getestet. Erhebliche Kosteneinsparungen konnten erzielt werden, weil nur ein einziges Material zum Einsatz kam, bei dem auf zusätzliche Polyimidfolien verzichtet werden konnte. Der resultierende rationellere Fertigungsprozess bedeutete Zeitgewinn. Das Ersetzen verloren gegangener Etiketten entfiel ebenso wie die Nacharbeiten an nicht gekennzeichneten Leiterplatten. Für die Mehrzahl der Produktionsläufe stellte sich eine Zeiteinsparung um mehr als 2000 Stunden heraus.