Schablonendruck noch nicht am Ende

Welche besonderen technischen Eigenschaften müssen moderne Sieb- und Schablonendrucker in der Elektronikfertigung aufweisen?

Moderne Sieb- und Schablonendrucker müssen flexibel, zuverlässig, wiederholgenau sowie bedienungs- und wartungsfreundlich sein. Das innovative Konzept eines Drucks muss Effektivität, Produktivität sowie höchsten Qualitätsansprüchen und Fertigungsstandards gerecht werden. Dazu braucht man neben einem leistungsfähigen Visionsystem zukunftweisende Features wie beispielsweise 2½-D-Inspektionssysteme mit Benetzungs- und Brückenerkennung, automatische Schablonenrei-niger mit Feucht- und Vakuumfunktion, schnelle flexible Leiterplatten-Unterstützungen, automatische Lotpastendispenser, statistische Prozesskontrollsoftware, Offline-Programierungssoftware usw. Diese technischen Lösungen so einfach und funktionell wie möglich zu gestalten erhöht die Bedienerfreundlichkeit und unterstützt Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit des Druckers. Ein Maschinenkonzept mit einzelnen Modulen, das sich mit intelligentem Aufbau zu unterschiedlichsten Maschinentypen entsprechend der Applikation konfigurieren lässt, erfüllt individuelle Anforderungen und erreicht zudem ein hervorragendes Preis/Leistungsverhältnis. Mit Hilfe von finite Elemente Methoden optimierte, geschweißte Stahlrahmen in Verbindung mit hochauflösenden CCD-Kamerasystemen, die auf einem X/Y-Koordinatensystem mit Glasmaßstab bei einer Auflösung von 1 µm montiert werden, garantieren höchste Wiederholgenauigkeiten.

In welchen Punkten unterscheidet sich der „normale“ Lotpastendruck vom Auftrag von Leiterbahnen für Hybride?

Leiterbahnen für Hybride werden häufig mittels Siebdruck auf die Substrate aufgebracht. Das Druckmedium ist ein temperatur- oder lichtaushärtender Silberleitkleber, der bezüglich Thixotropie als auch Viskosität andere Eigenschaften als Lotpaste aufweist. Beim Einsatz von Sieben wird zunächst geflutet und anschließend das Druckmedium auf das Substrat durch einen Druckvorgang gedruckt. Ein Reinigen des Siebs mit einem automatischen Schablonenreiniger ist nicht ohne weiteres möglich.

Werden Schablonen für den Auftrag von Leiterbahnen für Hybride eingesetzt, kann genau wie im Lotpastendruck mit einem Druckzyklus gedruckt werden. Zudem kann die Schablone mit einem geeigneten Reinigungsmedium mit Hilfe der Unterseitenreinigung automatisch im Prozess ge-reinigt werden. Kritisch wird es, wenn die Schablonendicke kleiner als 75 µm sein muss, da dann die notwendigen Stege in der Schablone im Leiterbahnbereich sehr dünn und empfindlich werden. Die Grenze für den Schabloneneinsatz beim Leiterbahndruck liegt bei etwa 50 µm Schablonendicke.

Momentan werden Versuche gefahren, Widerstände durch den Siebdruck auf die Innenlagen von Multilayern aufzutragen. Wie sehen Sie die Bedeutung dieser Technik?

Diskrete Bauteile durch Siebdruck direkt auf die Innenlagen von Multilayern aufzutragen ist ein ganz wesentlicher Schritt in Richtung weiterer Miniaturisierung in der Elektronik. Die Bestrebung, die Anzahl diskreter Bauelemente auf ein Minimum zu reduzieren, wird in Zukunft auch aus Kostengründen an Bedeutung gewinnen.

Welchen Einfluss hat die Einführung bleifreier Lote und anderer umweltfreundlicherer Materialien auf den Sieb- und Schablonendruck?

Der Sieb- und Schablonendruckprozess ist durch die Einführung bleifreier Lote und anderer umweltfreundlicher Materialien weniger beeinflusst worden als beispielsweise der Lötprozess. Die Druckparameter müssen an Materialeigenschaften wie etwa der Thixotropie und Viskosität dieser Materialien angepasst werden. Technisch sind keine Änderungen an den Druckmaschinen nötig.

Bei der stetig steigenden Packungsdichte auf Baugruppen ist kein Ende in Sicht. Wie weit kann der Siebdruck in dieser Richtung Schritt halten und welche Gründe gibt es, dass er irgendwann an seine Grenzen stoßen wird?

Zur Zeit ist der Miniaturisierungstrend in der Elektronikfertigung ungebremst. Der Siebdruck hat mit Einführung von MikroBGA-, CSP- und Flip-Chip-Techniken gezeigt, dass durch die Auswahl entsprechender Druckgeometrien eine weitere Miniaturisierung im Druckprozess möglich ist. In der Mikroelektronik ist der Lotpastendruck sicher noch nicht an seine Gren-zen gestoßen. Falls eines Tages Nanotechniken mit Größenordnungen von wenigen Atomlagen Einzug in die Elektronikfertigung halten werden, so wird der Siebdruck an seine Grenzen stoßen.

Welche Alternativen sehen Sie zum Sieb- und Schablonendruck und wann werden sie eingesetzt?

Das Aufbringen von Materialien direkt auf das Substrat ohne Sieb oder Schablone beispielsweise mit Hilfe des Jet-Verfahrens ist eine mögliche Alternative zum Druckprozess. Dieses Verfahren erfordert komplexe technische Maschinen, an denen wir zur Zeit forschen und entwickeln. Allerdings kann diese Technik nicht alle Sieb- und Schablonendruckapplikationen ersetzen, da nur Materialien eingesetzt werden können, die jetfähig sind.

Welche künftigen Entwicklungen sehen Sie bei Sieb- und Schablonendruckanlagen?

Die Zykluszeitreduzierung ist hier eine ganz wichtige Entwicklung, um mit immer schneller werdenden Bestückungsmaschinen Schritt halten zu können. Dazu wird es nicht mehr ausreichen, die Achsen bestehender Anlagen zu beschleunigen. Neue konstruktive Lösungen werden die benötigten Zeiten für die Handlings- und Ausrichtvorgänge der Sieb- und Schablonendruckanlagen deutlich reduzieren.

Bedienereingriffe an der Druckmaschine werden mehr und mehr eingeschränkt werden. Ein entscheidender Fortschritt in dieser Richtung wird die Closed-Loop-Prozesskontrolle sein, deren Ziel die automatische Adaptierung der Druck-parameter ist. Die Sieb- und Schablonendruckanlagen werden selbsttätig, durch entsprechende Prozessüberwachung ohne Bedienereingriff, die Einstellung der optimalen Druckparameter vornehmen. Auch werden Werkzeuge wie beispielsweise Offline-Programmierungssoftware den Bediener zunehmend entlasten und Maschinenstillstandszeiten minimieren.

Optimierte geschlossene Rakelsysteme werden in Zukunft sicherlich bei passenden Applikationen häufiger eingesetzt werden. Bei Einsatz von geschlossenen Rakelsystemen wäre auch parallel zur Schablonenunterseiten- eine -oberseitenreinigung möglich, mit der die Verschmutzungen der Schablone noch effektiver entfernt werden können.

Die Weiterentwicklung unserer Reel-to-Reel-Maschinen zum Bedrucken von flexiblen Foliensubstraten wird in Zukunft vor allem durch die Zunahme von dreidimensionalen Schaltungsanordnungen an Bedeutung gewinnen.

Auch wird an Verbesserungen von etablierten Funktionseinheiten, wie etwa Rakeln, gearbeitet. So könnten beispielsweise Stufenrakel mit „Verdichtungskammer“ das Füllen der Schablonenöffnungen mit Lotpaste während des Druckzyklusses verbessern.

Für unser Haus kann man zusammenfassend sagen, wir arbeiten an der Verbesserung und Optimierung bestehender Funktionseinheiten der Sieb- und Schablonendruckanlagen und integrieren schnellstmöglich immer neue Innovationen in die Sieb- und Schablonendruckanlagen. Diese neuen Innovationen erhalten wir sehr oft aus unserem Sondermaschinenbau, bei dem wir neben Sieb- und Schablonendruckanlagen auch ganze Fertigungslinien für die Dickfilm-, Solar- und Waferfertigung entwickeln und bauen.

Vielen Dank Herr Heynen.