Verbessertes Auslöseverhalten für präzise Lötergebnisse

Weniger Fehler beim Lotpastendruck trotz Miniaturisierung

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Im Rahmen des Lotpastendrucks werden immer kleinere elektronische Bauteile auf Leiterplatten montiert. Um trotz dieser fortschreitenden Miniaturisierung ein qualitativ hochwertiges Lötergebnis zu erzielen, müssen die verwendeten SMD-Schablonen den neuen Anforderungen hinsichtlich Standzeit und Auslöseverhalten angepasst werden. Ist dies nicht der Fall, kann es zur Bildung von Lotbrücken kommen – ein erhöhtes Kurzschlussrisiko wäre die Folge.

Um Gefahrenquellen zu vermeiden, bürstet die photocad GmbH & Co. KG die einzusetzenden SMD-Schablonen vor dem Einsatz beidseitig und arbeitet zudem mit optimierten Pad-Geometrien wie abgerundeten Ecken und kleinen, auf die jeweilige Anwendung abgestimmten Schablonenöffnungen. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Innenwandungen der Pad-Öffnungen elektrochemisch polieren zu lassen, wodurch sich die Mikrorauigkeit der Oberfläche deutlich reduziert und somit ein besseres Auslöseverhalten samt sauberem Druck gewährleistet wird. Die optionale Nanoveredelung der Schablonen sorgt indes dafür, dass behandelte Exemplare eine wesentlich geringere Verschmutzungsneigung aufweisen und chemisch sowie mechanisch extrem belastbar sind.

„Die Anforderungen an elektronische Baugruppen werden immer komplexer und differenzierter“, berichtet Carol Claus, Leiter Produktion. „Konkret bedeutet dies, dass zunehmend kleinere Komponenten auf den Leiterplatten verbaut werden müssen. Die entsprechenden SMD-Schablonen zum Auftragen der Lotpaste müssen daher diesen neuen Gegebenheiten angepasst werden – und zwar mittels effizienter Pad-Geometrien und anschließender Oberflächenbehandlung.“ Findet jedoch keine derartige Optimierung seitens des Herstellers statt, sind fehlerhafte Lötergebnisse die häufige Folge: Eine zu hohe Mikrorauigkeit der Schablonenoberflächen oder ein zu kleines Verhältnis von Schablonenöffnung zu Schablonendicke behindert beispielsweise ein gutes Pasten-Auslöseverhalten. Dadurch bleibt die Paste beim Drucken in der Schablonenöffnung haften, was wiederum zu einem unpräzisen Endergebnis führt. Obendrein begünstigen durch Pastenrückstände entstandene Schablonenverunreinigungen die Bildung von Lotbrücken, sodass sich die Gefahr eines Kurzschlusses signifikant erhöht.

Auslöseverhalten als zentrales Qualitätsmerkmal

Aus diesem Grund unterzieht das Unternehmen seine SMD-Schablonen einem mehrstufigen Oberflächenveredelungs- und Prüfungsprozess. So werden die zu bearbeitenden Exemplare nach dem Produktionsvorgang mit Hilfe des Stencil-Checks im Rahmen eines optischen Scans kontrolliert, ob die Auftragsdaten zu 100 % umgesetzt wurden. Anschließend werden die Schablonen beidseitig gebürstet, wodurch sich etwaige Grate, die während des Laserschneidens entstanden sind, vollständig beseitigen lassen. Zur Erfüllung der hohen Anforderungen an das Auslöseverhalten versieht das Berliner Unternehmen SMD-Schablonen der Produktlinie Advanced darüber hinaus mit einer Elektropolitur. „Bei diesem Prozess werden die Innenwandungen der Pad-Öffnungen elektrochemisch geglättet“, so Claus. „Hierbei wird mittels anodischer Auflösung eine dünne Schicht von der Werkstoffoberfläche abgetragen. Feinste Grate, Staub- und Schmutzpartikel sowie sämtliche Metallionen lassen sich damit entfernen und die Lotpaste kann durch die niedrigere Mikrorauigkeit präzise aufgetragen werden.“ Da die Bearbeitung zudem nur im Mikrobereich wirkt und ohne thermische oder mechanische Belastung ausgeführt wird, bleiben Form und Makrostrukturen der Schablone erhalten.

Für einen optimierten Druckprozess sorgt bei den SMD-Schablonen der Produktlinie Performance zudem die abschließende Nanoveredelung. Dieses Verfahren versieht die elektropolierte Oberfläche hierbei mit einer hochwertigen Siliziumnanoschicht – der auftretende Anti-Haft-Effekt schützt die SMD-Schablone vor Verschmutzungen, so dass Flüssigkeiten deutlich stärker abgewiesen werden als unbehandelte Exemplare. „Nach der Aushärtung ist die Nanoveredelung chemisch und mechanisch extrem belastbar, hitze- und frostbeständig sowie UV-stabil“, erklärt Claus. „Weil die Strukturen der Schablone somit über eine größere Anzahl an Druckvorgängen prozesssicher verwendbar sind, können auch die notwendigen Reinigungsintervalle reduziert werden.“ Daraus folgt: Die allgemeine Standzeit der SMD-Schablonen verlängert sich deutlich.

Sowohl das Elektropolieren als auch die anschließende Nanobeschichtung sind nach DIN EN ISO 9001 zertifiziert. Beide Prozesse erfolgen auf automatischen Anlagen, die im Gegensatz zu manuellen Verfahren eine exakte Reproduzierbarkeit gewährleisten und mit optimal eingestellten Parametern die hohen Anforderungen des Lotpastendrucks erfüllen können.

Layout-Regeln für sauberen SMT-Druck

Neben der geeigneten Oberflächenbehandlung ist auch eine optimierte Pad-Geometrie Voraussetzung für einen erfolgreichen Lotpastendruck. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass Parameter wie die Schablonendicke oder die Schablonenöffnung ebenfalls das Auslöseverhalten beeinflussen und somit eine große Rolle bei der Vermeidung von Lotbrücken spielen. „Im Zuge der 50 / 50-Regel sollte die Breite der Schablonenöffnung beispielsweise das halbe Rastermaß des Drucks nicht überschreiten, um ein solches Fehlerrisiko samt möglichem Kurzschluss zu verhindern“, führt Claus aus. „Außerdem ist es sinnvoll, Schablonenöffnungen zu verwenden, die kleiner als die Kupferpads im Leiterbild sind.“ Thermal-Pads mit einer Kantenlänge 5 mm sollten zudem durch Stege in der Mitte unterteilt werden, damit die aufgewendete Lotpastenmenge reduziert werden kann – dies verhindert wiederum ein Verschieben des Bauteiles beim Reflowlöten und garantiert gleichzeitig dessen einwandfreie Funktionsweise. Für ein besseres Auslöseverhalten werden die Ecken der Schablonenöffnungen zusätzlich abgerundet; die Lotkugeln bleiben so nicht in den Öffnungsecken haften, sondern gewährleisten ein sauberes, präzises Auslöseverhalten.

„All diese Prozesse helfen dabei, möglichst leistungsfähige und zuverlässige SMD-Schablonen herzustellen“, so Claus. Um zudem dem breiten Spektrum an Anwendungen gerecht zu werden, bietet photocad die SMD-Schablonen in drei unterschiedlichen Produktlinien an: Basic Plus für Anwendungen in gröberen Strukturen (Bürsten + Stencil-Check), Advanced für feinere Strukturen in kleinen Stückzahlen (zusätzliches Elektropolieren) und Performance für Anwender mit stark automatisierten Produktionsstraßen, die in hoher Geschwindigkeit hohe Stückzahlen fertigen (zusätzliche Nanoveredelung). „Dadurch erleichtern wir dem Kunden die Auswahl der für sein Projekt erforderlichen Schablonen erheblich“, so Claus abschließend. „Die 6-Stunden-Lieferzeit bei Standardschablonen (Basic Plus) beziehungsweise die 24-Stunden-Lieferzeit bei oberflächenveredelten Schablonen ermöglicht darüber hinaus eine schnelle Produktionsaufnahme ohne Verzögerungen.“

www.photocad.de

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