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Die Erfindung betrifft eine Druckschablone, insbesondere zur Verwendung bei der Leiterplattenbestückung, mit einer in einem Schablonenrahmen einspannbaren mehrschichtigen Schablone.
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Eine derartige Druckschablone wird beispielsweise in der Leiterplattenbestückungstechnik für das Auftragen eines Druckmediums, insbesondere einer Lotpaste bzw. eines Klebers, zur Befestigung von SMD-Bauelementen (surface-mounted-device) auf Leiterplatten eingesetzt. Bei dieser Druckschablonentechnik wird das Schablonenmaterial beispielsweise mittels Lasertechnik lokal derart abgetragen, dass dem gewünschten Druckbild bzw. einer bestimmten Druckstruktur entsprechende Drucköffnungen oder -kanäle hergestellt sind, durch die das Druckmedium mittels einer sogenannten Rakel hindurch auf die Leiterplatten aufgebracht werden kann.
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Um hierbei örtlich unterschiedliche Mengen des Druckmediums auf die zu bedruckende Oberfläche (Leiterplatte) aufbringen zu können, sind auch sogenannte Stufenschablonen bekannt. Zur Herstellung derartiger Stufenschablonen ist es beispielsweise aus der
DE 10 2005 016 027 A1 bekannt, die zur Stufenbildung ausgewählten Bereiche verringerter Materialdicke mittels Hochgeschwindigkeitsfräsen einzubringen.
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Während aus dem älteren Gebrauchsmuster
DE 200 22 697 U1 bereits eine Hybrid-Schablone aus einer mit einer Metallfolie laminierten Kunststofffolie bekannt ist, offenbaren die deutschen Gebrauchsmuster
DE 20 2009 012 063 U1 und
DE 20 2009 016 959 U1 eine ebenfalls zweischichtige bzw. mehrschichtige Stufenschablone, bei der zur Stufenbildung die druckseitige Kunststoffschicht mittels Laserbearbeitung vollständig abgetragen wird. Die lokal abgetragene Kunststoffschicht bildet somit eine bis zur rakelseitigen Metallschicht geführte Aussparung (Vertiefung), in welche vollständige Durchbrüche durch die Metallschicht einmünden. Bei der aus der
DE 20 2009 016 959 U1 bekannten Stufenschablone besteht der mehrschichtige Aufbau aus alternierenden Metall- und Kunststofffolien, wobei rakelseitig eine Metallfolie und druckseitig stets eine Kunststofffolie vorhanden ist.
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Problematisch bei derartigen Schablonen ist einerseits die Herstellung von Stufenaussparungen unterschiedlicher Stufentiefe sowie andererseits beim bestimmungsgemäßen Gebrauch ein schlechtes Aus- oder Ablöseverhalten des Druckmediums (wie z. B. der Lotpaste) beim Abheben der Schablone vom hergestellten Druckbild. Grund hierfür ist, dass das Druckmedium, insbesondere auch im Bereich der Stufenaussparungen, zum Anhaften an der Druckschablone neigt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine wirtschaftlich herstellbare und beim bestimmungsgemäßen Gebrauch besonders zuverlässig einsetzbare Druckschablone anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Hierzu ist eine aus genau drei Materialschichten aufgebaute Schablone mit einer Kunststoffzwischenschicht und einer rakelseitigen Metalloberschicht sowie einer druckseitigen Metallunterschicht vorgesehen. Die Schablone kann mittels schablonenseitiger Randperforationen und rahemenseitiger Aufnahmeelemente in einen Spannrahmen oder in einen formstabilen Druckrahmen eingespannt, beispielsweise mit diesem direkt oder unter Verwendung eines vorgespannten Gewebes verklebt, sein.
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Die Kunststoffzwischenschicht besteht aus Polyimid. Eine solche Polyimidschicht weist erkanntermaßen ein sehr gutes Auslöseverhalten auf, von der sich das Druckmedium sehr gut ablöst und somit nicht haftet.
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Die Metalloberschicht sowie die Metallunterschicht bestehen aus rostfreiem Edelstahl (VA-Stahl). Dabei gewährleistet die im Vergleich zur Metallunterschicht dicke Metalloberschicht eine hohe Stabilität, insbesondere auch im Bereich der Durchbruchskanten der Drucköffnungen, und vermeidet darüber hinaus eine statische Aufladung, beispielsweise infolge der bestimmungsgemäßen Rakelbewegung entlang dieser Schablonenoberseite.
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Die vergleichsweise dünne Metallunterschicht dient im Wesentlichen als Maske für die Laserbearbeitung mit gezielter Abtragung der nachfolgend als Polyimidschicht bezeichneten Kunststoffzwischenschicht. So können die gewünschten Druck- oder Kanalstrukturen in die vergleichsweise dünne Metallunterschicht mittels eines schmal fokussierten Lasers als Basisstruktur eingebracht werden. Anschließend wird mittels eines weiteren Laserstrahls, der deutlich breiter fokussiert ist, wesentlich zeitsparender die Polyimidschicht lokal abgetragen.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schablone gemäß einer vorgegebenen Schablonenstruktur mittels ortsselektiver Laserbearbeitung ausgeschachtet, wobei im lokalen Schachtbereich die Metallunterschicht vollständig und die daran anschließende Polyimidschicht lediglich über einen Bruchteil deren Schichtdicke abgetragen ist. Diese selektive Schichtdickenabtragung der Polyimidschicht gewährleistet einerseits das gewünschte sehr gute Aus- bzw. Ablöseverhalten der Schablone vom Druckbild, da das Druckmedium an Polyimid als ausgewähltem Kunststoff erkanntermaßen nicht haftet. Demgegenüber ist das Aus- bzw. Ablöseverhalten von einer Metallfläche wesentlich schlechter.
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Um eine Vielzahl unterschiedlicher Aussparungs- oder Stufentiefen bereitzustellen, ist die Schichtdicke der Polyimidschicht groß im Vergleich zu der angrenzenden Metalloberschicht und der angrenzenden Metallunterschicht. Dabei beträgt die Schichtdicke der Polyimidschicht mehr als 50%, vorzugsweise mindestens 70%, der Gesamtdicke der dreischichtigen Schablone. Die Polyimidschicht beträgt dabei mindestens 50 μm und vorzugsweise bis zu 150 μm. Dies gewährleistet die gewünschte Variabilität hinsichtlich der Bereitstellung unterschiedlich tiefer Stufenstrukturen. Demgegenüber beträgt die Schichtdicke der Metalloberschicht mindestens 15 μm und maximal 25 μm.
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Während die Metalloberschicht und die Polyimidzwischenschicht aus einer Metallfolie bzw. einer Polyimidfolie bestehen, kann die Metallunterschicht sowohl aus einer Metallfolie als auch aus einer beispielsweise mittels Spattern oder Galvanisieren aufgetragenen Metallisierungsbeschichtung bestehen. Die Schichtdicke der Metallunterschicht beträgt dabei geeigneter Weise zwischen 5 μm und 10 μm im Falle der Verwendung einer Metallfolie. Bei Auftragung einer Metallisierungsbeschichtung können auch Schichtdicken kleiner 1 μm realisiert werden.
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Bei der Verwendung von Metall- bzw. Kunststofffolien sind diese geeigneterweise miteinander verklebt. Hierbei beträgt die Schichtdicke einer geeigneten Klebeschicht zwischen 2 μm und 12 μm, vorzugsweise etwa 5 μm.
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Im Zuge der Herstellung der Stufenstruktur bildet der verbleibende Schichtdickenanteil innerhalb der Polyimidschicht eine stufige Schulterstruktur aus, die das Anhaften des Druckmediums zuverlässig verhindert. Von dieser Schulterstruktur ausgehend sind der verbleibende Schichtdickenanteil der Polyimidschicht und die Metalloberschicht mit vergleichsweise geringer lichter Weite zur Herstellung der Drucköffnung vollständig abgetragen. Die verbleibende Schulterstruktur innerhalb der Polyimidschicht verhindert zuverlässig einen Kontakt des Druckmediums innerhalb der Stufenaussparung mit der Metalloberschicht. Dies gewährleistet das gewünschte gute Auslöseverhalten, in dem sich das Druckmedium vom Polyimid haftungsfrei ablöst.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 ausschnittsweise eine Draufsicht auf eine Druckschablone mit in einen Schablonenrahmen eingespannter dreischichtiger Schablone mit zwei stufigen Drucköffnungen, und
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2 in einer Schnittdarstellung entlang der Linie II-II in 1 den dreischichtigen Aufbau der Schablone mit unterschiedlichen Schichtdicken sowie verschiedenen Stufentiefen innerhalb einer Kunststoffzwischenschicht.
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Einander entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in Draufsicht eine erfindungsgemäße Druckschablone 1 von der nachfolgend auch als Oberseite (Schablonenoberseite 15, 2) bezeichneten Rakelseite aus gesehen. Die Druckschablone 1 besteht aus einer dreischichtigen Schablone (Hybrid-Schablone) 2, die in einen Schablonenrahmen 3 eingespannt ist. In die Schablone 2 ist eine erste Vertiefung 4 angebracht, deren beispielhaft rechteckige Stufenstruktur strichliniert angedeutet ist. In diese Vertiefung 4 sind runde Drucköffnungen 5 entsprechend einem gewünschten Druckbild eingebracht. Eine zweite Vertiefung 6 mit vergleichsweise großer Stufen- bzw. Eindringtiefe ist hinsichtlich deren beispielhaft quadratischer Stufenkontur ebenfalls strichliniert angedeutet. In dieser zweiten Vertiefung 6 ist beispielhaft eine eckige Drucköffnung 7 vorgesehen. Die Drucköffnungen 5 und 7 durchsetzen die mehrschichtige Schablone 2 vollständig zwischen der rakelseitigen Schablonenoberseite 15 (2) und der druckseitigen Schablonenunterseite 16 (2).
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2 zeigt den dreischichtigen Aufbau der Schablone 2 im Schnitt entlang der Linie II-II in 1. Rakelseitig weist die Schablone 2 eine Metalloberschicht 2a in Form einer Metallfolie (Edelstahlfolie) aus rostfreiem Stahl (VA-Stahl) auf. An diese Metalloberschicht 2a schließt sich eine nachfolgend als Polyimidschicht bezeichnete Kunststoffzwischenschicht 2b in Form einer Polyimidfolie an. Eine hieran wiederum anschließende Metallunterschicht 2c besteht wiederum aus einer rostfreien Edelstahlfolie (VA-Stahl). Auch diese Metallunterschicht 2c kann eine Metallfolie sein. Möglich ist auch eine Metallbeschichtung aus Edelstahl.
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Die Schichtdicke der aus Edelstahl bestehenden Metalloberschicht 2a beträgt geeigneter Weise mindestens 15 μm und maximal 25 μm. Demgegenüber ist die Schichtdicke D der Polyimidschicht mindestens 50 μm und maximal 150 μm, insbesondere 50 μm, 75 μm oder 125 μm. Die Metallunterschicht 2c weist eine vergleichsweise geringe Schichtdicke von zweckmäßiger maximal 5 μm auf.
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Zwischen der Metalloberschicht 2a und der Kunststoffzwischenschicht 2b kann eine Klebeschicht 8 vorgesehen sein. Gegebenenfalls beträgt die Schichtdicke dieser Klebeschicht 8 etwa 2 μm bis 12 μm. Auch kann zwischen der Polyimidschicht 2c und der Metallunterschicht 2c ebenfalls eine Klebeschicht 9 mit einer Schichtdicke von 2 μm bis 12 μm vorgesehen sein.
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Die in der mehrschichtigen Schablone 2 vorgesehenen Aussparungen 4, 6 sowie die Drucköffnungen 5 bzw. 7 sind mittels Laserbearbeitung in die Schablone 2 eingebracht. Hierzu ist zunächst die Metallunterschicht 2c im Bereich der jeweiligen Aussparung 4, 6 mittels eines fein fokussierten UV-Lasers (im ultravioletten Bereich) oder eines Lasers im sichtbaren Bereich, vorzugsweise im grünen Bereich, abgetragen. Dadurch entsteht mit der derart strukturierten Metallunterschicht 2c eine Maske für den nachfolgenden Laserabtragprozess der Polyimidschicht 2b. Hierbei wird mit einem vorzugsweise im IR-Bereich arbeitenden Laser mit vergleichsweise großem Strahldurchmesser die Polyimidschicht 2b bis lediglich zu einer definierten Tiefe abgetragen. Durch die Verwendung eines solchen Lasers mit vergleichsweise hoher Leistung kann die Abtragungsgeschwindigkeit der Polyimidschicht 2b deutlich erhöht werden, was eine besonders wirtschaftliche Herstellung der Schablone 2 ermöglicht.
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Die Abtragung der Polyimidschicht 2b erfolgt lediglich über einen durch die gewünschte Tiefe der jeweiligen Aussparung 4, 6 bestimmten Bruchteil d1 der Schichtdicke D der Polyimidschicht 2b. Aufgrund der vorzugsweise mindestens 70% der Gesamtschichtdicke G der Schablone 2 betragenden Schichtdicke D der Polyimidschicht 2b ist ein großer Bereich verschiedener Aussparungstiefen der Aussparungen 4, 6 herstellbar. Die abgetragene Schichtdicke d1 der Polyimidschicht 2b ist dabei stets kleiner als deren Gesamtschichtdicke D, so dass ein zumindest geringer Schichtdickenanteil d2 der Polyimidschicht 2b verbleibt. Dadurch ist das gewünschte gute Auslöseverhalten der Schablone 2 sichergestellt und ein Anhaften der im Schablonendruck eingebrachte Druckmediums zuverlässig vermieden.
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Die Abtragung der Metallunterschicht 2c einerseits sowie der Polyimidschicht 2b über einen Bruchteil d1 dessen Gesamtschichtdicke D stellt innerhalb des die jeweilige Aussparung 4, 6 darstellenden ausgeschachteten Bereiches der Polyimidschicht 2b eine Schulterstruktur 10 bzw. 11 bereit, mit der das Druckmedium ausschließlich innerhalb der jeweiligen Aussparung 4 bzw. 6 in Kontakt ist.
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An diese Schulterstruktur 10, 11 schließt sich die jeweilige Drucköffnung 5, 7 zur Herstellung des jeweils gewünschten Druckkanals 12 und 13 bzw. 14 an. Diese Drucköffnungen 5, 7 werden ebenfalls mittels Laserbearbeitung hergestellt, in dem die Polyimidschicht 2b über deren verbleibenden Schichtdickenanteil d2 sowie die Metalloberschicht 2a entsprechend der jeweiligen Kontur oder Struktur der Drucköffnungen 5, 7 abgetragen ist.
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Die Drucköffnungen 5, 7 erstrecken sich somit zwischen der rakelseitigen Schablonenoberseite 15 und der druckseitigen Schablonenunterseite 16, die der zu bedruckenden Oberseite 17, beispielsweise einer zu bedruckenden Leiterplatte, zugewandt ist.
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Die – gegebenenfalls auch schichtweise – Abtragung des Schablonenmaterials kann auch von der Metalloberschicht 2a aus erfolgen. In diesem Fall wird zunächst die Metalloberschicht 2a im Bereich der Drucköffnungen 5, 7 ortsselektiv abgetragen. Anschließend wird mit einem vergleichsweise leistungsstarken Laser die darunter liegende Polyimidschicht 2b unter Ausbildung einer strichliniert dargestellten konischen Schulterstruktur 18 und daraufhin die Metallunterschicht 2c entsprechend lokal abgetragen. Hierbei dient die Metalloberschicht 2a als Maske für die Laserabtragung der mittleren Polyimidschicht 2b. Die sich ausgehend von der Metalloberschicht 2a über die Polyimidschicht 2b und die darunter liegende Metallschicht 2c ergebende konische Schulterstruktur 18 hinterlässt für das Druckmedium ebenfalls keine Kontaktfläche zur Metalloberschicht 2a. Dadurch ist wiederum ein Anhaften des eingebrachten Druckmediums an der Schablone 2 verhindert und ein gutes Auslöseverhalten der Druckschablone 1 gewährleistet.
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Die Formen oder Geometrien der Vertiefungen 4, 6 und der Drucköffnungen 5, 7 können beliebig sein, beispielsweise rund, oval, mehr- oder vieleckig. Der Rahmen 3 kann ein formstabiler Druck- oder Spannrahmen mit eingeklebter oder mittels Perforationen eingespannter Schablone 2 sein. Die erfindungsgemäße Druckschabblone 1 kann für die Leiterplattenbestückung, zur Bauelementeherstellung oder in der Photovoltaikproduktion verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckschablone
- 2
- dreischichtige Schablone
- 2a
- Metallober-/Edelstahlschicht
- 2b
- Kunststoffzwischen-/Polyimidschicht
- 2c
- Metallunter-/Edelstahlschicht
- 3
- Schablonenrahmen
- 4
- Aussparung
- 5
- Drucköffnung
- 6
- Aussparung
- 7
- Drucköffnung
- 8
- Klebeschicht
- 9
- Klebeschicht
- 10
- Schulterstruktur
- 11
- Schulterstruktur
- 12
- Druckkanal
- 13
- Druckkanal
- 14
- Druckkanal
- 15
- Schablonenoberseite
- 16
- Schablonenunterseite
- 17
- Druckoberfläche
- 18
- Schulterstruktur
- D
- Schichtdicke
- d1
- Bruchteil
- d2
- Schichtdickenanteil
- G
- Schablonendicke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005016027 A1 [0003]
- DE 20022697 U1 [0004]
- DE 202009012063 U1 [0004]
- DE 202009016959 U1 [0004, 0004]
