NanoWork®-Schablone, die nanobeschichtete SMD-Schablone

Die von LaserJob produzierte NanoWork®-Schablone basiert auf der Fertigung einer lasergeschnittenen SMD-Schablone. Die NanoWork®-Beschichtung wird auf der Unterseite (Leiterplattenseite) der Schablone und in die Aperturen aufgetragen. Hierfür muss zunächst der Schneidgrat auf der Laseraustrittsseite entfernt werden. Dies erfolgt durch die Nachbearbeitung der geschnittenen Schablone mittels eines CNC gesteuerten Bürstprozesses. Die Rakelseite wird nicht beschichtet, um das Rollverhalten der Lotpaste nicht zu beeinflussen. Die Schichtstärke beträgt maximal 2 μm.

Schliffbild NanoWork®-Schablone:

Die NanoWork®-Beschichtung zeichnet sich durch Anti-Haft-Eigenschaften aus, die das Anhaften der Lotpaste stark verringern. Durch diese Anti-Haft-Wirkung in den Aperturen wird eine wesentlich bessere Konturenschärfe mit deutlich höherem und gleichbleibendem transferierten Lotpastenvolumen erzielt. Dies führt beim Bestück- und Lötprozess zu einer höheren Prozesssicherheit und niedrigeren Lötfehlerrate. Das transferierte Lotpastendepot bleibt über den gesamten Druckprozess konstant. Die Reinigungszyklen auf der Schablonenunterseite werden stark reduziert, da die NanoWork®-Beschichtung das Anhaften der Lotpaste verhindert. Dadurch können mehr Druckzyklen ohne Reinigungsschritte durchgeführt werden. Mithilfe der NanoWork®-Beschichtung von LaserJob können feinere Strukturen realisiert werden, ohne die Druckqualität zu beeinträchtigen.

LaserJob leistet so seinen Beitrag, um den zunehmenden Anforderungen an die Miniaturisierung gerecht zu werden:

• optimiertes Aspekt- und Flächenverhältnis
• deutlich weniger Reinigungszyklen für die Schablonenunterseite
• bessere Konturenschärfe
• hervorragendes Auslöseverhalten
• konstant transferiertes Lotvolumen

In dieser Grafik ist das Auslöseverhalten einer NanoWork®-Schablone im Vergleich zu einer lasergeschnittenen Edelstahlschablone dargestellt, am Beispiel eines BGA-Bauelementes. Wie aus dieser Darstellung hervorgeht, sind die Aperturen von 400 bis 250 μm den Flächenverhältnissen gegenübergestellt. Bei einem Flächenverhältnis von 0,5 werden mit einer NanoWork®-Schablone bis zu 80 % des Lotpastenvolumens transferiert, bei angepasster Lotpulverkörnung. Eine unbeschichtete lasergeschnittene Edelstahlschablone kommt hingegen nur auf 50 % bei einer Lotpulverkörnung 3 (25–45 μm) und auf unter 70 % bei einer Lotpulverkörnung 4 (20–38 μm). Der Vorteil einer Nano-Work-Schablone wird anhand dieses Beispiels deutlich. 

Die Transfereffizienz einer NanoWork®-Schablone im Vergleich zu einer unbeschichteten lasergeschnittenen Edelstahlschablone ist am Beispiel einer QFP-Struktur (400 μm) dargestellt. Hier wurden 16 Druckzyklen ohne Schablonenunterseitenreinigung durchgeführt und die dabei transferierte Lotpastenmenge gemessen. Wie aus der Darstellung hervorgeht, können mit einer NanoWork®-Schablone über den gesamten Druckzyklus 100–110 % Lotpaste konstant transferiert werden, während bei der unbeschichteten Schablone aufgrund von zunehmender Verschmutzung der Unterseite das transferierte Volumen auf 130% ansteigt. Die Transfereffizienz der unbeschichteten Schablone variiert im Vergleich zur NanoWork®-Schablone deutlich.

QFP-Struktur (400µm)

Qualitätssicherung hat bei LaserJob einen hohen Stellenwert. Die strenge Qualitätsüberwachung beginnt bereits beim Wareneingang der Edelstahlbleche und Rahmen. Ein Dickenmessgerät erfasst jedes Edelstahlblech auf ± 0,5 μm genau. Von jedem bespannten Siebdruckrahmen wird die Siebspannung überprüft. Direkt nach dem Laserschnitt werden Aperturgröße und Aperturgeometrie kontrolliert. Das Messsystem misst auf einer Fläche von 400 x 200 mm mit einer Genauigkeit von 2,5 μm + L /400 die Positionen der Durchbrüche. Die Lochkontur wird mit einer Präzision von 0,5 μm von einer CCDKamera im Durchlichtverfahren bestimmt. Mit dem ScanCheckI+ wird die fertige Schablone mit den Ursprungsdaten verglichen und auf Kongruenz geprüft.

Für die grundsätzliche Qualitätsüberprüfung der NanoWork®-Beschichtung wurden Aufnahmen am Rasterelektronenmikroskop (REM) erstellt, um die Homogenität der Beschichtung sowohl in den Aperturen als auch auf der Unterseite der Schablone nachzuweisen. Als Vergleich dazu wurde eine REM-Aufnahme von einer QFP-Apertur bei einer lasergeschnittenen Edelstahlschablone und einer NanoWork®- Schablone durchgeführt

Lasergeschnittene Schablone:

Nanobeschichtete Edelstahlschablone:

Durch energiedispersive Röntgenstrahlung (EDX) wurde eine homogene Verteilung der NanoWork®-Beschichtung in den Aperturwandungen und von der Unterseite bis zur Aperturoberkante nachgewiesen.

Die Anti-Haft-Eigenschaften korrelieren mit der Oberflächenspannung der beschichteten Schablone. Die Oberflächenspannung fester Werkstoffe wird durch den Kontaktwinkel einer Messflüssigkeit mit dem Werkstoff definiert. Als Kontaktwinkel wird der Winkel bezeichnet, den ein Flüssigkeitstropfen auf der Oberfläche eines Feststoffes zu dieser Oberfläche bildet

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Ein hoher Kontaktwinkel steht stellvertretend für gute Anti-Haft-Eigenschaften, ein niedriger Kontaktwinkel beschreibt gute Benetzung und damit gute Hafteigenschaften.

Die Kontaktwinkelmessung dient zur Überwachung der Anti-Haft-Eigenschaften der Nano- Work-Beschichtung. Die Messung wird bei jeder Schablone durchgeführt und dokumentiert und erfolgt rechnergesteuert mit hoher Genauigkeit und Wiederholbarkeit

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