DE202013011955U1

DE202013011955U1 - Druckschablone

Info

Publication number: DE202013011955U1
Application number: DE201320011955
Authority: DE
Original assignee: Cadilac Laser Cad Ind Lasercutting GmbH; Cadilac Laser Cad Industrial Lasercutting GmbH
Current assignee: Cadilac Laser Cad Ind Lasercutting GmbH; Cadilac Laser Cad Industrial Lasercutting GmbH
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2014-12-01
Anticipated expiration: 2023-12-03
Also published as: DE102013020189A1; DE102013020189B4

Abstract

Druckschablone (1) zur Aufbringung von Pads, insbesondere Lot-, Druckpasten- oder Kleberdepots, auf in einem bestimmten Muster angeordnete Kontaktstellen einer Leiterplatte (3) mit dreidimensionaler Oberflächenstruktur (4), mit einem Schablonenmaterial (2), in welches ein auf die Leiterplatte (3) aufzubringendes Druckbild (7) einbringbar oder zumindest teilweise eingebracht ist, wobei das Schablonenmaterial (2) auf der der Leiterplatte (3) zugewandten Schablonenseite ein Abbild der dreidimensionalen Oberflächenstruktur (4) der Leiterplatte (3) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckschablone zur Aufbringung von Pads, insbesondere Lot-, Druckpasten- oder Kleberdepots, auf eine Leiterplatte (printed circuit board, PCB).
Eine derartige Druckschablone wird in der Leiterplattenbestückungstechnik für das Auftragen eines Druckmediums, insbesondere einer Lotpaste oder eines Klebers, zur Befestigung von SMD-Bauelementen (surface-mounted-device) auf Leiterplatten eingesetzt. Bei der Herstellung solcher Druckschablonen wird das Schablonenmaterial beispielsweise mittels Lasertechnik lokal derart abgetragen, dass dem gewünschten Druckbild bzw. einer bestimmten Druckstruktur entsprechende Drucköffnungen oder -kanäle entstehen, durch die das Druckmedium mittels beispielsweise einer sogenannten Rakel hindurch auf die Leiterplatten aufgebracht werden kann.
Um hierbei örtlich unterschiedliche Mengen des Druckmediums auf die zu bedruckende Oberfläche (Leiterplatte) aufbringen zu können, sind sogenannte Stufenschablonen bekannt. Deren Schablonenmaterial ist ebenso wie das Schablonenmaterial einer nicht als Stufenschablonen ausgeführten Druckschablone weist üblicherweise einen zweischichtige bzw. mehrschichtige Aufbau mit einer druckseitigen Kunststoffschicht und mit einer siebdruck- oder rakelseitigen Metallfolie auf.
Zur Herstellung derartiger Stufenschablonen kann die Stufenbildung ausgewählten Bereiche verringerter Materialdicke mittels Laserbearbeitung erfolgen, indem das Schablonenmaterial gemäß einer vorgegebenen Schablonenstruktur mittels ortsselektiver Laserbearbeitung ausgeschachtet wird, wobei im lokalen Schachtbereich die Metallunterschicht vollständig und die daran anschließende Kunststoff- oder Polyimidschicht lediglich über einen Bruchteil deren Schichtdicke abgetragen wird ( DE 10 2011 101 158 B4 ).
Die Kunststoffzwischenschicht der aus der DE 10 2011 101 158 B4 bekannten Druckschablone besteht aus Polyimid. Eine solche Polyimidschicht weist ein sehr gutes Auslöseverhalten auf, von der sich das Druckmedium sehr gut ablöst und somit nicht haftet. Die Metalloberschicht sowie gegebenenfalls eine vergleichsweise dünne 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. Die Polyimidschicht beträgt zwischen 50 μm und 150 μm, während die Schichtdicke der Metalloberschicht zwischen 15 μm und 25 μm beträgt. Die Schichtdicke der gegebenenfalls vorgesehenen Metallunterschicht beträgt zwischen 5 μm und 10 μm im Falle der Verwendung einer Metallfolie, wobei bei Auftragung einer Metallisierungsbeschichtung auch Schichtdicken kleiner 1 μm realisiert werden können. 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.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Druckschablone anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Druckschablone ist zur Aufbringung von Pads, insbesondere Lot-, Druckpasten- oder Kleberdepots, auf in einem bestimmten Muster angeordnete Kontaktstellen einer, insbesondere in SMD-Technik zu bestückenden, Leiterplatte mit dreidimensionaler Oberflächenstruktur (PCB-Topologie) vorgesehen und eingerichtet. Hierzu umfasst die Druckschablone ein vorzugsweise mindestens zweischichtiges, insbesondere in einen Schablonenrahmen einspannbares oder eingespanntes Schablonenmaterial, das auf der der Leiterplatte zugewandten Schablonenseite ein Abbild der dreidimensionalen Oberflächenstruktur der Leiterplatte aufweist.
Obwohl das Abbild der dreidimensionalen Oberflächenstruktur der Leiterplatte auf unterschiedliche Weise, beispielsweise optisch mittels Laser und digitaler Bildverarbeitungstechnik, in das Schablonenmaterial eingebracht werden kann, ist geeigneterweise eine mechanische Abformung der Oberflächenstruktur der Leiterplatte vorgesehen. Hierzu trägt das Schablonenmaterial auf der der Leiterplatte zugewandten Schablonenseite vorzugsweise ein Abformschicht, in welche das Abbild durch mechanische Abformung der dreidimensionalen Oberflächenstruktur der Leiterplatte eingebracht ist.
Zur Vermeidung eines Anhaftens der Abformschicht und ist dem Schablonenmaterial auf der der Leiterplatte zugewandten Schablonenseite eine separate Trennschicht, insbesondere in Form einer Trennfolie, zugeordnet. Diese, möglichst dünne Trennfolie bzw. Trennschicht stellt eine Isolierung der Abformschicht gegenüber der Leiterplatte her. Zudem kann durch die Wahl geeigneter Schichtdicken der Trennschicht auf typischerweise praktisch unvermeidbare Fertigungstoleranzen bei der Herstellung von Leiterplatten reagiert werden, die vermittels der Druckschablone mit derselben Druckstruktur zu bedrucken sind und dabei unterschiedliche Toleranzen aufweisen.
Das Schablonenmaterial ist geeigneterweise aus einer Polyimidschicht mit einer Schichtdicke zwischen 50 μm und 150 μm und einer Metalloberschicht mit einer Schichtdicke zwischen 15 μm und 25 μm gefertigt. Die Schichtdicke einer gegebenenfalls vorgesehenen Metallunterschicht kann zwischen 5 μm und 10 μm im Falle der Verwendung einer Metallfolie oder kleiner oder gleich 1 μm bei Auftragung einer Metallisierungsbeschichtung betragen. 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. In dieses oder ein anderes Schablonenmaterial ist ein auf die Leiterplatte aufzubringendes Druckbild der Pads einbringbar oder zumindest teilweise bereits eingebracht, bevor oder nachdem das Schablonenmaterial mit dem Abbild der Oberflächenstruktur der Leiterplatte versehen ist.
Insgesamt ist somit eine Druckvorrichtung bereitgestellt, die im Wesentlichen aus einer Leiterplatte mit dreidimensionaler Oberflächenstruktur (PCB-Topologie) und einer Druckschablone besteht, die zur Aufbringung von Pads auf in einem bestimmten Muster angeordnete Kontaktstellen der Leiterplatte ein Schablonenmaterial aufweist, in welches ein auf die Leiterplatte aufzubringendes Druckbild einbringbar oder zumindest teilweise eingebracht ist, wobei das Schablonenmaterial auf der der Leiterplatte zugewandten Schablonenseite ein Abbild der dreidimensionalen Oberflächenstruktur der Leiterplatte aufweist.
Zur Herstellung einer solchen Druckschablone zur Aufbringung von Pads auf in einem bestimmten Muster angeordnete Kontaktstellen einer Leiterplatte mit dreidimensionaler Oberflächenstruktur (PCB-Topologie) wird in ein Schablonenmaterial auf dessen der Leiterplatte zugewandten Schablonenseite ein Abbild der dreidimensionalen Oberflächenstruktur der Leiterplatte eingebracht.
Zweckmäßigerweise wird auf das Schablonenmaterial auf dessen der Leiterplatte zugewandten Schablonenseite eine verformbare Abformschicht, insbesondere eine Kleberfolie, aufgebracht und das Schablonenmaterial, insbesondere inklusive einer Zwischenlage als Trennschicht, unter Abformung der Oberflächenstruktur der Leiterplatte in die Abformschicht gegen die Leiterplate gepresst. Das Material der Abformschicht ist vorzugsweise ausreichend flexibel und vorzugsweise plastisch verformbar sowie geeigneterweise selbstständig oder mit Hilfe von Zusatzmitteln, beispielsweise einer Temperierung, aushärtbar. Wesentlich ist, dass das Material der Abformschicht möglichst auch feinste Strukturen der Leiterplattenoberflöche ausreichend zuverlässig abformen kann.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass eine Druckschablone, in deren Schablonenmaterial die Oberflächenstruktur einer zu bedruckenden und anschließend mittels elektronischer Bauteilen zu bestückenden Leiterplatte (PCB-Topologie) eingebracht ist, eine einerseits vergleichsweise präzise Handhabung und andererseits ein verbessertes Druckbild im Zuge des Aufbringens der Pads (Lot- oder Kleberpaste) ermöglicht ist. Insbesondere eine (mechanische) Abformung der Oberflächenstruktur der Leiterplatte in eine hierzu zusätzlich vorgesehene Abformschicht des Schablonenmaterials ermöglicht sowohl eine besonders einfache Herstellung der Druckschablone beziehungsweise deren Schablonenmaterials als auch auf besonders effektive Weise die Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen der zu bedruckenden Leiterplatten. Hierzu ist lediglich eine Trennschicht in Form vorzugsweise einer Folie bereit zu stellen, die einerseits eine die zu erwartenden Fertigungstoleranzen berücksichtigende Schichtdicke aufweist. Andererseits verhindert die Trennschicht ein Anhaften der mit der Abformschicht versehenen Schablonenmaterials an der Leiterplatte im Zuge der Abformung deren Oberflächenstruktur, so dass die Trennschicht eine Doppelfunktion übernimmt.
Aufgrund der Einbringung des Abbildes der dreidimensionalen Oberflächenstruktur der Leiterplatte (PCB-Topologie) quasi als Negativ in das Schablonenmaterial beziehungsweise in deren Abformschicht ist eine präzise Lagepositionierung der Druckschablone auf der zu bedruckenden Leiterplatte sichergestellt, indem die bestimmungsgemäß positionierte Leiterplatte sich praktisch vollflächig auf der Leiterplatte abstützt und an praktisch allen Erhebungen und Vertiefungen der Leiterplattenoberfläche anliegt.
Im Zuge des Druckvorgangs, bei dem typischerweise mittels eines Rakels das Lot- oder Klebermaterial über die bestimmungsgemäßen Druck- und/oder Sieböffnungen im Schablonenmaterial auf die entsprechenden Kontaktstellen der Leiterplatte aufgebracht wird, entstehen praktisch keinerlei Verformungen des Schablonenmaterials, was wiederum eine besonders exakte Aufbringung des Druckmaterials (Lot- oder Kleberpaste) auf die bestimmungsgemäßen Kontaktstellen der Leiterplatte sicher stellt. Die Folge sind besonders exakte und stets gleichermaßen reproduzierbare Druckbilder unter Vermeidung eines Hinterlaufens des Druckmaterials an bestimmten Stellen der Drucköffnungen zwischen die Schablonenunterseite und die Leiterplattenoberfläche.
Nachfolgen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert, darin zeigen:
1 ausschnittsweise einen Querschnitt einer Druckschablone mit einem mehrschichtigen Schablonenmaterial inklusive einer Abformschicht und einer Trennschicht oberhalb einer Leiterplatte mit dreidimensionaler Oberflächenstruktur (PCB-Topologie) vor der Abformung in schematischer Explosionsdarstellung,
2 in einer Darstellung gemäß 1 die Druckschablone mit abgeformtem Abbild der Oberflächenstruktur der Leiterplatte, und
3 die Druckschablone in perspektivischer Darstellung mit in das Schablonenmaterial eingebrachten Öffnungen eines Druckbildes.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer Explosionsdarstellung schematisch und ausschnittsweise im Querschnitt eine Druckschablone 1 mit einem mehrschichtigen Schablonenmaterial 2, das vorliegend eine oberseitige Metallschicht 2a in Form beispielsweise einer Metallfolie und eine mit dieser verklebte Kunststoffschicht 2b in Form beispielsweise einer Polyimidfolie umfasst. Unterseitig dieser Kunststoffschicht 2b befindet sich eine Abformschicht 2c in Form vorzugsweise einer Kleberfolie.
Die Druckschablone 1 ist mit deren Abformschicht 2c einer Leiterplatte (PCB) 3 zugewandt, deren typische dreidimensionale Oberflächenstruktur 4 stark vereinfacht und insbesondere vergrößert veranschaulicht ist. Die Oberflächenstruktur 4 der Leiterplatte 3 ist bedingt durch die im Zuge der Herstellung der Leiterplatte 3 gebildeten Leiterzüge und Kontaktstellen für insbesondere nach dem SMD-Verfahren aufzubringende elektronische Bauelemente sowie durch lokale Lack- oder Isolierschichten. Erkennbar befindet sich zwischen der Druckschablone 1 und der Leiterplatte 3 eine Trennschicht 5 in Form vorzugsweise einer Trennfolie bestimmter Schichtdicke. Im Zuge der mechanischen Abformung der Oberflächenstruktur 4 der Leiterplatte 3 in die Abformschicht 2c des Schablonenmaterials 2 der Druckschablone 1 durch einen geeigneten Pressvorgang in der dargestellten Abformrichtung A verhindert die Trennschicht 5 einerseits ein Anhaften des zumindest während des Abformvorgangs verformbaren Materials der Abformschicht 2c an der Leiterplatte 3. Zudem kann über die Wahl der Schichtdicke der Trennschicht 5 ein ausreichender Bereich von Fertigungstoleranzen der zu bedruckenden Leiterplatten 3 ausgeglichen werden. Grund hierfür ist, dass die Trennschicht 5 bei ausreichender Schichtdicke scharfe Kanten der Oberflächenstruktur 4 der Leiterplatte 3 quasi gewissermaßen abrundet beziehungsweise eine entsprechend scharfkantige oder filigrane Struktur der Oberfläche der Leiterplatte 3 in gewissen Grenzen verfüllt, begradigt oder verflacht.
2 zeigt die Druckschablone 1 nach erfolgter Abformung der Oberflächenstruktur 4 in die Abformschicht 2c des Schablonenmaterials 2. Erkennbar haftet die Trennschicht 5 vorzugsweise bewusst unverlierbar an der freiliegenden Unterseite der Abformschicht 2c unter Beibehaltung des abgeformten Abbilds der Oberflächenstruktur 4 der Leiterplatte 3.
3 zeigt die Druckschablone 1 mit einem Rahmen 6 und mit dem Schablonenmaterial 2, d. h. mit der eigentlichen Schablone zur Verwendung bei der Baugruppenherstellung beziehungsweise Leiterplattenbestückung. Das in den beispielsweise als Aluminium- oder Edelstahlprofilen bestehenden Rahmen 6 eingespannte Schablonenmaterial 2 weist einem vorbestimmten Druckmuster oder Druckbild 7 entsprechende Öffnungen (Drucköffnungen) 8 auf, die beispielsweise durch Laserbearbeitung in das Schablonenmaterials 2 eingebracht sind.
Beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Druckschablone 1 wird das Druckmaterial (Lot- oder Kleberpaste) in nicht näher dargestellter Art und Weise mittels einer Rakel über die Drucköffnungen 8 auf die Leiterplatte 3 und dort auf die (nicht näher gezeigte) bestimmungsgemäßen Kontaktstellen als den Öffnungskontur der Öffnungen 8 entsprechende Pads aufgebracht. An diesen Kontaktstellen erfolgt mittels der aufgebrachten Pads in an sich bekannter Weise eine mechanische Verbindung und elektrische Kontaktierung der Bauelementanschlüsse oder -pins mit den Kontaktstellen und somit die bestimmungsgemäße Bestückung der Leiterplatte 3 mit den elektronischen Bauelemente.
Bezugszeichenliste

1: Druckschablone
2: Schablonenmaterial
2a: Metallschicht/-folie
2b: Kunststoffschicht/-folie
2c: Abformschicht
3: Leiterplatte
4: Oberflächenstruktur/PCB-Topologie
5: Trennschicht/-folie
6: Rahmen
7: Druckbild
8: Drucköffnung
A: Press-/Abformrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011101158 B4 [0004, 0005]

Claims

Druckschablone (1) zur Aufbringung von Pads, insbesondere Lot-, Druckpasten- oder Kleberdepots, auf in einem bestimmten Muster angeordnete Kontaktstellen einer Leiterplatte (3) mit dreidimensionaler Oberflächenstruktur (4), mit einem Schablonenmaterial (2), in welches ein auf die Leiterplatte (3) aufzubringendes Druckbild (7) einbringbar oder zumindest teilweise eingebracht ist, wobei das Schablonenmaterial (2) auf der der Leiterplatte (3) zugewandten Schablonenseite ein Abbild der dreidimensionalen Oberflächenstruktur (4) der Leiterplatte (3) aufweist.
Druckschablone (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schablonenmaterial (2) mehrschichtig und aus mindestens einer rakelseitigen Metallschicht (2a) sowie mindestens einer Kunststoffschicht (2b) gebildet ist, in welche eine dem Druckbild (7) der Leiterplatte (3) entsprechende Druckstruktur eingebracht ist.
Druckschablone (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schablonenmaterial (2) auf der der Leiterplatte (3) zugewandten Schablonenseite ein Abformschicht (2c) trägt, in welche das Abbild durch mechanische Abformung der dreidimensionalen Oberflächenstruktur (4) der Leiterplatte (3) eingebracht ist.
Druckschablone (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schablonenmaterial (2) auf der der Leiterplatte (3) zugewandten Schablonenseite eine separate Trennschicht (5) zur Isolierung der Abformschicht (2c) gegenüber der Leiterplatte (3) zugeordnet ist.
Druckschablone (1) mit einem Schablonenmaterial (2), in welche eine dem Druckbild (7) einer zu bedruckenden Leiterplatte (3) entsprechende Druckstruktur sowie die dreidimensionale Oberflächenstruktur (4) der Leiterplatte (3) eingebracht ist.
Druckvorrichtung mit einer Leiterplatte (3) mit dreidimensionaler Oberflächenstruktur (4) und mit einer Druckschablone (1), die zur Aufbringung von Pads auf in einem bestimmten Muster angeordnete Kontaktstellen der Leiterplatte (3) ein Schablonenmaterial (2) aufweist, in welches ein auf die Leiterplatte (3) aufzubringendes Druckbild (7) einbringbar oder zumindest teilweise eingebracht ist, wobei das Schablonenmaterial (2) auf der der Leiterplatte (3) zugewandten Schablonenseite ein Abbild der dreidimensionalen Oberflächenstruktur (4) der Leiterplatte (3) aufweist.