Die dritte Dimension des Schablonendrucks – Präzision & Effizienz

50% aller Lötfehler sind Studien zufolge in der SMD-Bestückungsfertigung nach wie vor eng mit dem Druck der Lötpaste verbunden. Entscheidend für eine hohe Ausbeute ist daher die geeignete Wahl eines hochpräzisen Schablonendruckers, angepasste Druckparameter sowie die optimale Präzisionsschablone. Denn hochpräzise gefräste Stufenschablonen bieten eine maximal effiziente und wirtschaftliche Möglichkeit zum optimalen Auftragen von Lötpaste.

Stufenschablone Elektrotechnik Christian Koenen — Stufenschablonen werden eingesetzt, wenn die aufgetragene Pastenmenge nicht mehr ausreichend über die Dimensionierung der Aperturen reguliert werden kann.

Eine Stufenschablone ist dennoch nicht einfach eine Stufenschablone:

Das Volumen des Lötpastendepots wird maßgeblich durch die Materialstärke der verwendeten Druckschablone bestimmt. Das heißt, wenn auf einer Leiterplatte Bauteile mit einer Höhenvarianz hinsichtlich der Bauteilgröße bzw. des Lötpastenbedarfs (ungünstiger Bauteilmix) vorgesehen sind, kann mit einer herkömmlichen Schablone nicht mehr das jeweils optimale Depotvolumen erzeugt werden (unzureichende Pastenmenge).

„Bauteile wie SMD-Leiterplattenanschlussklemmen stellen besondere Herausforderungen dar, da sie sehr häufig Abweichungen der Kontaktflächen des Bauteils von bis zu 100 μm zueinander bzw. zur Kontaktfläche aufweisen“, so Sebastian Bechmann, CTO der Christian Koenen Group. Sie erfordern eine Schablonendicke von etwa 150 bis 200 μm (fehlerhafte Koplanarität). Die Depots für SMD-Bauteile der Größen 0402 lassen sich dagegen am besten mit 120 bis 150 μm dicken Schablonen drucken. Häufig treten auch unzureichende Pastenmengen in der Kombination μBGA und Stecker oder SMT-Bauteile und THR-Komponenten auf.

Patentierte, gefräste und lasergeschnittene Hochpräzisions-Stufenschablonen

Auch wenn Fine-Pitch-Komponenten dicht neben Standardbauteilen platziert werden (Mischbestückung), stoßen konventionelle Schablonen an ihre Grenzen und können z.B. eine Brücken-Kurzschlussbildung verursachen. Vor allem bei Mischkonfigurationen mit kleinen Rastergrößen und einer hohen Anzahl von Bauteilen ist eine hochpräzise gefräste und lasergeschnittene Stufenschablone, die optimal an das Layout angepasst ist, die effizienteste und wirtschaftlichste Option, um Lötfehler von vornherein zu vermeiden.

Neben der Mischbestückung sind weitere Indikatoren relevant, die für den Einsatz einer Stufenschablone sprechen. So zum Beispiel, wenn Lötpaste auf verschiedenen Ebenen aufgetragen werden soll. Dies ist unter anderem dann erforderlich, wenn einzelne Bauteile in der Leiterplatte versenkt oder Leiterplattenbereiche unterschiedlicher Dicke, wie z.B. starre und flexible Leiterplattenbereiche einer Baugruppe, in einem Schritt gedruckt werden sollen (versenkte Bauteile).

Bedingt durch die stetige technologische Weiterentwicklung im Bereich der Leiterplatten und Bauelemente ergeben sich parallel neue Herausforderungen für den Hochpräzisionsdruck. Wenn das zu bedruckende Substrat besonders empfindliche Bereiche wie Bond- oder Schweißflächen, sowie Chipoberflächen(Attach) oder punktuelle Erhöhungen durch zu hohen Lötstopplack oder überstehende Via Plugs aufweist, kann eine herkömmliche Druckschablone sensible Bereiche beschädigen oder einen ungewollten Absprung erzeugen. „Immer öfter entstehen nach mehrmaligem Gebrauch ungewollte, undefinierte Absprünge im Druckbild“, erklärt Sebastian Bechmann. Häufigere Reinigungszyklen, Druckfehler oder sogar Schäden an der Baugruppe können die Folge sein. Stufenschablonen bieten in diesen Fällen eine Lösung: An kritischen Stellen können sie mit Kavitäten versehen werden, die empfindlichen Bereiche schützen oder Unebenheiten im Substrat (Unebenheiten auf der Leiterplatte) ausgleichen.

Darüber hinaus ermöglichen die CK-Stufenschablonen einen Kombinationsdruck: Einige SMT-Formen müssen auf der Leiterplatte fixiert werden, damit sie sich während des Lötvorgangs nicht aufstellen oder verschieben können. Mit Hilfe der Stufenschablone kann hier der Kleber direkt nach dem Druck der Lötpaste aufgetragen werden (Print on Print).

Aufgrund des ungebrochenen Trends zu immer höherer Packungsdichte, erhöhtem Bauteilmix sowie zum Einsatz immer kleinerer Bauteile ist mit einer zunehmenden Bedeutung der Stufenschablone in der Baugruppenfertigung zu rechnen. Auch die rasant steigende Anzahl von Baugruppen weist einige der beschriebenen Herausforderungen auf, bei denen die hochpräzisen Stufenschablonen immer häufiger zum Einsatz kommen werden.

Plasma Beschichtung Schablone Christian Koenen — Stufenschablone mit Plasmabeschichtung: Der Druckprozess wird erheblich verbessert und erhöht damit die Ausbeute der Produktionslinie.

Die Plasma 3 Beschichtung zur Minimierung von Produktionskosten und Steigerung der Produktionsausbeute

Immer mehr Anwender profitieren von einer weiteren Christian Koenen Innovation: Die gefräste, lasergeschnittene Stufenschablone mit Plasma 3 Beschichtung. Dabei wird mit einer plasmagestützten chemischen Gasphasenabscheidung eine Beschichtung auf der Substratseite und in den Aperturen reproduzierbar aufgebracht, die das Transferverhalten der Lötpaste verbessert (mangelhaftes Pasten-Ablöseverhalten).

Die bereits dritte Generation der Plasmabeschichtung (Plasma 3.0) zeichnet sich insbesondere in kleinsten Aperturen durch sehr geringe Adhäsion des Druckmediums an der Innenwandung aus. Das Verschmieren der Paste auf der Schablonenunterseite wird reduziert und die Anzahl der Reinigungszyklen kann verringert werden, was zu Einsparungen bei den Produktionskosten sowie bei der Durchlaufzeit führt. Darüber hinaus ist die nur wenige Nanometer dicke Beschichtung chemisch und mechanisch widerstandsfähig.

Stufenschablone elektronische Baugruppen — Stufenschablonen realisieren den Ausgleich von Höhenunterschieden in der Leiterplattenoberfläche, so dass ein künstlicher Absprung und die damit verbundene Verschmierung der Schablonenunterseite vermieden wird.

Elektronikfertigung mit vollautomatisiertem Druckprozess

Die hier folgenden realen Herausforderungen im Präzisionsdruckprozess treten nicht nur einzeln, sondern zunehmend auch in verschiedenen Kombinationen auf:

unzureichende Pastenmenge
mangelnde Koplanarität der Bauteilkontakte
Brücken-Kurzschluss-Bildung
versenkte Bauteile
Unebenheiten auf der Leiterplatte
Druck über Druck
schlechtes Auslöseverhalten der Paste aus der Schablonenöffnung
höhere Stillstandszeiten für die Schablonenreinigung

Zur Unterstützung der Smart Factory- und Industrie 4.0 Bestrebungen ist es notwendig, dass alle Fertigungsschritte mit möglichst geringem Eingriff des Maschinenpersonals durchgeführt werden können. Die hohe Präzision und das kundenspezifische Design der Stufenschablonen sind zwingend erforderlich, damit der vollautomatische Schablonendruckprozess in der Elektronikfertigung an immer kleinere Bauteilgrößen, neue Bauteilformen und die verstärkte Vermischung von großen und kleinen Bauteilen angepasst werden kann. Nicht zuletzt aufgrund der langjährigen Erfahrung unserer Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und der kontinuierlichen Investitionen der Christian Koenen Group in Innovationen rund um Präzisionsdruckwerkzeuge, konnte die Fehlerquote im Schablonendruck deutlich reduziert werden.

Da die Miniaturisierung und der Komponentenmix weiter zunehmen, ist zu erwarten, dass weiterhin Investitionen für kreative Lösungen im Design des Druckwerkzeugs notwendig sein werden. Viele unserer internationalen Kunden haben bestätigt, dass die kundenspezifisch gefrästen und lasergeschnittenen Hochpräzisionsschablonen mit Plasma 3-Beschichtung heute innovative und zuverlässige Lösungen für die immer komplexer werdenden Schablonendruckanwendungen in der SMD- und Halbleiterfertigung sind.

Zusammenfassung
Stufenschablonen gewinnen in der Produktion von elektronischen Baugruppen an Bedeutung und werden eingesetzt, wenn die aufgetragene Pastenmenge nicht mehr ausreichend über die Dimensionierung der Aperturen reguliert werden kann. Der Druckprozess wird durch die Plasmabeschichtung zusätzlich verbessert und optimiert.

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Die dritte Dimension des Schablonendrucks – Präzision & Effizienz

Eine Stufenschablone ist dennoch nicht einfach eine Stufenschablone:

Patentierte, gefräste und lasergeschnittene Hochpräzisions-Stufenschablonen

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Elektronikfertigung mit vollautomatisiertem Druckprozess

Die dritte Dimension des Schablonendrucks – Präzision & Effizienz

In 3 Stufen zum Fortschritt in der Elektrotechnik

Application Center: Der Partner zur Optimierung von Druckprozessen