DE20308763U1 - Abdeckschablone zum Abdecken und Bedrucken von Leiterplatten und Abdeckschabloneneinheit - Google Patents

Abdeckschablone zum Abdecken und Bedrucken von Leiterplatten und Abdeckschabloneneinheit

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Description

S:\IB5DUP\DUPANM\200305\33420001-20030925.doc
Anmelder:
Walter Prießnitz
und Yolanda Abril Prießnitz
Sant Tomas, 7
0818 5 LLISSA DE VALL/BARCELONA
SPANIEN
33420001 23.05.2003
ABU/ABU
Abdeckschablone zum Abdecken und Bedrucken von Leiterplatten und Abdeckschabloneneinheit
Die Erfindung geht aus von einer Abdeckschablone zum Abdecken von Substraten, insbesondere Leiterplatten, mit Öffnungen, durch welche Materialien, insbesondere Lötpaste und/oder Druckkleber, gezielt auf des Substrat aufbringbar ist.
Derartige Abdeckschablonen werden benutzt um Lötpasten und Kleber in SMD-Technologie (SMD = Surface Mounted Devices) auf Leiterplatten zu drucken.
Bekannt ist, mittels eines Laserstahles Öffnungen in die Abdeckschablone zu schneiden, die ein zu den zu bedruckenden Pads der Leiterplatte identisches Abbild sind. Danach erfolgt
eine technische Nachbehandlung der Abdeckschablonen und insbesondere der Ränder der Öffnungen, um Grate und Schneide-Rückstände zu entfernen.
Beim Bedrucken wird die Abdeckschablone entsprechend positioniert auf die Leiterplatte aufgelegt. Mit Hilfe eines Rakels, insbesondere eines Gummi - oder Stahlrakel, wird die Paste und/oder der Kleber durch die Öffnungen auf die Leiterplatte unter Druck aufgebracht, wodurch die entsprechenden Pads mit der Paste bzw. dem Kleber benetzt werden. Die Abdeckschablone wird danach abgehoben und von der Leiterplatte entfernt. Die Leiterplatte ist nun zum Bestücken mit SMT Bauteilen vorbereitet und zum anschließenden Löten oder Klebeaushärten fertig. Pate findet insbesondere beim Löten der Bauteile auf die Leitplatte Verwendung. Kleber wird insbesondere beim Reflow-Löten verwendet.
Herkömmlich hergestellte Abdeckschablonen für den SMD Pastendruck sind aus Metall, insbesondere aus Stahl, Kupfer oder Messing hergestellt. Da die Abdeckschablonen die Leiterplatten abdecken, sind zur genauen Positionierung der Abdeckschablonen Hilfsmittel, insbesondere sogenannte gravierte Referenzpads, erforderlich. Die Ausrichtung und Lage der Referenzpads wird mit aufwendigen Kamerasystemen überwacht und mit entsprechender Software gesteuert.
Beim Herstellen der Öffnungen in den Abdeckschablonen entsteht durch die physikalische Eigenschaft des metallischen
Materiales eine V-förmiger Laserstrahlschnittkante. Durch solche V-förmige Schnittkanten ergeben sich beim Bedrucken der Leiterplatten in der Abdeckschablone Engstellen beim Pasten- und/oder Klebereinfluss, die sich je nach Laserschneidergebnis nachteilig auf das zu erstellende Pastenvolumen auswirken. Wird beispielsweise zu wenig Lötpaste aufgebracht, führt dies zu einer unzureichenden Lötung und somit zu Fehlstellen.
Nachteile von Metallschablonen sind weiter, dass das Material gegen Knicken und Biegen sehr empfindlich ist. Es können leicht bleibende, irreparable Verformungen entstehen. Dadurch ist der Einsatz derartiger Abdeckschablonen bei Anwendungen, bei denen zwischen zwei Öffnungen sehr schmale Stege zu realisieren sind, durch das Handling physikalisch begrenzt.
Ferner ist es bei den bekannten Abdeckschablonen erforderlich, den beim Arbeitsgang Laserschneiden entstehende Metallabfluss abzuführen. Ein sich beim Auskühlen bildender Grat ist zu entfernen, was mit erheblichen Arbeitsaufwand verbunden ist und spezielle Maschinen erfordert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Abdeckschablone der eingangs genannten Art die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und eine Abdeckschablone zur Verfügung zu stellen, welche einfach herstellbar ist und dennoch genau positioniert werden kann.
Erfindungsgemäss wird dies durch die Merkmale des ersten
Anspruches erreicht.
Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, dass es aufgrund des transparenten Kunststoff möglich ist, die darunter befindliche Leiterplatte im vollen Umfang visuell zu erfassen. Dadurch wird gewährleistet, dass das Einfließen der Paste und/oder des Klebers jederzeit optisch kontrollierbar ist. Auch die Voreinstellung der Positionierung wird hierdurch sehr vereinfacht, da man die zu bedruckenden Padfelder leicht einjustieren kann. Ferner ist durch die Transparenz des Kunststoffmaterials gewährleistet, dass der Druckvorgang, das Positionieren der Paste oder des Klebers sowie die Abfolge der Rakelzüge jederzeit zum einen durch visuelle Beobachtung und zum anderen durch zur Zuhilfenahme eines Positionierungssystems, beispielsweise mit einer Kamera, beobachtet und kontrolliert werden können.
Durch das physikalische Verhalten des transparenten Kunststoffmaterials beim Laserschneidvorgang entstehen keine V-förmigen Schneidkanten wie bei den metallischen Werkstoffen. Die Kanten bei den erfindungsgemäßen Abdeckschablonen verlaufen idealerweise senkrecht zur Oberfläche der Abdeckschablone. Dadurch ergeben sich keine Engstellen beim Eintreten der Paste und/oder des Klebers in die Öffnungen. Fehldrucke mit zuwenig Volumen werden dadurch reduziert oder vermieden.
Vorteilhafterweise werden Kunststoffe verwendet, die eine hohe
• ·
• ·
Zugfestigkeit bis zur Streckgrenze und eine hohe
Druckfestigkeit bis zum Erreichen der Fließgrenze aufweisen. Die Abdeckschablone weist dabei insbesondere folgende
Eigenschaften auf:
• biegbar,
• aufrollbar,
• erheblich stabiler gegen Verformungen,
• weitgehend resistent gegen bleibende Verformungen.
Der Grat, der durch das Laserschneiden der Öffnungen in der Kunststoffschablone entsteht, lässt sich sehr leicht
entfernen.
Die Abdeckschablonen können insbesondere so ausgebildet sein, dass auf der Eintrittsseite der Öffnungen eine Abrundung an der Schnittkante vorhanden ist, die für das Auftragen und
Einfließen der Paste oder des Klebers in die Öffnung sehr
hilfreich ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im folgenden werden anhand der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Abdeckschablone als Spannschablone in Draufsicht; Fig. 2 die einen Ausschnitt aus Figur 1; Fig. 3 in der Vorderansicht eine in einem entsprechenden
Halterahmen eingeklebte Kunststoffschablone; Fig. 4 in der Draufsicht den Rahmen, die Haltegaze und die auf die Haltegaze aufgeklebte Kunststoffschablone gem. Fig
3;
Fig. 5 einen Schnitt durch die Abdeckschablone gem. Fig. 1.
In den Figuren sind nur die für das unmittelbare Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt.
In Fig. 1 ist eine Kunststoffschablone 1 dargestellt, welche mittels vier Haltevorrichtungen 10 und Befestigungsmitteln in Form von Löchern bzw. Rechteck-Schlitzen 11 in einen nicht dargestellten Spannrahmen eingespannt werden kann. Die KunststoffSchablone 1 kann dabei von allen vier oder von zwei gegenüberliegenden Seiten gehalten werden. Die Befestigungslöcher 11 dienen dabei als Aufnahmelöcher für ein Spannsystem, das Haltebolzen oder Haltekämme umfasst. Die Haltebolzen oder Haltekämme werden zum Aufspannen in die Randlochung 11 eingelegt und insbesondere mittels Luftdruck oder mechanisch, über beispielsweise Federn, in einander abgewandter Richtung gespannt.
Die Abdeckschablone 1 weist Padöffnungen 5 auf, die mittels eines Laserstahles ausgeschnitten sind. In der Fig. 2 sind diese Öffnungen 5 vergrössert dargestellt.
Durch die Öffnungen 5 kann bei insbesondere der SMD-Technologie Lötpaste und/oder Kleber auf eine zu bedruckende, nicht dargestellte Leiterplatte aufgebracht werden. Die Öffnungen 5 entsprechen dabei dem zu bedruckenden Padbild.
Das Drucken wird durch das Auflegen der Abdeckschablone 1 auf eine Leiterplatte vollzogen. Mit Hilfe eines Rakels, hier Gummi - oder Stahlrakels, wird die Paste und/oder der Kleber unter Druck durch die Öffnungen gepresst, wodurch die entsprechenden Pads mit der Paste bzw. dem Kleber benetzt werden. Die Abdeckschablone 1 wird danach abgehoben und von der Leiterplatte entfernt. Die Leiterplatte ist nun zum Bestücken mit SMD Bauteilen vorbereitet und zum anschließenden Löten oder Kleberaushärten fertig.
Als Kunststoffmaterial für die Abdeckschablone 1 wird ein transparentes Material verwendet. Dadurch ist es möglich, dass man die darunter befindlichen Pads / Leiterplatten in vollen Umfang visuell betrachten kann. Das Einfließen der Paste sowie des Klebers kann jederzeit visuell betrachtet und kontrolliert werden. Auch die Voreinstellung der Positionierung wird hierdurch sehr vereinfacht, da man die zu bedruckenden Padfelder leicht einjustieren kann. Es ist durch die Transparenz des Kunststoffmaterials gewährleistet, dass der
Druckvorgang, das Positionieren der Paste oder des Klebers sowie die Abfolge der Rakelzüge jederzeit visuell überprüfbar ist.
Durch das Verwenden eines transparenten Materials wird es möglich, zur Positionierung der Abdeckschablone 1 auch ein Positionierungssystem mit einem optischen Sensor, z.B. einer Kamera zu verwenden.
Bevorzugt wird als Kunststoffmaterial Polyethylene Terephthalate verwendet. Dies sind Materialien, welche eine hohe Zugfestigkeit bis zur Streckgrenze und hohe Druckfestigkeiten bis zum Erreichen der Fließgrenze aufweisen. Besonders geeignet sind Materialien, die folgende Eigenschaften aufweisen:
- Zugfestigkeit nach US Norm: ASTM D 882-80,
bei 100% Dehnung pro Minute min. 145, max. 200 N/mm2. Dieser Test stellt den Toleranzbereich dar in Abhängigkeit der Temperatur, der Form des Prüflings und der Dicke.
- Reißdehnung nach US Norm: ASTM D 882-80,
bei 100% Dehnung pro min. 130 %. Dieser Test steht auch in Abhängigkeit der Temperatur, der Form des Prüflings und der Dicke.
- Zugmodul nach US Norm: ASTM D 882-80,
bei 100% Dehnung pro min. 3850 N/mm2. Dieser Test ist der Zug-
Modulfaktor des Zeit/Kraft Diagrammes des jeweils zu prüfenden Prüflings. Raumtemperatur: 230C.
- Druckstabilität / Kompressionsmodul nach US Norm:ASTM D 695-63T, Probe: Zylinderstapel: 1 inch hoch,1 inch Durchmesser: 2740 N/mm2
- Gleitreibungskoeffizient nach US Norm: ASTM D 1894-36: 0.30 - 0.50
- Rauhigkeitswert [ Ra- Wert] < 0.15 &mgr;&idiagr;&eegr;
Aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Kunststoffes der Abdeckschablone, wie z.B. hohe Zugfestigkeit bis zur Streckgrenze und Druckfestigkeit bis zum Erreichen der Fließgrenze, ist es möglich eine Abdeckschablone herzustellen, welche biegbar, völlig aufrollbar, erheblich stabiler gegen Verformungen und weitgehend resistent gegen bleibende Verformungen ist.
In Fig. 3 und 4 ist eine in einen Halterahmen 3 eingeklebte Abdeckschablone 1 dargestellt. Die Abdeckschablone 1 wird mit einer Haltegaze 2 und dem Halterahmen 3 mittels einem Klebebereich 4 verklebt. Eine Gaze ist insbesondere ein Haltegewebe, das in der Regel aus Stahl oder Polyester gebildet ist. Der verwendete Kleber ist ein handelsüblicher zwei Komponenten Kleber, der in seinen Mischungsanteilen angesetzt wird und mittels eines Pinsel auf den Bereich der Klebestellen aufgestrichen wird.
In Fig. 5 ist dargestellt, wie durch das physikalische Verhalten des transparenten Kunststoffmaterials beim Laserschneidvorgang sich ein Abdeckschablonenpad bildet, welches Öffnungskanten 12 aufweist, die senkrecht zur Abdeckschablonenoberfläche 13 verlaufen. V-förmige Geometrien, wie im Stand der Technik bei Edelstahl-Abdeckschablonen bekannt sind, liegen hier nicht vor. Engstellen beim Eintreten der Paste oder des Klebers in die Öffnungen 5 sind keine vorhanden; Fehldrucke mit zuwenig Volumen werden dadurch vermieden.
Der Grat, der durch das Laserschneiden der Kunststoffschablone entsteht, lässt sich sehr leicht entfernen. Für das Auftragen der Paste ist auf der Eintrittsseite eine Abrundung 14 an der Schnittkante des Materials vorgesehen, die hilfreich für das Einfließen der Paste oder des Klebers ist.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.

Claims (10)

1. Abdeckschablone (1) zum Abdecken von Substraten, insbesondere Leiterplatten, mit Öffnungen, durch welche Materialien, insbesondere Lötpaste und/oder Kleber, gezielt auf das Substrat aufbringbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckschablone (1) aus einem transparenten Kunststoffmaterial ist.
2. Abdeckschablone (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen mittels einer energiereichen Strahlung, insbesondere mittels einer Laserstrahlung, in die Abdeckschablone eingebracht sind.
3. Abdeckschablone (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckschablone (1) Halteabschnitte zum Aufspannen der Abdeckschablone (1) in insbesondere einem Halterahmen (3) aufweist.
4. Abdeckschablone (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteabschnitte über einer Haltegaze (2) an einem Halterahmen (3) verklebbar sind.
5. Abdeckschablone (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass das Kunststoffmaterial
- eine Zugfestigkeit von von min. 145 N/mm2 und von max. 200 N/mm2, bei einer Dehnung 100% pro Minute, und/oder
- eine Reißdehnung von 130%, bei einer Dehnung von 100% pro Minute, und/oder
- ein Zugmodul von 3850 N/mm2%, bei einer Dehnung von 100% pro Minute und bei 23°C; und/oder
- eine Druckstabilität von 2740 N/mm2, bei 1 inch hoch, 1 inch Durchmesser; und/oder
- einen Gleitreibungskoeffizient von 0.30-0.50;
und/oder
- einen Rauhigkeitswert < 0.15 µm
aufweist.
6. Abdeckschablone (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoffmaterial Polyethylene Terephthalate Verwendung findet.
7. Abdeckschablone (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (5) auf der Eintrittsseite eine Abrundung (14) aufweisen.
8. Abdeckschablone (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckschablone eine Dicke von 40 bis 250 µm, und insbesondere 350 µm aufweist.
9. Abdeckschabloneeinheit (1), umfassend eine Abdeckschablone (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einen Halterahmen (3), in dem die Abdeckschablone (1) aufgespannt ist.
10. Abdeckschabloneeinheit (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckschablone (1) in den Rahmen (3) mittelbar, insbesondere über eine Haltegaze (4), oder unmittelbar eingeklebt ist.
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