Anton Zoran Miric, W. C. Heraeus, Hanau:

Zu 1: Schablonendruck wird auch in der Zukunft die wichtigste Technik für den Lotpastenauftrag in der Fertigung von elektronischen Baugruppen bleiben. Dispensertechnik ist zwar viel flexibler (insbesondere bei unterschiedlichen Layouts) als das Druckverfahren, aber auch deutlich langsamer. Es müssen Lotpasten mit einer niedrigeren Viskosität und niedrigem Metallgehalt eingesetzt werden. Dieses hat einen negativen Einfluss auf das Auslaufverhalten. Der Dispenserauftrag ist in jedem Fall für die Produktion von Kleinserien (aufgrund der Flexibilität bezüglich unterschiedlicher Leiterplatten-Layouts), für Musterbau und dreidimensionale, spritzgegossene Schaltungsträger (3D-MIDs) sehr gut geeignet.

Für die Verbindung von FCs und CSPs mit sehr kleinen Lotkugeldurchmessern wird die Lotpaste nicht gebraucht. Diese Bauteile werden in ein thixotropes Flussmittel eingetaucht, anschließend werden sie auf die Baugruppe gesetzt und zusammen mit den anderen Bauteilen gelötet. Das Flussmittel verhindert, dass die Bauteile vor dem Reflow verrutschen. Im Ofen schmelzen die Lotkugeln auf und sorgen für eine Verbindung zwischen dem Bauteil und dem Substrat – das Flussmittel ermöglicht dabei eine gute Benetzung von Anschlussflächen auf der Leiterplatte.

Zu 2:

•Kleinere Bauteile /neue Bauteilformen: Durch den verstärkten Einsatz der QFPs und TSOPs mit 20 mil Pitch (0,508 mm) und generell durch die immer kleineren Bauteile (0603, 0402, 0201 Chip-SMDs) sowie durch Grid-Array SMDs steigen die Anforderungen an die Schablonen stetig. Die Durchbrüche in der Schablone werden immer kleiner und die Lotpaste löst nicht mehr so gut aus der Schablone aus. Die lasergeschnittenen und speziell die galvanisch aufgebauten Nickelschablonen ermöglichen bei solchen Anwendungen deutlich bessere Ergebnisse als die geätzten Schablonen.

•Komplexe Baugruppen: Darüber hinaus sind die Baugruppen oft sehr komplex und enthalten eine große Vielfalt von Bauteilen. Dabei benötigen die Fine-Pitch-Bauteile deutlicher weniger Lot als die Standardbauteile wie z. B. PLCCs, Melfs, SMT-Stecker usw.. Wenn die Schablone zu dünn ist gibt es kalte Lötstellen (z. B. wegen des Koplanaritätsproblems) oder die Menisken sind nicht ausreichend ausgebildet. Bei zu viel Lot kommt es zur Lotkugelbildung oder zur Brückenbildung. Eine Möglichkeit ist eine dünnere Schablone zu verwenden und nachträglich die Lotpaste für bestimmte Bauteile in Dispensertechnik aufzubringen. Dies erfordert einen zusätzlichen Vorgang und eine Dispensermaschine muss auf der Linie vorhanden sein. Die stufengeätzten Schablonen haben sich nicht durchgesetzt. Eine neue Maskentechnik, die Laminatschablone, eröffnet neue Möglichkeiten um unterschiedlich hohe Pastenaufträge mit einer Schablone in einem Druckvorgang zu realisieren. Die Grunddicke der Schablone wird auf die Fine-Pitch-Bauteile abgestimmt, und beträgt z. B. 120 bis 150 µm.

Nur wenige Bauteile erfordern einen erhöhten Pastenbedarf, z. B. PLCCs oder SMT-Stecker. Für diese Bauteile wird in einem elektrochemischen Verfahren die Schablone um 25 bis max. 100 µm verdickt (eine zusätzliche Ni-Schicht wird auf die gewünschten Stellen aufgetragen). Im letzten Schritt werden die Öffnungen mit Laser geschnitten.

•Hohlrakelsysteme: Beim Drucken mit einem Hohlrakelsystem bleibt die Paste die ganze Zeit über in einem geschlossenem System. Es bleibt keine Paste auf der Schablone zurück (idealerweise), denn aufgrund einer guten Abdichtung zwischen Hohlrakel und Schablone wird die Paste nicht aus dem geschlossenen System herausgedrückt. Während des Druckens wird durch den Kolben/die Schubvorrichtung/den Schieber kontinuierlich Druck auf die Paste ausgeübt. Dadurch wird ein gutes Ausfüllen der kleinen Schablonenöffnungen erreicht. Das Rollverhalten der Paste ist hier anders als im Standardsystem. Es hängt sehr stark vom angewandten Hohlrakelsystem ab.

Obwohl die Hohlrakelsysteme schon seit einigen Jahren auf dem Markt sind, konnten sie sich bisher noch nicht richtig durchsetzen. Die Pulverpartikel haben eine um ca. achtmal höhere Dichte als das Flussmittel. Wenn die Lotpaste längere Zeit im Hohlrakel steht, und es wird nicht gedruckt (Lotpaste wird nicht bewegt und es gibt keine Zufuhr der frischen Paste) sedimentieren die Pulverpartikel. Wenn dieser Prozess fortgeschritten ist, muss das Hohlrakel gereinigt und die frische Paste gefüllt werden.

Einige Baugruppenhersteller setzen die Hohlrakelsysteme mit guten Ergebnissen ein. Hohlrakelsysteme scheinen gut geeignet zu sein, speziell für die Anwendungen bei denen kontinuierlich produziert wird und die Lotpastenausbringung pro PCB relativ groß ist. Die Maschinenhersteller optimieren die Systeme kontinuierlich um das Prozessfenster zu erweitern.

EPP 160