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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Druckschablone, insbesondere zur
Verwendung bei der Leiterplattenbestückung oder Baugruppenherstellung
oder beim Wafer-Bumping, mit einer mit einem formstabilen Rahmen
verspannten Schablone, die außenrandseitig
mit dem Innenrand eines im mittleren Bereich ausgeschnittenen Metalldrahtgewebes verbunden
ist, das außenrandseitig
auf dem Rahmen befestigt ist.
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Eine
derartige Druckschablone wird üblicherweise
in Verbindung mit dem sogenannten SMD-Verfahren (Service Mounted
Device) eingesetzt, bei dem Leiterplatten mit elektronischen Bauteilen
bestückt werden.
Dazu werden die Leiterplatten zunächst mittels Schablonendrucktechnik
gemäß einer
vorgegebenen Druckstruktur mit einer Druck- oder Lotpaste oder mit
einem Kleber versehen. Dabei wird die Lotpaste bzw. eine Klebepaste
mittels einer sogenannten Rakel durch der Druckstruktur entsprechende Öffnungen
der Druckschablone hindurch auf die Leiterplatte aufgebracht, so
dass dort Löt-
oder Klebepunkte, sogenannte Pads oder Lotpastendepots gebildet
sind, in die die Bauteile mittels einer Bestückungsmaschine eingesetzt werden.
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Die
zur Herstellung der Druckschablone vorgesehene Bespannung eines
z. B. aus Edelstahl oder auch aus Aluminium bestehenden formstabilen Rahmens
umfasst häufig
ein Metalldrahtgewebe und eine Schablone aus Edelstahl. Die Einbringung
der Öffnungen
in die Edelstahl-Schablone mit vorbestimmter Druckstruktur oder
- kontur erfolgt beispielsweise durch Laserschneiden. Die Edelstahl-Schablone
ist an deren Rändern
mit dem üblicherweise
ebenfalls aus Edelstahl bestehenden Drahtgewebe verklebt, wobei
nach der Verklebung das Drahtgewebe im inneren Bereich der Schablone
entfernt wird. Die Klebeverbindung des Edelstahlgewebes mit der Edelstahl-Schablone
hat den wesentlichen Nachteil eines praktisch nicht vermeidbaren
Unterwanderns der Klebestelle beim Reinigen der Schablone mit dem
in der Regel eingesetzten wasserlöslichen Reiniger.
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Aus
der
DE 44 38 281 C1 ist
ein als Druckschablone wirksames Siebdruck-Sieb bekannt, dass im
Wesentlichen aus einem formstabilen Rahmen besteht, auf den ein
feines Metalldrahtgewebe unter Vorspannung aufgeklebt ist. Anschließend wird
im mittleren Bereich des Metalldrahtgewebes eine das Druckmuster
aufweisende dünnwandige
Metallschablone mit deren Außenrand
am Metalldrahtgewebe vorzugsweise mittels eines elektrischen Rollschweißverfahrens
verschweist. Anschließend
wird der von der Metallschablone überdeckte mittlere Bereich
des Metalldrahtgewebes entlang der Schweißverbindung ausgeschnitten.
Eine derartige Schweißverbindung hat
den Nachteil, dass aufgrund der während des Schweisens entstehenden
hohen thermischen Belastung sich die Schablone unerwünscht verformen kann.
Zudem können
am Metalldrahtgewebe Oxidationsrückstände entstehen
und/oder einzelne Gewebedrähte
zerstört
werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine besonders geeignete
Druckschablone der Eingangs genannten Art anzugeben, bei der die
genannten Nachteile vermieden sind.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen
Unteransprüche.
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Durch
eine Lötverbindung
zwischen der Schablone und dem Metalldrahtgewebe wird einerseits
eine besonders feste sowie dauerhaft haltbare und damit zuverlässige Verbindung
hergestellt. Andererseits sind durch die vergleichsweise niedrige thermische
Belastung beim Löten
die Gefahr von Verformungen der Schablone und die Bildung von Oxidationsrückständen am
Gewebe sowie dessen lokaler Zerstörung im Bereich einzelner Gewerbedrähte zuverlässig vermieden.
Zudem ist ein Unterwandern oder Unterspülen der Lotverbindung durch
ein eingesetztes wasserlösliches
Reinigungsmittel praktisch ausgeschlossen, so dass die Lötver bindung auch
dauerhaft beständig
ist. Andererseits ist die Lötverbindung
durch gezieltes Erhitzen der Verbindungsstelle auch wieder lösbar. Dies
ist insbesondere bei einer Lötverbindung
des Metalldrahtgewebes mit dem Schablonenrahmen von erheblichem
Vorteil, da dieser bei einem Aufbrauchen oder einer Zerstörung der
Druckschablone wieder verwendbar ist.
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Durch
Verwendung eines sogenannten Edelstahllotes, wie dieses beispielsweise
von der Fa. Dyna Systems unter der Bezeichnung „Dynastark" angeboten wird, wird eine hochfeste
Verbindung zwischen dem Metallgewebe und der Metallschablone erzielt.
Um dabei zu verhindern, dass das Edelstahllot die eigentliche Lötstelle
unkontrolliert überfließt, kann
ein Lotstoppsystem eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann
durch geeignete Temperatur- und/oder Geschwindigkeitssteuerung und
damit durch gezielte Wärmeeinbringung
und -verteilung auf die zu lötende
Verbindungsstelle ein unerwünschtes Überfließen zuverlässig vermieden
werden. Durch die dabei zweckmäßigerweise
durch eine gebündelte Flamme,
durch Heißluft
mit gerichteter Düse
oder durch Metallkontakt – ähnlich einem
Lötkolben – bewirkte
Aufschmelzung des Lotmittels wird eine zuverlässige, verformungs- und oxidationsfreie
sowie die Lotstelle oder Lotspur nicht oder nur geringfügig überfließende Verbindungsstelle
mit hoher Festigkeit erzielt. Hierbei sind Löttemperaturen zwischen 200°C und 400°C, zweckmäßigerweise
zwischen 220°C und
350 °C,
vorzugsweise zwischen 230°C
und 280 °C
besonders geeignet.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 ausschnittsweise in perspektivischer Darstellung
eine Druckschablone mit einem über
ein Metalldrahtgewebe mit einer Schablone bespannten Rahmen, und
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2 in einer Schnittdarstellung
entlang der Linie II–II
in 1 eine Lötverbindung
zwischen Metalldrahtgewebe und Schablone bzw. Rahmen.
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Einander
entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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1 zeigt eine Druckschablone 1 mit
einem Rahmen 2 und einer Schablone 4 zur vorteilhaften Verwendung
bei der Baugruppenherstellung, Leiterplattenbestückung und/oder beim Wafer-Bumping. Die
Schablone 4 ist mittelbar über ein Metall- oder Metalldrahtgewebe 5 mit
dem Rahmen 2 fest verbunden und dabei mit diesem verspannt.
Im Ausführungsbeispiel
sind die Rahmenecken 6 freigeschnitten. Dieser Freischnitt 7 ist
vorzugsweise ein 45°-Schnitt.
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Die
Befestigung des Metallgewebes 5 auf dem Rahmen 2 erfolgt
zweckmäßigerweise
durch Verlöten.
Dabei ist die strichliniert dargestellte Lötverbindung 8 als
mindestens eine Lotspur ausgeführt. Eine
weitere Lotspur 9 an der äußeren Schnittkante 10 des
Metalldrahtgewebes 5 dient zur Einbettung abstehender oder
freistehender Gewebedrähte
des Metalldrahtgewebes 5.
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Das
Metalldrahtgewebe 5 ist zweckmäßigerweise ein Edelstahlgewebe.
Besteht der Rahmen 2 ebenfalls aus Edelstahl, so wird zweckmäßigerweise ein
Edelstahllot verwendet zur Herstellung der Lotspuren 8, 9 und
damit der Lötverbindung
zwischen dem Metalldrahtgewebe 5 und dem Rahmen 2.
Besteht der Rahmen 2 aus Aluminium, so wird zweckmäßigerweise
ein Aluminiumlot eingesetzt. Dadurch ist eine feste Verbindung zwischen
dem Lotmittel und dem Aluminiumrahmen 2 hergestellt, wobei
die Verbindung mit dem Metalldrahtgewebe 5 im Wesentlichen
durch eine Formschlussverbindung hergestellt ist. Dies ist aus 2 ersichtlich.
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Demnach
dringt während
des Lötens
beim Aufschmelzen des Lotmittels L dieses zwischen die kreuz und
quer verlaufenden Einzeldrähte 5a, 5b und füllt dabei
die dazwischen liegenden Maschen 5c zumindest teilweise
vollständig
aus. Diese Verbindung wird zudem noch dadurch erhöht, dass
eine beliebig dünne
Lotmittelschicht L' sich
zumindest über
die vergleichsweise tiefliegenden Einzeldrahtabschnitte legt.
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Für die Verbindung
zwischen dem Metalldrahtgewebe 5 und der ebenfalls aus
Edelstahl bestehenden Schablone 4 wird wiederum Edelstahllot, zweckmäßigerweise
mit Flussmittelseele, eingesetzt. Die dabei gebildete Lötverbindung
oder - spur 11 der Lötverbindung
zwischen dem Metalldrahtgewebe 5 und der Schablone 4 ist
in 1 wiederum strichliniert
dargestellt. In dieser Darstellung liegt die eigentliche Lötverbindung
auf der Schablonenrückseite,
auf der das Metalldrahtgewebe 5 die Schablone 4 überlappt.
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Auch
diese Lötverbindung 11 zwischen
der Schablone 4 und dem Metalldrahtgewebe 5 ist
gemäß 2 ausgebildet. Hier bildet
die Schablone 4 den Untergrund, auf den der Randbereich
oder Innenrand 15 des Metalldrahtgewebes 5 aufgelötet ist. Die
Ausfüllung
der Maschen 5c des Metalldrahtgewebes 5 im Bereich
der Lötverbindung
oder Lötspur ist
analog zur Verbindung zwischen dem Metalldrahtgewebe 5 und
dem Rahmen 2. Das Lotmittel L fließt somit wiederum bei dessen
Erwärmung
in die Gewebemaschen 5c und füllt diese zumindest nahezu
vollständig
aus. Auch hier ist eine gewisse Gewebeeinbettung in Form eines dünnen Lotfilmes
L' zumindest an
einzelnen Drahtabschnitten des Metallgewebes 5 zur Erhöhung der
Festigkeit der Lötverbindung
vorteilhaft.
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Zur
Herstellung der Druckschablone 1 wird zweckmäßigerweise
zunächst
der Rahmen 2 vorgespannt, in dem dessen an den Rahmenecken 6 miteinander
verbundenen Rahmenseiten 12 konkav nach innen gewölbt werden,
so dass sich insgesamt eine kissenartige Rahmenkontur ergibt. Auf
diesen vorgespannten Rahmen 2 wird im nächsten Schritt das Metallgewebe 5 aufgelegt
und im Randbereich mit dem Rahmen 2 verlötet unter
Bildung mindestens einer Lötspur 8,
vorzugsweise mehrerer Lötspuren 8. Dieser
Verfahrensschritt kann alternativ auch durch Spannen des Metallgewebes 5 bei
nicht vorgespanntem Rahmen 2 erfolgen. Auch kann an dieser
Stelle zwischen dem Metallgewebe 5 und dem Rahmen 2 eine
Klebeverbindung hergestellt oder vorgesehen sein.
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Anschließend wird
die – zweckmäßigerweise bereits
auf Maß geschnittene
- Schablone 4 auf das mit dem Rahmen 2 verlötete oder
verklebte und dabei ge spannte Metallgewebe 5 aufgelegt.
Anschließend
wird die Lötverbindung 11 zwischen
dem Metalldrahtgewebe 5 und der Schablone 4 hergestellt. Dabei
wird wiederum mindestens eine Lötspur,
vorzugsweise im Bereich der Außenränder der
Schablone 4, hergestellt. Zweckmäßigerweise können auch bei
dieser Lötverbindung 11 mehrere
nebeneinander liegende Lotspuren vorgesehen sein.
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Im
nächsten
Schritt wird die Metallschablone 4 freigeschnitten, indem
der von dieser überdeckte mittlere
Bereich des Metalldrahtgewebes 5 im Bereich oder entlang
der Lötverbindung 11 ausgeschnitten
wird. Die Schablone 4 weist dabei zweckmäßigerweise
bereits die einer vorgebbaren Druckstruktur entsprechenden Öffnungen
auf. Auch können
diese Druckstruktur-Öffnungen
bei mit dem Rahmen 2 bereits verspannter Schablone 4 in
diese eingebracht werden, vorzugsweise durch Herausschneiden mittels
eines Laserstrahls.
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Die
Lötverbindung 11 zwischen
dem Metallgewebe 5 und der Schablone 4 und/oder
zwischen dem Metallgewebe 5 und dem Rahmen 2 erfolgt durch
gezieltes Aufschmelzen eines Lotmittels L, vorzugsweise eines speziellen
Edelstahllotes mit Flussmittelseele. Die Löttemperatur liegt dabei zweckmäßigerweise
zwischen 200°C
und 400 °C,
vorzugsweise zwischen 220°C
und 350°C,
so dass die Lötverbindungen 8, 11 durch
Weichlöten
hergestellt ist. Auch können
unter Verwendung eines entsprechenden Edelstahllotes Löttemperaturen
größer 400 °C vorgesehen
sein, wodurch dann die Lötverbindungen 8, 11 durch
Hartlöten
hergestellt werden. Hierdurch wird eine höhere Festigkeit der Lötverbindungen 8, 11 erzielt.
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Nach
Herstellung der Lötverbindung 8, 11 wird
zweckmäßigerweise
das noch verbleibende Flussmittel abgewaschen. Zuvor können nach
Ausschneiden des von der Metallschablone 4 überdeckten
mittleren Bereichs des Metalldrahtgewebes 5 die dabei entstehenden
Schnittkanten 13 durch eine weitere Löt- oder Lotmittelspur 14 überdeckt
werden. Dadurch werden auch in diesem Bereich entlang der Lötverbindung 11 zwischen
dem Metallgewebe 5 und der Schablone 4 abstehende
oder freistehende Drähte
des Metallgewebes 5 zuverlässig eingebettet.
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Dem
gegenüber
kann bei den entstehenden Schnittkanten 10 entlang der
Lötverbindung 8 zwischen
dem Metallgewebe 5 und dem Rahmen 2 zur Einbettung
freistehender oder abstehender Gewebedrähte des Metallgewebes 5 auch
ein Schutzlacküberzug
vorgesehen sein. Ein solcher Schutzlacküberzug im Bereich der Lotverbindung 11 zwischen dem
Metallgewebe 5 und der Schablone 4 ist eher ungeeignet,
zumal beim bestimmungsgemäßen Einsatz
der Druckschablone 1 durch das mechanische Rakeln auch
Bestandteile aus dem Schutzlack in das während der Leiterplattenherstellung
aufzubringende Lotmittel gelangen können, was äußerst unerwünscht ist. Diese unerwünschte Erscheinung
tritt im Randbereich des Rahmens 2 und damit im Bereich der
Lotverbindung 8 zwischen dem Rahmen 2 und dem
Metallgewebe 5 nicht auf oder ist dort zumindest unkritisch.
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- 1
- Druckschablone
- 2
- Rahmen
- 4
- Schablone
- 5
- Metallgewebe
- 6
- Rahmenecke
- 7
- Freischnitt
- 8
- Lötverbindung
- 9
- Lötspur
- 10
- Schnittkante
- 11
- Lötverbindung
- 12
- Rahmenseite
- 13
- Schnittkante
- 14
- Lötspur
- 15
- Innenrand
- L
- Lot/-mittel