DE102015120185A1

DE102015120185A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Auswählen einer Pastenschablone für einen Pastendruck sowie zum Auftragen von Paste auf ein Substrat mittels der ausgewählten Pastenschablone

Info

Publication number: DE102015120185A1
Application number: DE102015120185.2A
Authority: DE
Inventors: Werner Liegel
Original assignee: ASM Assembly Systems GmbH and Co KG
Current assignee: ASMPT GmbH and Co KG
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2017-05-24
Also published as: CN107031174A; US20170144430A1; EP3170664A2; EP3170664A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auswählen einer Pastenschablone (10) für einen Pastendruck auf ein Substrat (20), wobei die Pastenschablone (10) anhand einer Schablonendicke (h) ausgewählt wird, bei welcher ein Flächenverhältnis einer kleinen Durchgangsöffnung (11a, 11b) des Substrats gleich oder größer als ein Soll-Flächenverhältnis ist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Auftragen von Pastenmaterial (30) auf ein Substrat (20) für wenigstens ein Kleinbauteil (21a, 21b) und wenigstens ein Großbauteil (22), das größer als das wenigstens eine Kleinbauteil (21a, 21b) ist, wobei Pastenmaterial (30) für das wenigstens eine Kleinbauteil (21a, 21b) und das wenigstens eine Großbauteil (22) mittels einer erfindungsgemäß ausgewählten Pastenschablone (10) aufgetragen wird, und zusätzliches Pastenmaterial (30) auf das Pastenmaterial (30) für das wenigstens eine Großbauteil (22), nachdem Pastenmaterial (30) mittels der ausgewählten Pastenschablone (10) für das wenigstens eine Kleinbauteil (21a, 21b) und das wenigstens eine Großbauteil (22) aufgetragen wurde, aufgetragen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auswählen einer Pastenschablone für einen Pastendruck sowie zum Auftragen von Paste auf ein Substrat mittels der ausgewählten Pastenschablone.
STAND DER TECHNIK
Zum Herstellen von Lötverbindungen auf einem Substrat, beispielsweise einer Leiterplatte, werden beim Pastendruck, insbesondere Lotpastendruck Lotdepots auf dem Substrat erzeugt. Dabei wird eine Lotpaste, bestehend aus kugelförmigem Lotpulver und pastösem Flussmittelsystem, in einem Schablonendruckverfahren beispielsweise mit Hilfe eines Rakels durch Durchgangsöffnungen der zuvor zum Substrat ausgerichteten Lotpastenschablone gedruckt. Da das Ergebnis des Druckprozesses fundamentalen Einfluss auf alle Folgeprozesse wie Bestückung und einen Reflow-Lötvorgang hat, kommt diesem Fertigungsschritt eine große Bedeutung zu. Da hierbei eine Vielzahl an qualitätsbeeinflussenden Faktoren und Parametern zum Tragen kommen, stellt der Druckprozess in der SMD-Fertigung zugleich einen der am schwierigsten zu beherrschenden Fertigungsschritte dar. So können Maschinenparameter wie Anpressdruck oder Vorschub des Rakels sowie die Auslösegeschwindigkeit des Tisches genauso qualitätsbestimmende Faktoren sein wie rheologischen Eigenschaften und ein Thixotropie-Verhalten der Lotpaste.
Man schätzt, dass bei der Herstellung von SMD-Leiterplatten mehr als die Hälfte aller Herstellungsfehler durch den Lotpastendruck verursacht werden, beispielsweise aufgrund eines ungeeigneten Designs der Lotpastenschablone, eines ungeeigneten Materials der Lotpastenschablone und/oder ungeeigneter Druckparameter.
Probleme treten beim Druck mit Pastenmaterial, beispielsweise beim Lotpastendruck, insbesondere dann auf, wenn auf einem Substrat unterschiedlich große bzw. kleine Bauteile angeordnet werden müssen. Sollen auf einem Substrat Kleinbauteile wie zum Beispiel Fine Pitch Bauteile angeordnet werden, wäre die bevorzugte Schablonendicke der Pastenschablone beispielsweise 80 µm. Sollen auch Großbauteile wie zum Beispiel Stecker oder Spulen auf dem Substrat angeordnet werden, die größere Lotpastendepots benötigen, wäre eine Schablonendicke von ca. 120 µm erforderlich. Falls nun für das gesamte Substrat eine Schablonendicke von 120 µm gewählt wird besteht die Gefahr, dass nicht genügend Lotpaste für die Kleinbauteile aufgebracht werden kann, da das Flächenverhältnis, d.h., das Verhältnis der Fläche des Öffnungsquerschnitts einer Durchgangsöffnung in der Lotpastenschablone zur Fläche des Wandbereichs der Durchgangsöffnung zu einem instabilen Druckprozess führen kann. Dieses Problem ist in 1 dargestellt. In den Durchgangsöffnungen 11a und 11b von 1 ist das Flächenverhältnis zu klein, wodurch sich aufgrund von Wandadhäsion und Kapillareffekten Lotpastenrückstände in den Durchgangsöffnungen 11a und 11b bilden.
Zur Vermeidung der in 1 dargestellten Problematik bei der Verwendung von unterschiedlich großen Bauteilen werden im Stand der Technik Stufenschablonen mit Bereichen unterschiedlicher Schablonendicken verwendet. Die Möglichkeit der Anwendung dieses Verfahrens ist jedoch stark abhängig vom Leiterplattendesign, insbesondere von Mindestabständen der unterschiedlich großen Bauteile mit unterschiedlichem Lotpastenbedarf.
Aus der US 2015/0163969 A1 ist ein Verfahren zum Aufbringen von Lotpaste auf ein Substrat in unterschiedlichen Schichtdicken bekannt. In einem Schablonendrucker werden hierbei für Kleinbauteile entsprechend kleine Lotdepots mittels einer Lotpastenschablone aufgetragen, welche an Stellen für Lotdepots für Großbauteile geschlossen ist bzw. keine Durchgangslöcher aufweist. D.h., in einem ersten Schritt werden mittels der Lotpastenschablone zunächst nur Lotdepots für Kleinbauteile auf das Substrat aufgetragen. In einer nachfolgenden Bearbeitungsstation werden die Stellen auf dem Substrat für die Großbauteile mittels eines Dispensers mit Lotpaste beschichtet. Das Auftragen von Pastenmaterial mittels Dispenser ist jedoch aufwändiger als das Auftragen von Pastenmaterial mittels Pastenschablone.
Aus der DE 10 2007 019 073 A1 ist eine Bedruckeinrichtung zum Auftragen von Pastenmaterial auf flächige Substrate bekannt, bei welcher zunächst mittels einer Schablone Pastenmaterial auf das Substrat aufgetragen wird und anschließend mit einem Dispenser Pastenmaterial ergänzt wird. Hierbei stellt sich jedoch die Frage, nach welcher Regel das ergänzend zu beschichtende Pastenmaterial ausgewählt werden soll oder in welcher Dicke dieses nachzubeschichten ist.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren bereitzustellen, mittels welcher eine geeignete Pastenschablone für einen Pastendruck auf ein Substrat in Abhängigkeit von verwendeten Bauteilen für das Substrat bereitgestellt werden kann. Darüber hinaus ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren bereitzustellen, mittels welcher ausreichend Pastenmaterial für verschieden große Bauteile kostengünstig, schnell und zuverlässig auf dem Substrat aufgetragen werden kann.
Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Auswählen einer Pastenschablone für einen Pastendruck auf ein Substrat bereitgestellt, wobei die Pastenschablone wenigstens eine kleine Durchgangsöffnung für Pastenmaterial für wenigstens ein zugehöriges Kleinbauteil auf dem Substrat und wenigstens eine große Durchgangsöffnung für Pastenmaterial für wenigstens ein zugehöriges Großbauteil auf dem Substrat aufweist und die wenigstens eine kleine Durchgangsöffnung einen kleineren Öffnungsquerschnitt als die wenigstens eine große Durchgangsöffnung aufweist. Die wenigstens eine kleine Durchgangsöffnung weist dabei ein erstes Flächenverhältnis und die wenigstens eine große Durchgangsöffnung ein zweites Flächenverhältnis auf, das größer als das erste Flächenverhältnis ist. Gemäß dem Verfahren wird die Pastenschablone anhand einer Schablonendicke ausgewählt, bei welcher das erste Flächenverhältnis gleich oder größer als ein Soll-Flächenverhältnis ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Pastenschablone mit unterschiedlich großen Durchgangsöffnungen für Pastenmaterial für unterschiedlich große Bauteile ausgewählt, mittels welcher Pastenmaterial für jedes der unterschiedlich großen Bauteile auf das Substrat aufgetragen werden kann, wobei eine Verstopfung bzw. Rückstände in einer der Durchgangsöffnungen vermieden werden kann bzw. können. Das Soll-Flächenverhältnis wird hierbei mittels Gerber-Daten festgelegt und kann je nach Art und Größe der unterschiedlichen Bauteile, d.h., des wenigstens einen Kleinbauteils und des wenigstens einen Großbauteils, sowie der Art des Pastenmaterials unterschiedliche Werte annehmen.
Bevorzugt wird zum Auswählen der Pastenschablone das erste Flächenverhältnis bei einem feststehenden Öffnungsquerschnitt der wenigstens einen kleinen Durchgangsöffnung bei verschiedenen Schablonendicken mittels einer Vergleichsvorrichtung mit dem Soll-Flächenverhältnis verglichen, bis eine Schablonendicke mit einem Flächenverhältnis korrespondiert, das größer als das oder gleich dem Soll-Flächenverhältnis ist. Anschließend wir die Pastenschablone mit dieser Schablonendicke ausgewählt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere eine stufenlose Pastenschablone mit einer gleichmäßigen bzw. kontinuierlichen Schablonendicke, d.h., eine Pastenschablone ohne Stufenabschnitt an einem oder mehreren Durchgangslöchern, ausgewählt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Pastenschablone mit wenigstens einer kleinen Durchgangsöffnung für Pastenmaterial für wenigstens ein zugehöriges Kleinbauteil und wenigstens einer großen Durchgangsöffnung für Pastenmaterial für wenigstens ein zugehöriges Großbauteil ausgewählt. D.h., gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Pastenschablone mit einer kleinen Durchgangsöffnung für Pastenmaterial für wenigstens ein zugehöriges Kleinbauteil und einer großen Durchgangsöffnung für Pastenmaterial für wenigstens ein zugehöriges Großbauteil ausgewählt werden. Außerdem kann im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Pastenschablone mit unterschiedlich kleinen Durchgangsöffnungen für Pastenmaterial für zugehörige unterschiedlich große bzw. kleine Kleinbauteile sowie unterschiedlich großen Durchgangsöffnungen für Pastenmaterial für zugehörige unterschiedlich große Großbauteile ausgewählt werden. D.h., das Auswählen der Pastenschablone mit wenigstens einer kleinen Durchgangsöffnung für Pastenmaterial für wenigstens ein zugehöriges Kleinbauteil und wenigstens einer großen Durchgangsöffnung für Pastenmaterial für wenigstens ein zugehöriges Großbauteil ist dahingehend zu verstehen, dass eine Pastenschablone ausgewählt wird, welche wenigstens zwei unterschiedlich große Durchgangslöcher aufweist. Das Großbauteil ist bevorzugt größer als das Kleinbauteil und/oder weist einen größeren Querschnitt parallel zu einer Substratoberfläche als das Kleinbauteil auf.
Unter einem Pastenmaterial ist vorliegend insbesondere Lotpaste zu verstehen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. So sind erfindungsgemäß auch andere pastöse Materialien oder Klebstoffe denkbar. Das Pastenmaterial wird bevorzugt mittels einer Lotpastendruckvorrichtung wie beispielsweise einem Siebdrucker auf das Substrat aufgetragen, wobei das Pastenmaterial grundsätzlich mit jeder Art und Vorrichtung zum Drucken von Pastenmaterial auf das Substrat aufgetragen werden kann. Unter dem Substrat ist insbesondere eine Leiterplatte zu verstehen, wobei darunter grundsätzlich jede Art von bestückungsfähigem Bauelementeträger verstanden werden kann. Das Substrat kann mehr oder weniger starr oder flexibel sein. Das Substrat kann ferner sowohl starre als auch flexible Bereiche aufweisen.
Unter einem Kleinbauteil bzw. Großbauteil sind im Sinne der vorliegenden Erfindung alle bestückungsfähigen Elemente zu verstehen, die auf einem Substrat platziert werden können. Ein Klein- bzw. Großbauteil kann insbesondere ein zwei- oder mehrpoliges SMD-Bauelement oder ein anderes hochintegriertes flächiges Bauelement wie beispielsweise ein Ball Grid Array, eine Bare Die oder ein Flip Chip sein. Ferner kann unter einem Klein- bzw. Großbauteil ein mechanisches Element wie beispielsweise ein Anschlussstift, ein Stecker, eine Buchse oder ein optoelektronisches Bauelement wie beispielsweise eine Leuchtdiode oder eine Photodiode verstanden werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die Pastenschablone anhand einer Schablonendicke ausgewählt, bei welcher das erste Flächenverhältnis zwischen 0,3 und 0,7 liegt, insbesondere 0,5 beträgt. Bei aktuellen Versuchen mit herkömmlicher Lotpaste hat sich herausgestellt, dass ein Flächenverhältnis zwischen 0,3 und 0,7 zu befriedigenden Ergebnissen im Lotpastendruck führt.
Abhängig vom verwendeten Pastenmaterial kann das Flächenverhältnis auch noch kleiner gewählt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Pastenschablone anhand der Schablonendicke bevorzugt derart ausgewählt, dass das Flächenverhältnis möglichst gleich dem oder nahe am Soll-Flächenverhältnis liegt. So kann mittels der Pastenschablone möglichst viel Pastenmaterial auf das Substrat für das wenigstens eine Großbauteil aufgetragen werden. Je größer das Flächenverhältnis gewählt wird bzw. je stärker sich das Flächenverhältnis entsprechend vom Soll-Flächenverhältnis unterscheidet, desto einfacher kann das Pastenmaterial durch die Durchgangsöffnungen fließen, desto weniger Pastenmaterial kann jedoch insgesamt mittels der Pastenschablone aufgrund der niedrigen Schablonendicke für die jeweiligen Bauteile bereitgestellt werden.
Ferner ist es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, dass die Pastenschablone wenigstens eine kleinste Durchgangsöffnung für Pastenmaterial für wenigstens ein zugehöriges Kleinstbauteil auf dem Substrat aufweist und die wenigstens eine kleinste Durchgangsöffnung einen kleineren Öffnungsquerschnitt als wenigstens eine kleine Durchgangsöffnung aufweist, wobei die wenigstens eine kleinste Durchgangsöffnung ein drittes Flächenverhältnis aufweist, das kleiner als das erste Flächenverhältnis ist, wobei die Pastenschablone anhand einer Schablonendicke ausgewählt wird, bei welcher das dritte Flächenverhältnis gleich oder größer als ein Soll-Flächenverhältnis ist. Wenn die Pastenschablone anhand einer Schablonendicke ausgewählt wird, bei welcher das dritte Flächenverhältnis, also das Flächenverhältnis der kleinsten Durchgangsöffnung, gleich oder größer als das Soll-Flächenverhältnis ist, kann sichergestellt werden, dass das Pastenmaterial durch die kleinste Durchgangsöffnung und somit auch durch jede andere Durchgangsöffnungen hindurchfließen kann, ohne dass es zu einer Verstopfung einer Durchgangsöffnung oder zu einer entsprechenden Rückstandsbildung in einer Durchgangsöffnung kommen kann. Dennoch kann gewährleistet werden, dass Pastenmaterial für sämtliche Bauteile, d.h., das wenigstens eine Klein- bzw. Kleinstbauteil sowie das wenigstens eine Großbauteil, auf dem Substrat mittels der Pastenschablone aufgetragen werden kann. Im Falle der wenigstens einen kleinsten Durchgangsöffnung kann die kleine Durchgangsöffnung auch als große Durchgangsöffnung betrachtet werden. Selbiges trifft für das Verhältnis zwischen dem Kleinstbauteil und dem Kleinbauteil zu. Die kleine Durchgangsöffnung kann selbstverständlich auch als die wenigstens eine kleinste Durchgangsöffnung betrachtet werden und das Kleinbauteil kann auch als das wenigstens eine Kleinstbauteil betrachtet werden. D.h., die kleine Durchgangsöffnung kann auch die kleinste Durchgangsöffnung der Pastenschablone sein und das Kleinbauteil kann entsprechend das kleinste Bauteil auf dem bzw. für das Substrat sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Auftragen von Pastenmaterial auf ein Substrat für wenigstens ein Kleinbauteil und wenigstens ein Großbauteil, das größer als das wenigstens eine Kleinbauteil ist, bereitgestellt. Das Verfahren weist ferner folgende Schritte auf:

– Auftragen von Pastenmaterial für das wenigstens eine Kleinbauteil und das wenigstens eine Großbauteil mittels einer Pastenschablone, die durch das vorstehend beschriebene Verfahren ausgewählt wird, und
– Auftragen von zusätzlichem Pastenmaterial auf das Pastenmaterial für das wenigstens eine Großbauteil, nachdem Pastenmaterial mittels der ausgewählten Pastenschablone für das wenigstens eine Kleinbauteil und das wenigstens eine Großbauteil aufgetragen wurde.

Hierdurch ist es möglich, ausreichend Pastenmaterial sowohl für das wenigstens eine Kleinbauteil als auch für das wenigstens eine Großbauteil kostengünstig, schnell und zuverlässig auf das Substrat aufzutragen. Mittels der ausgewählten Pastenschablone kann in einem ersten Schritt zunächst für jedes Bauteil ein zumindest teilweise ausreichendes Pastendepot oder zumindest eine gewisse Pastendebot-Basis auf dem Substrat aufgetragen werden. Aufgrund der erfindungsgemäß ausgewählten Pastenschablone kann in einem zweiten Schritt bestimmt werden, auf welchen Pastendepot-Basen noch zusätzliches Pastenmaterial selektiv aufzutragen ist. Falls eine Pastenschablone anhand einer Schablonendicke ausgewählt wurde, bei welcher beispielsweise das dritte Flächenverhältnis gleich einem Soll-Flächenverhältnis ist, kann davon ausgegangen werden, dass auf das Pastenmaterial bzw. das entsprechende Pastendepot für das Kleinstbauteil kein zusätzliches Pastenmaterial, für das Pastenmaterial bzw. das entsprechende Pastendepot für die jeweiligen größeren Bauteile hingegen noch zusätzliches Pastenmaterial aufgetragen werden muss. Somit kann im zweiten Schritt ein gezielt selektives zusätzliches Auftragen von Pastenmaterial auf bereits vorhandenes Pastenmaterial erfolgen. Falls beispielsweise eine Pastenschablone anhand einer Schablonendicke ausgewählt wurde, bei welcher beispielsweise ein Flächenverhältnis eines zweitkleinsten Bauteils gleich einem Soll-Flächenverhältnis ist, kann davon ausgegangen werden, dass auf das Pastenmaterial bzw. das entsprechende Pastendepot für das zweitkleinste Bauteil kein zusätzliches Pastenmaterial, für das Pastenmaterial bzw. das entsprechende Pastendepot für die jeweiligen größeren Bauteile hingegen noch zusätzliches Pastenmaterial aufgetragen werden muss. Außerdem kann davon ausgegangen werden bzw. besteht zumindest eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass auf das Pastenmaterial bzw. das entsprechende Pastendepot für das Kleinstbauteil noch zusätzliches Pastenmaterial aufgetragen werden muss, da bei der kleinsten Durchgangsöffnung ein Flächenverhältnis vorliegt, das kleiner als ein eigentlich zulässiges Flächenverhältnis für die kleinste Durchgangsöffnung ist, wodurch es zu einer Verstopfung in der kleinsten Durchgangsöffnung bzw. zu entsprechenden Rückständen in derselben kommen kann, wodurch wiederum nicht ausreichend Pastenmaterial auf das Substrat gelangen könnte.
Bei einer Weiterbildung ist es möglich, dass das zusätzliche Pastenmaterial mittels eines Dispensers, insbesondere mittels eines Jet-Dispensers, aufgetragen wird. Dispenser und insbesondere Jet-Dispenser eignen sich in besonders vorteilhafter Weise für das erfindungsgemäße selektive zusätzliche bzw. additive Auftragen von Pastenmaterial. Hierdurch ist es möglich, ausreichend Pastenmaterial für sowohl das wenigstens eine Kleinbauteil als auch für das wenigstens eine Großbauteil mittels nur einer einzigen Pastenschablone und dem Dispenser bzw. einem entsprechenden Injektor schnell, zuverlässig und effizient auf das Substrat aufzutragen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Auswahlvorrichtung zum Auswählen einer Pastenschablone für einen Pastendruck auf ein Substrat bereitgestellt, wobei die Pastenschablone wenigstens eine kleine Durchgangsöffnung für Pastenmaterial für wenigstens ein zugehöriges Kleinbauteil auf dem Substrat und wenigstens eine große Durchgangsöffnung für Pastenmaterial für wenigstens ein zugehöriges Großbauteil auf dem Substrat aufweist und die wenigstens eine kleine Durchgangsöffnung einen kleineren Öffnungsquerschnitt als die wenigstens eine große Durchgangsöffnung aufweist, und wobei die wenigstens eine kleine Durchgangsöffnung ein erstes Flächenverhältnis aufweist und die wenigstens eine große Durchgangsöffnung ein zweites Flächenverhältnis aufweist, das größer als das erste Flächenverhältnis ist. Die Auswahlvorrichtung ist dabei derart ausgestaltet und konfiguriert, dass die Pastenschablone anhand einer Schablonendicke ausgewählt wird, bei welcher das erste Flächenverhältnis gleich oder größer als ein Soll-Flächenverhältnis ist.
Damit bringt die erfindungsgemäße Vorrichtung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben worden sind. Die Auswahlvorrichtung weist bevorzugt eine Vergleichsvorrichtung auf, die konfiguriert und ausgestaltet ist, um zum Auswählen der Pastenschablone das erste Flächenverhältnis bei einem feststehenden Öffnungsquerschnitt der kleinen Durchgangsöffnung bei verschiedenen Schablonendicken mit dem Soll-Flächenverhältnis zu vergleichen, bis eine Schablonendicke mit einem Flächenverhältnis korrespondiert, das größer oder gleich als das Soll-Flächenverhältnis ist. Anschließend kann eine Pastenschablone mit dieser Schablonendicke mittels der Auswahlvorrichtung ausgewählt werden.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Pastenschablone anhand einer Schablonendicke ausgewählt werden, bei welcher das erste Flächenverhältnis zwischen 0,3 und 0,7 liegt, insbesondere 0,5 beträgt. Außerdem ist es möglich, dass die Pastenschablone wenigstens eine kleinste Durchgangsöffnung für Pastenmaterial für wenigstens ein zugehöriges Kleinstbauteil auf dem Substrat aufweist und die wenigstens eine kleinste Durchgangsöffnung einen kleineren Öffnungsquerschnitt als wenigstens eine kleine Durchgangsöffnung aufweist, wobei die wenigstens eine kleinste Durchgangsöffnung ein drittes Flächenverhältnis aufweist, das kleiner als das erste Flächenverhältnis ist, wobei die Auswahlvorrichtung derart ausgestaltet und konfiguriert ist, dass die Pastenschablone anhand einer Schablonendicke ausgewählt wird, bei welcher das dritte Flächenverhältnis gleich oder größer als ein Soll-Flächenverhältnis ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Auftragen von Pastenmaterial auf Bauteile eines Substrats mit wenigstens einem Kleinbauteil und wenigstens einem Großbauteil, das größer als das wenigstens eine Kleinbauteil ist, bereitgestellt. Das System weist eine wie vorstehend dargestellte Auswahlvorrichtung auf. Außerdem weist das System eine Pastendruckvorrichtung zum Drucken von Pastenmaterial für das wenigstens eine Kleinbauteil und das wenigstens eine Großbauteil mittels einer durch die Auswahlvorrichtung ausgewählte Pastenschablone auf das Substrat, auf. Darüber hinaus weist das System einen Dispenser zum Auftragen von zusätzlichem Pastenmaterial auf das Pastenmaterial für das wenigstens eine Großbauteil, nachdem Pastenmaterial mittels der ausgewählten Pastenschablone für das wenigstens eine Kleinbauteil und das wenigstens eine Großbauteil aufgetragen wurde, auf.
Damit bringt auch das erfindungsgemäße System die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben worden sind. Die Pastendruckvorrichtung ist bevorzugt als Siebdruckvorrichtung ausgestaltet.
Gemäß einer Weiterbildung ist es möglich, dass die Auswahlvorrichtung, die Pastendruckvorrichtung sowie der Dispenser bevorzugt mit einem Controller verbunden sind, mittels welchem das Auftragen des Pastenmaterials automatisiert durchführbar ist. D.h., das System weist einen Controller auf, mittels welchem die Auswahlvorrichtung derart ansteuerbar ist, dass erfindungsgemäß eine geeignete Pastenschablone auswählbar ist bzw. ausgewählt wird. Ferner ist durch den Controller die Pastendruckvorrichtung derart ansteuerbar, dass Pastenmaterial für das wenigstens eine Kleinbauteil und das wenigstens eine Großbauteil mittels der durch die Auswahlvorrichtung ausgewählten Pastenschablone auf das Substrat auftragbar ist. Darüber hinaus ist durch den Controller auch der Dispenser derart ansteuerbar, dass erfindungsgemäß zusätzliches Pastenmaterial auf das Pastenmaterial für das wenigstens eine Großbauteil, nachdem Pastenmaterial mittels der ausgewählten Pastenschablone für das wenigstens eine Kleinbauteil und das wenigstens eine Großbauteil aufgetragen wurde, auftragbar ist. Durch die Automatisierungsmöglichkeit des Systems können Zeit und somit Kosten gespart werden.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Es zeigen jeweils schematisch:
1 einen Pastendruck mit einer Pastenschablone gemäß einem Verfahren des Standes der Technik,
2 einen Pastendruck mit einer Pastenschablone, die gemäß einem Verfahren der vorliegenden Erfindung ausgewählt wurde,
3 einen ersten Arbeitsschritt eines Pastendrucks mit einer erfindungsgemäß ausgewählten Pastenschablone,
4 einen zweiten Arbeitsschritt eines Pastendrucks mit einem erfindungsgemäß angesteuerten Dispenser, und
5 ein Substrat mit auf Pastenmaterial angeordneten Bauteilen in einem erfindungsgemäßen System.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 5 mit denselben Bezugszeichen versehen.
Der in 1 dargestellte Pastendruck wurde bereits in der Beschreibungseinleitung gewürdigt und soll an dieser Stelle nicht erneut erläutert werden.
2 zeigt ein Substrat 20, auf das Pastenmaterial 30 mittels einer erfindungsgemäß ausgewählten Pastenschablone 10 aufgetragen wurde. Die Pastenschablone 10 weist eine kleinste Durchgangsöffnung 11a, eine kleine Durchgangsöffnung 11b und zwei große Durchgangsöffnungen 12 auf. Die kleinste Durchgangsöffnung 11a sowie die kleine Durchgangsöffnung 11b können jeweils als die erfindungsgemäße wenigstens eine kleine Durchgangsöffnung 11a, 11b betrachtet werden. Wie in 2 ersichtlich weisen sowohl die kleinste Durchgangsöffnung 11a als auch die kleine Durchgangsöffnung 11b jeweils einen kleineren Öffnungsquerschnitt als die jeweilige große Durchgangsöffnung 12 auf. Bei der einheitlichen Schablonendicke h der Pastenschablone 10 weisen somit sowohl die kleinste Durchgangsöffnung 11a als auch die kleine Durchgangsöffnung 11b ein Flächenverhältnis auf (ein erstes bzw. drittes Flächenverhältnis), das kleiner als das Flächenverhältnis (zweites Flächenverhältnis) der jeweiligen großen Durchgangsöffnung ist.
Die in 3 dargestellte Pastenschablone 10 wurde anhand einer Schablonendicke h ausgewählt, bei welcher das Flächenverhältnis der kleinsten Durchgangsöffnung 11a größer als ein Soll-Flächenverhältnis ist, wodurch das Pastenmaterial 30 durch alle Durchgangsöffnungen 11a, 11b, 12 hindurch fließen kann, ohne Rückstände in den Durchgangsöffnungen zu bilden 11a, 11b, 12.
Mit Bezug auf 3, 4 und 5 wird nachfolgend ein Verfahren zum Auftragen von Pastenmaterial 30 auf ein Substrat 20 für zwei Kleinbauteile 21a, 21b und zwei Großbauteile 22, die größer als die Kleinbauteile 21a, 21b sind, beschrieben.
In einem ersten Schritt wird hierfür zunächst, wie in 3 dargestellt, Pastenmaterial 30 für die beiden Kleinbauteil 21a, 21b und die beiden Großbauteile 22 mittels der wie vorstehend beschrieben ausgewählten Pastenschablone 10 auf das Substrat 20 aufgetragen. Hierzu wird Pastenmaterial 30 mittels eines Rakels 61, der in Pfeilrichtung über die Pastenschablone 10 bewegt wird, durch die Durchgangslöcher 11a, 11b, 12 im Siebdruckverfahren auf das Substrat 20 gedrückt. Der Rakel 61 ist dabei Bestandteil einer Pastendruckvorrichtung 60.
In einem zweiten Schritt wird nun, wie in 4 dargestellt, selektiv zusätzliches Pastenmaterial 30 auf das Pastenmaterial 30 für das Kleinbauteil 21b sowie die beiden Großbauteile 22 mittels eines Dispensers 40 aufgetragen.
Durch 3 und 4 ist ebenso das erfindungsgemäße System 100 mit einer Auswahleinheit 50, einer Pastendruckvorrichtung 60 sowie einem Controller 70 dargestellt. Für eine verständlichere Darstellung wurden die Auswahlvorrichtung 50, die Pastendruckvorrichtung 60 sowie der Dispenser 40 in unterschiedlichen Figuren dargestellt. Das erfindungsgemäße System 100 ist jedoch dahingehend zu verstehen, dass die Auswahlvorrichtung 50, die Pastendruckvorrichtung 60 sowie der Dispenser 40 zum System 100 gehörend angeordnet sind. So kann das System 100 beispielsweise als Lotpastendrucker mit der Auswahlvorrichtung 50 ausgestaltet sein, welcher ferner eine als Siebdruckvorrichtung ausgestaltete Pastendruckvorrichtung 60, und in einem zusätzlichen Bearbeitungsbereich eine Dispenser-Anordnung mit 1 bis n Portalen mit jeweiligen Dispensern 40, die jeweils in x-, y- und/oder z-Achsen ausgelenkt werden können, aufweist.
In dem durch 3 und 4 dargestellten System 100 sind die Auswahlvorrichtung 50, die Pastendruckvorrichtung 60 sowie der Dispenser 40 mit einem Controller 70 elektrisch drahtgebunden oder drahtlos verbunden, wobei der Controller 70 derart ausgestaltet und konfiguriert ist, dass das Auftragen des Pastenmaterials 30 automatisiert durchführbar ist.
5 zeigt ein Kleinstbauteil 21a, ein Kleinbauteil 21b und zwei Großbauteile 22, die jeweils über Pastenmaterial 30 mit dem Substrat 20 verbunden sind.
Bezugszeichenliste

10: Pastenschablone
11a: kleinste Durchgangsöffnung
11b: kleine Durchgangsöffnung
12: große Durchgangsöffnung
20: Substrat
21a: Kleinstbauteil
21b: Kleinbauteil
22: Großbauteil
30: Pastenmaterial
40: Dispenser
50: Auswahlvorrichtung
60: Pastendruckvorrichtung
61: Rakel
70: Controller
100: System

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2015/0163969 A1 [0006]
DE 102007019073 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Auswählen einer Pastenschablone (10) für einen Pastendruck auf ein Substrat (20), wobei die Pastenschablone (10) wenigstens eine kleine Durchgangsöffnung (11a, 11b) für Pastenmaterial (30) für wenigstens ein zugehöriges Kleinbauteil (21a, 21b) auf dem Substrat (20) und wenigstens eine große Durchgangsöffnung (12) für Pastenmaterial (30) für wenigstens ein zugehöriges Großbauteil (22) auf dem Substrat (20) aufweist und die wenigstens eine kleine Durchgangsöffnung (11a, 11b) einen kleineren Öffnungsquerschnitt als die wenigstens eine große Durchgangsöffnung (12) aufweist, und wobei die wenigstens eine kleine Durchgangsöffnung (11a, 11b) ein erstes Flächenverhältnis aufweist und die wenigstens eine große Durchgangsöffnung (12) ein zweites Flächenverhältnis aufweist, das größer als das erste Flächenverhältnis ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pastenschablone (10) anhand einer Schablonendicke (h) ausgewählt wird, bei welcher das erste Flächenverhältnis gleich oder größer als ein Soll-Flächenverhältnis ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pastenschablone (10) anhand einer Schablonendicke (h) ausgewählt wird, bei welcher das erste Flächenverhältnis zwischen 0,3 und 0,7 liegt, insbesondere 0,5 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Pastenschablone (10) wenigstens eine kleinste Durchgangsöffnung (11a) für Pastenmaterial (30) für wenigstens ein zugehöriges Kleinstbauteil (21a) auf dem Substrat (20) aufweist und die wenigstens eine kleinste Durchgangsöffnung (11a) einen kleineren Öffnungsquerschnitt als wenigstens eine kleine Durchgangsöffnung (11b) aufweist, wobei die wenigstens eine kleinste Durchgangsöffnung (11a) ein drittes Flächenverhältnis aufweist, das kleiner als das erste Flächenverhältnis ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pastenschablone (10) anhand einer Schablonendicke (h) ausgewählt wird, bei welcher das dritte Flächenverhältnis gleich oder größer als ein Soll-Flächenverhältnis ist.
Verfahren zum Auftragen von Pastenmaterial (30) auf ein Substrat (20) für wenigstens ein Kleinbauteil (21a, 21b) und wenigstens ein Großbauteil (22), das größer als das wenigstens eine Kleinbauteil (21a, 21b) ist, gekennzeichnet durch die Schritte: – Auftragen von Pastenmaterial (30) für das wenigstens eine Kleinbauteil (21a, 21b) und das wenigstens eine Großbauteil (22) mittels einer Pastenschablone (10), die durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgewählt wird, und – Auftragen von zusätzlichem Pastenmaterial (30) auf das Pastenmaterial (30) für das wenigstens eine Großbauteil (22), nachdem Pastenmaterial (30) mittels der ausgewählten Pastenschablone (10) für das wenigstens eine Kleinbauteil (21a, 21b) und das wenigstens eine Großbauteil (22) aufgetragen wurde.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Pastenmaterial (30) mittels eines Dispensers (40), insbesondere mittels eines Jet-Dispensers, aufgetragen wird.
Auswahlvorrichtung (50) zum Auswählen einer Pastenschablone (10) für einen Pastendruck auf ein Substrat (20), wobei die Pastenschablone (10) wenigstens eine kleine Durchgangsöffnung (11a, 11b) für Pastenmaterial (30) für wenigstens ein zugehöriges Kleinbauteil (21a, 21b) auf dem Substrat (20) und wenigstens eine große Durchgangsöffnung (12) für Pastenmaterial (30) für wenigstens ein zugehöriges Großbauteil (22) auf dem Substrat (20) aufweist und die wenigstens eine kleine Durchgangsöffnung (11a, 11b) einen kleineren Öffnungsquerschnitt als die wenigstens eine große Durchgangsöffnung (12) aufweist, und wobei die wenigstens eine kleine Durchgangsöffnung (11a, 11b) ein erstes Flächenverhältnis aufweist und die wenigstens eine große Durchgangsöffnung (12) ein zweites Flächenverhältnis aufweist, das größer als das erste Flächenverhältnis ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahlvorrichtung (50) derart ausgestaltet und konfiguriert ist, dass die Pastenschablone (10) anhand einer Schablonendicke (h) ausgewählt wird, bei welcher das erste Flächenverhältnis gleich oder größer als ein Soll-Flächenverhältnis ist.
Auswahlvorrichtung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pastenschablone (10) anhand einer Schablonendicke (h) ausgewählt wird, bei welcher das erste Flächenverhältnis zwischen 0,3 und 0,7 liegt, insbesondere 0,5 beträgt.
Auswahlvorrichtung (50) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Pastenschablone (10) wenigstens eine kleinste Durchgangsöffnung (11a) für Pastenmaterial (30) für wenigstens ein zugehöriges Kleinstbauteil (21a) auf dem Substrat (20) aufweist und die wenigstens eine kleinste Durchgangsöffnung (11a) einen kleineren Öffnungsquerschnitt als wenigstens eine kleine Durchgangsöffnung (11b) aufweist, wobei die wenigstens eine kleinste Durchgangsöffnung (11a) ein drittes Flächenverhältnis aufweist, das kleiner als das erste Flächenverhältnis ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahlvorrichtung (50) derart ausgestaltet und konfiguriert ist, dass die Pastenschablone (10) anhand einer Schablonendicke (h) ausgewählt wird, bei welcher das dritte Flächenverhältnis gleich oder größer als ein Soll-Flächenverhältnis ist.
System (100) zum Auftragen von Pastenmaterial (30) auf Bauteile (21a, 21b, 22) eines Substrats (20) mit wenigstens einem Kleinbauteil (21a, 21b) und wenigstens einem Großbauteil (22), das größer als das wenigstens eine Kleinbauteil (21a, 21b) ist, gekennzeichnet durch eine Auswahlvorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, eine Pastendruckvorrichtung (60) zum Drucken von Pastenmaterial (30) für das wenigstens eine Kleinbauteil (21a, 21b) und das wenigstens eine Großbauteil (22) mittels einer durch die Auswahlvorrichtung (100) ausgewählte Pastenschablone (10) auf das Substrat (20), und einen Dispenser (40) zum Auftragen von zusätzlichem Pastenmaterial (30) auf das Pastenmaterial (30) für das wenigstens eine Großbauteil (22), nachdem Pastenmaterial (30) mittels der ausgewählten Pastenschablone (10) für das wenigstens eine Kleinbauteil (21a, 21b) und das wenigstens eine Großbauteil (22) aufgetragen wurde.
System (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahlvorrichtung (50), die Pastendruckvorrichtung (60) sowie der Dispenser (40) mit einem Controller (70) verbunden sind, mittels welchem das Auftragen des Pastenmaterials (30) automatisiert durchführbar ist.