Die Christian Koenen GmbH ist einer der jüngsten und gleichzeitig weltweit modernsten Hersteller von Metallschablonen und Präzisionssieben für die Leiterplattenfertigung. Mit einer der anspruchsvollsten Fertigungsanlagen der Welt wird eine extrem hohe Präzision durch selbst entwickelte Ergänzungsverfahren erreicht. Die Redaktion wollte mehr wissen über das im Unternehmen angewandte weiterentwickelte Verfahren zur Stufenschablonenherstellung, und hat sich mit Christian Koenen darüber unterhalten
Wann werden Stufenschablonen in der SMD-Technik benötigt?
Stufenschablonen werden eingesetzt, wenn beim Bestücken einer Leiterplatte unterschiedliche Pastenhöhen erzielt werden sollen. Dies kann bei einer Mischbestückung erforderlich sein, wenn z.B. auf einer Platine grobe Bauteile – wie Steckerleisten – und feine Bauteile – wie BGAs – gemeinsam bestückt werden. Kann die Pastenmenge nicht ausreichend über die Padgröße reguliert werden, kommen Stufenschablonen zur Veränderung der Pastenhöhe zum Einsatz.
Wie werden herkömmliche Stufenschablonen hergestellt?
Es gibt verschiedene Verfahren zur Herstellung von Stufenschablonen. Bisher werden Stufenschablonen tiefgeätzt oder in einem galvanischen Verfahren aufgebaut. Die Toleranzen geätzter oder galvanisch aufgebauter Stufenschablonen sind sehr hoch, die Materialdicken schwanken bei geätzten Schablonen bis zu ± 10 µm , bei galvanisch aufgebauten Schablonen sogar bis zu ± 10% der Materialstärke. Bei einem anderen Verfahren werden in das Basismaterial partiell dickere oder dünnere Bleche aufgeschweißt. Das Einschweißverfahren gewährleistet zwar eine relativ genaue Schablonendicke, allerdings sind die Padlagetoleranzen mit ± 10 µm sehr hoch. Außerdem können eingeschweißte Bleche – vor allem bei Schablonen für Schnellspannsysteme – leicht wieder ausbrechen. Diese Verfahren sind aufwändig und teuer, zudem haben diese Schablonen meist lange Lieferzeiten von 7 bis 10 Arbeitstagen.
Wie werden CKL- Stufenschablonen hergestellt?
Wir haben zur Herstellung von SMD-Stufenschablonen ein neuartiges Verfahren weiterentwickelt, bei dem der Edelstahlrohling in den vorgesehenen Bereichen tiefpoliert wird. Nach der Tiefpolitur wird der rohling über das integrierte Kamerasystem im Laser positioniert, die Schablone wird geschnitten und weiterverarbeitet. Vor der Auslieferung durchlaufen unsere Schablonen noch verschiedene Qualitätskontrollen. Mit diesem Verfahren können wir Schablonen mit Materialstärketoleranzen von ± 2 bis 3 µm wesentlich günstiger und schneller binnen 2 bis 4 Arbeitstagen herstellen. Ein weiterer Vorteil unserer Stufenschablonen ist der sanfte Abhang zwischen den Stufen, der das Ablagern der Paste vermeidet. Dies kann bei herkömmlichen Stufenschablonen mit scharfem Abhang im fortschreitenden Prozess zum Einrakeln ausgehärteter Pastenrückstände in benachbarte Pads führen. Wir liefern die Stufenschablonen mit Lochrand für alle Schnellspannsysteme oder mit Rahmen. Auf Wunsch wird die Schablone zusätzlich elektropoliert, was das Auslöseverhalten der Paste und die Druckqualität zusätzlich erhöht.
Werden CKL-Stufenschablonen bereits eingesetzt?
Vor der Markteinführung haben wir in Zusammenarbeit mit einem unserer Kunden einen Vergleichstest durchgeführt. Es wurden Testdrucke mit identischen Stufenschablonen durchgeführt, eine galvanisch aufgebaute und eine elektropolierte CKL-Stufenschablone. Hier haben sich bei den CKL- Stufenschablonen die eindeutige Vorteile in der Layout-Positionierung, im Auslöseverhalten und im „sanften“ Übergang der Stufe gezeigt. Bereits kurz nach der Vorstellung auf der SMT in Nürnberg hatten wir eine große Nachfrage nach dem neuen Produkt. Unsere Stufenschablonen werden jetzt bereits bei mehreren Kunden in der Serienfertigung eingesetzt. Und wir erhalten positive Resonanz.
Neben den Schablonen für den Pastendruck stellen Sie auch lasergeschnittene SMD-Kleberschablonen her. Wo liegen die Vorteile ?
Der Schablonendruck von SMT-Klebern liegt in den letzten Jahren immer mehr im Trend. Da ein Siebdruckautomat im Normalfall vorhanden ist, entfallen zusätzliche Investitionskosten. Der Kleberdruck ist gerade bei der Serienfertigung eine enorme Zeitersparnis, da der Schablonendruck ca. dreimal schneller ist als das Dispensen einer Leiterplatte. Wir verfügen über eine von uns erarbeitete Bauteilebibliothek, in der für jedes Bauteil die optimale Klebepunktgröße und Anzahl gespeichert ist. Mit dieser Bibliothek sind wir in der Lage, die Schneiddaten der Kleberschablone aufgrund der Daten des Kleberfiles, der Bauteilmittelpunktkoordinaten oder der Pastendaten mit Benennung der Orientierung der Bauteile zu generieren. Da die Fertigungsanforderungen unterschiedlich sind, erarbeiten wir bei Bedarf wir zusammen mit unseren Kunden eine an den Fertigungsprozess angepasste Bauteilebibliothek. Bei uns erhalten Sie für den Kleberdruck alles aus einer Hand, von der CAD-Layoutgestaltung bis zur druckfertigen Schablone.Unser optionales Elektropolierverfahren ermöglicht ein sehr gutes Auslöseverhalten des Klebers und eine leichte Reinigung
Was kann man von der CKL in Zukunft erwarten?
Wir setzen alles daran, Ihre Anforderungen an uns und unsere Produkte nicht nur zu erfüllen, sondern durch den zusätzlichen Schritt voraus neue Maßstäbe zu setzen. Daher investieren wir laufend in qualitätsverbessernde Technologien und Produktionsverfahren. Im Bereich der Stufenschablone entwickeln wir gerade ein komplett neues Verfahren. Allerdings möchten wir uns aus patentrechtlichen Gründen dazu noch nicht äußern. Im September 2004 werden wir unser Qualitätsmanagementsystem nach der prozessorientierten Norm ISO 9001–2000 zertifizieren lassen. Noch in diesem herbst ist die Erweiterung der Laser-Produktion um einen dritten Laser geplant, da die Kapazität der zwei bestehenden Systeme bald erschöpft sein wird. Mit diesem speziell entwickelten Laser werden wir einen neuen technologischen Maßstab in der SMD-Metallschablonen-Herstellung setzen.
Wir danken Ihnen für das Gespräch Herr Koenen!
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Die 3D-Messung und Inspektion des Lotpastendrucks ist ein wichtiges Qualitätswerkzeug. Dieses funktioniert nur mit den richtigen Toleranzen und Eingriffsgrenzen.
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