Schnelle und günstige Stufenschablonen-Herstellung

Immer dann, wenn auf einer Leiterplatte sehr kleine neben großen Bauteilen verlötet werden sollen, wären Stufenschablonen das Mittel der Wahl. Mit diesen können innerhalb eines Druckvorgangs unterschiedlich hohe Lotpastendepots auf Platinen gedruckt werden, indem sie je nach Anforderung in klar definierten Bereichen unterschiedlich dick ausgeführt werden. Da die Stufenschablonen aber derzeit noch relativ teuer sind, werden sie entsprechend selten eingesetzt – obwohl sie den Arbeitsvorgang deutlich erleichtern und die Qualität des Ergebnisses verbessern würden. Die Photocad GmbH & Co. KG hat deshalb ein neues Verfahren zur Herstellung von Stufenschablonen entwickelt, mit dem die Preise um mindestens die Hälfte reduziert werden können.

Gerade im SMD-Bereich werden viele verschiedene Bauteile auf einer Leiterplatte zusammengeführt. Die oberflächenmontierten Bauelemente tragen so zu einer erheblichen Verkleinerung vieler elektronischer Geräte bei. Da die SMD-Bauteile keine Drahtanschlüsse besitzen, sondern direkt auf die vorhandene Leiterplatte gelötet werden, sind allerdings je nach Größe des Elements variierende Mengen an Lotpaste in einem Druckvorgang erforderlich. „Diese können nicht mehr allein durch die Pad-Geometrie und die Größe der Aperturen ausgeglichen werden“, erklärt Diplom-Ingenieur Axel Meyer, Vertriebs- und Marketingleiter des Unternehmens. „Daher sind immer mehr solche Schablonen gefragt, die partiell mit Dickenabstufungen versehen sind.“

In der Regel bestehen moderne Baugruppen aus einer Vielzahl sehr kleiner Bauteile und feinen Rastern wie 01005, 0201, QFN und QFP sowie wenigen Bauteilen größerer Bauart wie Steckern oder Leistungskomponenten. Daraus ergibt sich für Stufenschablonen häufig die Anforderung, nur in einigen kleineren Bereichen eine größere Dicke für mehr Pastenvolumen zu erhalten. Diese Abstufungen können mithilfe additiver oder subtraktiver Verfahren geschaffen werden. Da der Bedarf von Stufenschablonen immer weiter zunimmt – unter anderem aufgrund der Tatsache, dass die Elektronikbaugruppen immer kleiner werden – entwickelte das Berliner Unternehmen ein neues Verfahren zu ihrer Herstellung. Die Methode entwickelte das Unternehmen gemeinsam mit seinem Technologiepartner LPKF Laser & Electronics AG. Bei diesem sogenannten Step-up-Stencil-Verfahren werden auf ein Basisblech Auflagen in unterschiedlicher Dicke aufgeschweißt. Die Position der Patches wird präzise an der LPKF-Laseranlage ausgemessen, bevor sie per Punktschweißverfahren auf dem Basisblech angebracht werden. Auf diese Weise lassen sich Stufen von 25, 50 und 75µm erzeugen. Im Anschluss schneidet ein Laser das SMD-Layout exakt zurecht. Dabei entstehen durch das Aufschmelzen des Edelstahlbleches saubere Innenwandungen der Padöffnungen, deren Abstände zu den verschiedenen Niveaus dadurch relativ klein gehalten werden können. Bisher wurden galvanisch aufgebaute Stufen, mechanisch abgetragene oder geätzte Bereiche oder eine Patchworklösung verwendet, um die Höhenunterschiede bei den Schablonen zu erhalten. „Diese Prozesse gelten als relativ zeitaufwändig und teuer, wohingegen additiv konstruierte Stufenschablonen mittels Step-up-Stencil-Verfahren schnell, preisgünstig und qualitativ hochwertig hergestellt werden können“, so Meyer. Im Unternehmen kommen so inzwischen auf 50 bis 100 SMD-Schablonen, die täglich hergestellt werden, ein bis zwei Stufenschablonen. Hohe Präzision mit minimalen Toleranzen ist nur ein Vorteil, den die Stufenschablonen aus dem neuartigen Verfahren bieten. Die Stencils eignen sich zudem für viele verschiedene Schnellspannsysteme und lassen sich nach den Vorgaben eines jeden Anwenders individuell anpassen. Auch ist eine Veredelung durch Elektropolieren oder Nano-Beschichtung möglich. „Die neue Herstellungsweise ermöglicht nicht nur eine variable Geometrie, sondern auch eine große Haltbarkeit der Schablonen, da ihre Oberfläche dabei nicht wie im subtraktiven Verfahren beschädigt wird. Das Gegenteil ist sogar der Fall: Durch die aufgeschweißten Patches wird die Festigkeit der Schablone noch erhöht“, erklärt Meyer.

SMT Hybrid Packaging

Stand 6-205