Verbessertes Auslöseverhalten dank Elektropolitur und optimierter Pad-Geometrie

| Autor / Redakteur: Lukas Praller * / Dr. Anna-Lena Gutberlet

Antihafteffekt: Eine Nanoveredelung versieht die elektropolierte Oberfläche mit einer Siliziumnanoschicht – der auftretende Antihafteffekt schützt die SMD-Schablone vor Verschmutzungen.
Antihafteffekt: Eine Nanoveredelung versieht die elektropolierte Oberfläche mit einer Siliziumnanoschicht – der auftretende Antihafteffekt schützt die SMD-Schablone vor Verschmutzungen. (Bild: photocad)

Nanoveredelung und optimierte Pad-Geometrien von SMD-Schablonen ermöglichen präzise Lötergebnisse und vermindern das erhöhte Fehlerrisiko aufgrund kleinerer Elektronikbauteile.

Laut Carol Claus, Leiter Produktion bei photocad werden die Anforderungen an elektronische Baugruppen immer komplexer und differenzierter: „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.

Präzises Auslöseverhalten als zentrales Qualitätsmerkmal

Aus diesem Grund unterzieht photocad 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 Prozent 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 Antihafteffekt schützt die SMD-Schablone vor Verschmutzungen, sodass Flüssigkeiten deutlich stärker abgewiesen werden als bei unbehandelten Exemplaren. „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.“ Dadurch verlängert sich die allgemeine Standzeit der SMD-Schablonen 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.

Strikte Layout-Regeln für den sauberen 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.

Für ein breites Anwendungsspektrum: photocad bietet die SMD-Schablonen in drei unterschiedlichen Produktlinien an; Basic Plus für Anwendungen in gröberen Strukturen (links), Advanced für feinere Strukturen in kleinen Stückzahlen (Mitte) und Performance für Anwender mit stark automatisierten Produktionsstraßen, die in hoher Geschwindigkeit hohe Stückzahlen fertigen (rechts).
Für ein breites Anwendungsspektrum: photocad bietet die SMD-Schablonen in drei unterschiedlichen Produktlinien an; Basic Plus für Anwendungen in gröberen Strukturen (links), Advanced für feinere Strukturen in kleinen Stückzahlen (Mitte) und Performance für Anwender mit stark automatisierten Produktionsstraßen, die in hoher Geschwindigkeit hohe Stückzahlen fertigen (rechts). (Bild: photocad)

„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 rundet photocad die Ecken der Schablonenöffnungen zusätzlich ab; die Lotkugeln bleiben so nicht in den Öffnungsecken haften, sondern gewährleisten ein sauberes, präzises Auslöseverhalten.

Antihafteffekt: Eine Nanoveredelung versieht die elektropolierte Oberfläche mit einer Siliziumnanoschicht – der auftretende Antihafteffekt schützt die SMD-Schablone vor Verschmutzungen.
Antihafteffekt: Eine Nanoveredelung versieht die elektropolierte Oberfläche mit einer Siliziumnanoschicht – der auftretende Antihafteffekt schützt die SMD-Schablone vor Verschmutzungen. (Bild: photocad)

„All diese Prozesse helfen dabei, möglichst leistungsfähige und zuverlässige SMD-Schablonen herzustellen“, erläutert 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“, konstantiert Claus.

Weiterer Vorteil für die Kunden: „Die 6-Stunden-Lieferzeit bei Standardschablonen (Basic Plus) beziehungsweise die 24-Stunden-Lieferzeit bei oberflächenveredelten Schablonen ermöglicht darüber hinaus eine schnelle Produktionsaufnahme ohne Verzögerungen.“

* Lukas Praller ist technischer Redakteur bei ABOPR Pressedienst in München.

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