EP3530087A1 - Druckvorrichtung und druckverfahren zum auftragen eines viskosen oder pastösen materials - Google Patents

Druckvorrichtung und druckverfahren zum auftragen eines viskosen oder pastösen materials

Info

Publication number
EP3530087A1
EP3530087A1 EP17781090.0A EP17781090A EP3530087A1 EP 3530087 A1 EP3530087 A1 EP 3530087A1 EP 17781090 A EP17781090 A EP 17781090A EP 3530087 A1 EP3530087 A1 EP 3530087A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
template
opening
partial
printing
viscous
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17781090.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Guenter Gera
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3530087A1 publication Critical patent/EP3530087A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/12—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns
    • H05K3/1216—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns by screen printing or stencil printing
    • H05K3/1225—Screens or stencils; Holders therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0008—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0296—Conductive pattern lay-out details not covered by sub groups H05K1/02 - H05K1/0295
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
    • H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
    • H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3457—Solder materials or compositions; Methods of application thereof
    • H05K3/3485—Applying solder paste, slurry or powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/42—Printed circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/09—Shape and layout
    • H05K2201/09818—Shape or layout details not covered by a single group of H05K2201/09009 - H05K2201/09809
    • H05K2201/09845—Stepped hole, via, edge, bump or conductor
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/01—Tools for processing; Objects used during processing
    • H05K2203/0104—Tools for processing; Objects used during processing for patterning or coating
    • H05K2203/0121—Patterning, e.g. plating or etching by moving electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2203/00—Indexing scheme relating to apparatus or processes for manufacturing printed circuits covered by H05K3/00
    • H05K2203/01—Tools for processing; Objects used during processing
    • H05K2203/0104—Tools for processing; Objects used during processing for patterning or coating
    • H05K2203/0139—Blade or squeegee, e.g. for screen printing or filling of holes

Definitions

  • the invention relates to a printing device and a printing method for
  • solder paste takes place for example by means of screen printing, stencil printing or dispensing.
  • stencil printing process the underside of a sheet-like metal stencil is pressed with stencil openings onto a printed circuit board.
  • a solder paste is used as pasty solder flux Mixture applied to the top of the stencil.
  • the solder paste is then pulled over the template and thereby also pressed into the template openings.
  • the solder paste dissolves within the template openings and remains as a single Lotpastendepots on each imprinting - the connection pads - the circuit board.
  • This triggering behavior is influenced by a number of factors, such as the template opening geometry, the surface condition of the inner wall of the template opening, the material properties of the solder paste, etc. Further information can be found in the Guidelines for template design IPC 7525. This standard gives guidance in the design and manufacture of suitable stencils intended for the application of solder pastes and assembly adhesives for the assembly of SMT components. Standard values are given, such that only for an aperture ratio (AspectRatio)> 1.5 and an area ratio (AreaRatio)> 0.66 a stable process for a solder paste or adhesive application is possible.
  • the AspectRatio defines the smallest opening width of the stencil opening that shapes the paste geometry in relation to the stencil thickness.
  • the standard value for the AspectRatio ensures that, for example, when soldering in solder paste, it can be reliably introduced into the opening of the template to be filled.
  • the AreaRatio in turn gives the ratio of the projected area of the
  • Template opening to the lateral surface (inner wall) of the template opening With the guideline value for the AreaRatio, a process-reliable triggering of the template from the material geometry to be printed is made possible.
  • the AspectRatio and the AreaRatio limit the possibilities for printing particularly small structures of solder paste or adhesive depots.
  • the invention is based on the object to enable the imprint of particularly fine and small structures of a viscous or pasty material by means of stencil printing on a carrier substrate.
  • the task is aimed at improving the stable printable area and opening ratios in stencil printing.
  • circuit substrate with printed by means of stencil printing material depots, which allow as a bonding material electrical contacting of electrical and / or electronic components, in particular S MD components (surface mounted devices), with a line structure under the aspect of a high degree of miniaturization.
  • S MD components surface mounted devices
  • a printing device for applying a viscous or pasty material to a carrier substrate and molding a defined material geometry by means of a template.
  • the template provided for application and molding has at least one through opening.
  • the printing device in this case comprises, for example, a support for receiving and additionally preferably for aligning a carrier substrate to be printed.
  • the template is thereby adjacent to the surface, for example via its underside, on the printing surface of the carrier substrate hung up. Preferably, it is held stationary by fixing means for the printing process, for example.
  • the side of the opening facing the carrier substrate then acts as a job opening surface. This corresponds to the printing surface of the viscous or pasty material formed after the application or the printing process and connecting to the carrier substrate.
  • an outer boundary for the outer surface of the material geometry to be formed is formed by the opening, in particular by its inner wall.
  • the template is designed in such a way as to overcome an adhesive force of the viscous or pasty material relative to the inner wall of the opening by means of a relative movement, in particular with respect to the carrier substrate.
  • the relative movement is achieved, for example, by a positioning device brought into operative connection with the template.
  • the template is advantageously formed as a stack composite of at least two sub-templates which are adjacent to one another in a connection region.
  • the partial templates each have at least one partial opening, through which the inner wall of the opening is divided into proportionate shaping surfaces of the partial templates. Furthermore, mutually corresponding connection surfaces of the partial openings are formed in the connection region.
  • the partial templates are each reversibly separable from each other in the connection area.
  • Stencil printing were not printable.
  • the limitation of the printability was given, for example, by a detachment of the printed material on the pressure surface when lifting the stencil.
  • the detachment is due to the excessive adhesive forces of the material to be printed on the inner wall of the template opening.
  • the minimum opening width within a partial template can therefore be reduced to a dimension corresponding to the template thickness.
  • the template has a total area ratio as the ratio of the area of the inner wall to the application opening area of ⁇ 0.66.
  • a demoulding of the material geometry to be printed overall is furthermore made possible by dividing it by partial dividing with time.
  • the total areaRatio can be chosen to be arbitrarily small by increasing the number of partial slices and ensuring a triggering behavior of a respective partial template.
  • small structures can be printed stably, in particular, in a total area ratio between 0.3 to 0.5 and / or a number of 2 to 5 partial templates.
  • the triggering behavior of the Ensure partial template is shifted to the level of a partial template.
  • the provision of a partial template with a minimum stencil thickness of 10 ⁇ m is possible, in particular for the printing of solder paste depots.
  • At least one, several or preferably all Partial templates of the stacked composite have a respective template thickness within a range of 10 ⁇ m to 150 ⁇ m, preferably between 40 ⁇ m and 120 ⁇ m.
  • a simple embodiment of the printing device comprises a conventional squeegee, by means of which the viscous or pasty material is pressed by peeling over the template only mechanically into the opening of the template.
  • the template has a total aspect ratio as the ratio of the smallest opening width of the opening to the template stencil thickness of> 1.5.
  • the stencil thickness of the template results as the sum of the stencil thicknesses of all partial stencils contained in the stacked composite.
  • the printing device has a closed overpressure squeegee for introducing the viscous or pasty material into the at least one through opening of the template.
  • the closed overpressure squeegee is formed, for example, by a print head which rests on the template and an entry opening surface of the template facing away from the carrier substrate is completely covered and designed to introduce the viscous or pasty material under pressure into the opening.
  • the template can now have a total AspectRatio of ⁇ 1.5. In this way, even the smallest stable printable material geometries can be carried out, in particular also those in which the stencil requires an overall area ratio that becomes smaller and smaller than 0.6. Especially economically, small structures can be stably printed with a total Aspect Ratio of between 0.6 and 1.0.
  • the thickness of a partial template of the stacked composite in ⁇ the number of equally thick sub-templates in the stack composite, the total height of the stack composite formed from the number of equally thick sub-templates in ⁇
  • the lines Bl to B4 show limits of known printing techniques with only one template for larger circular diameter, exemplary of a small
  • the lines Dl to D5 consider the application of a pressure geometry at a constant pressure height of 150 ⁇ and similar circular diameters as in the embodiments of line Bl to B4 and Cl to C4 for certain types of components, varying from the number of sub-templates and their thicknesses.
  • the consideration within the above tabular overview is based on the achievement of a smallest part-related area ratio of 0.66 and the use of at least two sub-templates within a stack grouping.
  • Embodiments with integral AspectRation only insignificantly below 1.5 can remain uncritical under optimized process conditions even using a purely mechanical doctor. This can in principle also be ensured by the use of a closed overpressure squeegee.
  • the consideration can be continued in the same way compared to the provision of other printing geometries, in particular square, rectangular, oval or derived geometries.
  • This also applies to designs with a partially related area ratio of> 0.66, the provision of more than 3 sub-templates and / or different sub-template thicknesses within a batch network. In the simplest way can be realized by printing geometries that are not possible by the known printing techniques.
  • the at least one opening forming partial openings of at least two partial templates in the stack composite in their respective geometry and / or size are formed differently.
  • the possibility of realization results from a multiplicity of printable different material geometries.
  • those material geometries can also be implemented in which different cross-sectional areas and shapes merge into one another over different sectional planes, in particular as step geometries.
  • the number of parting planes between different cross-sectional areas and shapes of a defined material geometry therefore simply defines the required connection levels of a minimum number of partial templates.
  • at least two partial openings of a partial template may differ in their respective geometry and / or size. This results in a further flexibility in the ability to perform on a carrier substrate any printed pattern of spaced-apart material geometries by means of stencil printing.
  • the cross section of a partial opening can have a circular, an oval or a rectangular cross section. These cross sections can be made particularly simple, for example by a punching or laser cutting process.
  • a respective stencil thickness of at least two sub-templates arranged in the stacked composite is different.
  • different requirements can be taken into account with respect to a partial template, for example, the preservation of an advantageous partially related area ratio, a simple production in the case of cross-sectional jumps within the material geometry to be produced, and others.
  • the template has a plurality of openings, in particular in a pattern arrangement.
  • the pattern arrangement results, for example, from a connection diagram of an electrical and / or electronic component, in particular an S MD component, which requires printed solder paste or adhesive depots corresponding to the connection diagram on a printed circuit board.
  • symmetry points or axes of the respective openings are used and their smallest spacing from one another is determined.
  • a very simple determination results in an overall symmetrical pattern arrangement itself and / or in similar openings.
  • At least one of the partial templates are formed, for example as a metal template, preferably of stainless steel, and / or as a sheet metal template.
  • the connection region of two adjacent partial templates within the stacked composite, and preferably the contact surface of the partial template adjacent to the carrier substrate are located within a respective plane. More preferably, the support surface as well as all connection areas contained within the stack composite are arranged parallel to each other. Furthermore, a removal direction of at least one of the partial templates, preferably of all partial templates, is aligned perpendicular to the intended printing surface on the carrier substrate.
  • the printing device in particular the partial templates, at least one alignment element for the defined arrangement of the partial templates.
  • the stack composite containing the partial templates replicates the material geometry to be printed in the correct shape.
  • One possibility is to provide the partial template with registration marks, for example, which allow a reference orientation of the partial templates to one another. chen. These can also be detected by an optical system, in particular a camera system, and specify a position correction for individual partial templates. Alternatively or additionally, stop pins for mechanical alignment of the partial templates can be provided.
  • the printing device comprises at least one positioning device for carrying out a relative movement of at least one partial template within the stacked composite.
  • the positioning device is designed to separate sub-templates from each other and to allow a Operaentformung the outer surface of the material geometry of a respective sub-template.
  • the separation of the partial templates takes place synchronized with one another in terms of time and / or in a separation sequence, which also becomes more apparent in the later description of the printing method.
  • the printing device further comprises at least one guide element for the guided change in position of at least one partial template, for example during the position correction and / or during the relative movement for a Clausentformung.
  • a guiding function can also be assumed in at least one or two or three spatial directions by the positioning device.
  • Suitable printable viscous or pasty materials are, in particular, materials which, after application of the material and molding, define a defined one
  • solder pastes or conductive adhesives but in addition also thermal compounds or conductive pastes.
  • solder resist or elastic materials for example silicones, for forming vibration-damping buffer elements or structures, in particular for vibration-sensitive sensors.
  • Further processing results for example, in the form of a drying process or a physical or chemical curing process. This can be done while maintaining the molded material geometry, for example, the formation of a defined Lackstoppgeometrie o- or Schwingpuffergeometrie.
  • the originally formed material geometry as far as possible or at least partially lost.
  • the molded material geometry comprises at least one defined shape and
  • the printing device is designed as a solder paste printing device with a Lotpastenschablone for receiving a solder paste or the printing device is designed as an adhesive printing device with an adhesive template for receiving an adhesive. Additional guidelines for the design and manufacture of these stencils can be found in the aforementioned IPC 7525 standard.
  • the invention also leads to a printing method for applying a viscous or pasty material to a carrier substrate and forming a defined material geometry by means of a template. Such a printing method can be carried out, for example, by one of the previously described embodiments of a printing device according to the invention.
  • the stencil has at least one through opening with an application opening surface facing the carrier substrate.
  • the opening with its inner wall forms an outer boundary for the specialtyformende outer surface of the material geometry.
  • a particular advantage results in particular from the fact that a maximum shaping surface of the template is determined for a peripheral outer surface section of the material geometry, with which a relative force of the stencil, in particular to the carrier substrate, an adhesive force of the viscous or pasty material are still overcome to the forming surface can. It is further provided that it is started with a time offset to each other, at least two outer surface portions of the material geometry, each with up to an area size of the particular molding surface through the
  • the proportional shaping surface can be designed up to a value of the determined maximum molding surface.
  • the separation from the stacked composite is preferably carried out according to the order of arrangement of the partial templates within the stacked composite. Accordingly, in the stack composite from the carrier substrate furthest outboard sub-template is the first separated from the stack composite. This is followed by the lifting and separating respectively of the next partial template to the last separate partial template. The partial template initially resting on the carrier substrate is then finally lifted off the carrier substrate. The formation of the stack composite in preparation for a printing process is then carried out in reverse order by a corresponding placement of the partial templates.
  • a particular embodiment provides that at least one of the outer surface sections is completely removed from the mold with up to an area size of the determined maximum molding surface, before the demolding of at least one further outer surface section is started. In this way, a very stable process control can be set, since at a particular time of the printing process only a partial template is pressure-active.
  • An alternative embodiment of the printing method differs in that after a partial region of at least one outer surface section has already been removed from the mold, at least one further outer surface region is then demolded at the same time.
  • the simultaneous demoulding is carried out in such a way that at each subsequent time an area size of the residual surfaces of these outer surface sections still to be demoulded is smaller than the determined maximum forming area. This results in the advantage of a temporally optimized and fast printing speed.
  • the viscous or pasty material is formed as a material depot on a connection pad of a printed circuit board, a DBC, an LTCC, an IMC, a wafer or a solar cell with the defined material geometry.
  • This makes it possible to carry out a very flexible electronics production with very fine and small printing structures inexpensively and within the scope of a series production.
  • a solder paste, a thermal paste, a conductive paste or a conductive adhesive is printed as the viscous or pasty material on the carrier substrate, in particular on the above.
  • the invention also leads to a circuit carrier with a stencil-applied at least one material depot having a defined material geometry.
  • the circuit carrier comprises at least one line structure and can be equipped with an at least one electrical and / or electronic component after printing on material depots for electrical contacting with the line structure.
  • Such a circuit carrier can in particular be produced with one of the previously described embodiments of a printing method according to the invention and / or with one of the previously described embodiments of a printing device according to the invention.
  • the printed on at least one material depot in particular a solder paste or an adhesive depot, has an imprinting surface connected to the carrier substrate and the material geometry has an outer surface formed by an inner wall of an opening of the printing stencil, wherein a ratio of the outer surface to the imprinting surface ⁇ 0.66.
  • Such formed small pressure structures allow the implementation of a high degree of miniaturization.
  • the printed material depot has different cross-sectional areas and / or shapes parallel to the imprint area in sectional planes. This allows a wide range of application be covered by a flexible mapping of different material geometries of a required material depot.
  • a circuit carrier having a plurality of material depots in the form of a pattern arrangement is designed, for example, corresponding to a connection diagram of an electrical and / or electronic component, in particular an SMD component.
  • electrical and / or electronic components with a very small pitch in particular a pitch between 0.1 mm and 1.0 mm, with, for example, a printed circuit board, a DBC, an LTCC, an IMC, a wafer or a solar cell be material connected to the circuit carrier, for example, soldered or glued.
  • FIG. 2 shows a section of the printing stencil in a shaping area for a material geometry to be printed
  • FIG. 4 shows an alternative introduction of the viscous or pasty material into the opening of a template by means of an overpressure squeegee.
  • the printing device 100 comprises at least one support 10 for receiving a carrier substrate 20 to be printed, in particular a circuit carrier.
  • the carrier substrate 20 is, for example, a printed circuit board, a DBC, an LTCC, an IMC, a wafer or a solar cell.
  • the carrier substrate 20 rests with an underside on the support 10.
  • the carrier substrate 20 is aligned by means of an alignment and / or fixing unit 12 with a defined orientation within the printing device 100 and / or fixed in place on the support 10.
  • Support substrate 20 is formed at least one connection pad 25 for electrical contacting of an electrical and / or electronic component.
  • a material depot 26 with a defined material geometry 45 is subsequently to be printed on at least one connection pad 25.
  • a novel printing template as a stack composite
  • the stack composite 50 in this case comprises at least two partial templates 50.1, 50.2, whereby further partial templates 50.x may be included as needed.
  • 2 shows an enlarged detail of a cutout A of the printing stencil 50 in a shaping region for a material geometry 45 to be printed, for example a cylindrical material depot 26.
  • the material geometry 45 has an outer surface 46 to be shaped in a defined manner.
  • the outer surface 46 has been formed by a continuous opening 55 in a single template 50 '(shown schematically in the right side view).
  • the inner wall of the opening 55 forms, over a pressure height h, an outer boundary for the outer surface 46 of the material geometry 45 to be formed.
  • the side of the opening 55 facing the carrier substrate 20 acts as an order opening surface 50.1c. This agrees with the later imprint area on the carrier substrate 20.
  • the left-hand side view schematically shows the execution of the new printing stencils as a stacked composite 50 of at least two in a connecting stack 50. area 30 mutually adjacent sub-templates 50.1, 50.2. 50.x shown.
  • the sub-templates 50.1, 50.2. 50.x are each designed with a stencil thickness h1, h2, hx and each have at least one partial opening 55.1, 55.2, 55.x, through which the inner wall of the opening 55 rests on proportionate shaping surfaces 50.1a, 50.2a, 50. xa sub-templates 50.1, 50.2, 50.x is divided.
  • connection surfaces 50.1b, 50.2b, 50.xb of the partial openings 50.1, 50.2, 50.x are formed, via which the printing material 40 introduced into the partial openings 55.1, 55.2, 55.x merges seamlessly into one another.
  • proportionate shaping surfaces 50.1a, 50.2a, 50.xa corresponding outer surface sections 46.1, 46.2, 46.x are partially demoulded with respect to time. Overall, the execution as stack composite 50 allows a reduced total AreaRatio.
  • FIGS. 1b) to le the execution of a printing process is shown, wherein a further partial template 50.x has not been shown for reasons of clarity.
  • a viscous or pasty material 40 in the present example, a solder paste or a conductive adhesive for printing the connection pads 25, is provided via an applicator 65.
  • the application device 65 comprises, for example, a doctor blade, with the aid of which the solder paste or the conductive adhesive 40-as shown in FIG. 1c-is drawn over the surface of the most outermost sub-template 50.2 or 50.x.
  • the solder paste or the conductive adhesive 40 is mechanically pressed into the openings 55 of the stack assembly 50.
  • Part template 50.1 executed.
  • Fig. Le the lifting of the last resting on the carrier substrate 20 sub-template 50.1 is shown, whereby a total of the demolding of the entire material geometry 45 is carried out and the Druckvor- completed as such.
  • Partial templates 50.1, 50.2, 50.x by the positioning device 60 relative to the carrier substrate 20 and the support 10. Conversely, for example, the formation of the stack composite 50 is preferably carried out as well by the positioning device 60. In this case, for example, register marks 80 applied to the partial templates 50.1, 50.2, 50.x can be used for their alignment within the
  • Stack composite 50 are used. Other known Ausricht. come into question as well. Guiding elements 70 operatively connected to the sub-templates 50.1, 50.2, 50.x each ensure very precisely executed partial demouldings of the material geometry 45. Overall, after the printing process now solder paste depots or glue deposits 26 on the outer pads
  • solder paste depots or adhesive depots are designed in the form of a pattern arrangement, which corresponds in particular to the connection diagram of an electrical and / or electronic component to be electrically connected to the carrier substrate 20.
  • a material connection with the carrier substrate 20 can take place.
  • FIGS. 3a) to 3d different embodiments of a stack composite 50 with partial templates 50.1, 50.2, 50.x are shown. Common to all is that a certain material geometry 45 to be printed is imaged through an opening 55 in the stacked composite 50.
  • FIGS. 3a) to 3d different embodiments of a stack composite 50 with partial templates 50.1, 50.2, 50.x are shown. Common to all is that a certain material geometry 45 to be printed is imaged through an opening 55 in the stacked composite 50.
  • FIGS. 3a) to 3d different embodiments of a stack composite 50 with partial templates 50.1, 50.2, 50.x are shown. Common to all is that a certain material geometry 45 to be printed is imaged through an opening 55 in the stacked composite 50.
  • the stack composite 50 respectively comprises two partial templates 50. 1, 50. 2, while also more than two partial templates 50. 1, 50. 2, 50. X (3 partial templates shown by way of example in FIG. be used.
  • the partial templates 50. 1, 50. 2 have the same design. In this way, a material geometry 45 can be printed with the same cross-section.
  • the partial templates 50.1, 50.2 each have the same template thickness h1. However, the partial openings 55.1, 55.2 contained in the partial templates 50.1, 50.2 differ in their
  • Partial openings 55.1, 55.2, 55.x Overall, further embodiments of stack assemblies 50 are conceivable which result, for example, from a partial combination of two or more partial aspects of the embodiments of stack assemblies 50 shown in FIGS. 3 a) to d).
  • FIG. 4 shows an alternative introduction of the viscous or pasty printing material 40 into the openings 55 of the stack composite 50 by means of an overpressure doctor blade 65 '.
  • This includes, for example, a receiving chamber 66 with the printing material 40 contained therein.
  • the receiving chamber 66 is, for example, also designed as a print head, which rests on the template or the uppermost partial template 50.x of the stacked composite 50 when the printing material 40 is introduced.
  • the print head covers at least one entry opening area 56 of the template facing away from the carrier substrate 20.
  • the printhead is configured to introduce the printing material 40 into the at least one opening 55.
  • the printing material 40 is thereby forced out of the receiving chamber 66 via a feed device (not shown) and introduced into the opening 55 with overpressure Pr.
  • the overpressure Pr is in particular compared to. a present outside the receiving chamber 66 external pressure Pa, for example, the atmospheric pressure, increased accordingly.
  • the printed material 40 introduced into the opening 55 is finally separated from the Removing chamber 66 withdrawn from outside squeegee 67.
  • Fig. 4 shows the overpressure squeegee 65 'at a time of printing, which corresponds to that in Fig. Lc.
  • the center-to-center spacing (pitch) of two next adjacent apertures 55 is shown.
  • a plurality of material depots 26 are printed on the carrier substrate 20 in a pitch distance from one another in the form of a pattern arrangement 27.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Screen Printers (AREA)
  • Printing Methods (AREA)

Abstract

Es wird ausgegangen von einer Druckvorrichtung zum Auftragen eines viskosen oder pastösen Materials auf ein Trägersubstrat und Ausformen einer definierten Materialgeometrie mittels einer Schablone. Die zum Auftragen und Ausformen vorgesehene Schablone weist zumindest eine durchgehende Öffnung auf. Die eine dem Trägersubstrat zugewandte Seite der Öffnung wirkt dann als Auftragsöffnungsfläche. Ferner ist durch die Öffnung, insbesondere durch ihre Innenwandung, eine äußere Begrenzung für die auszuformende Außenfläche der Materialgeometrie gebildet. Die Schablone ist insgesamt derart ausgebildet, durch eine Relativbewegung, insbesondere zum Trägersubstrat, eine Haftkraft des viskosen oder pastösen Materials zu der Innenwandung der Öffnung zu überwinden. Die Schablone ist vorteilhaft als Stapelverbund aus mindestens zwei in einem Anschlussbereich zueinander angrenzenden Teilschablonen gebildet. Die Teilschablonen weisen dabei jeweils zumindest eine Teilöffnung auf, durch welche die Innenwandung der Öffnung auf anteilige Ausformflächen der Teilschablone aufgeteilt ist. Ferner sind in dem Anschlussbereich zueinander korrespondierende Anschlussflächen der Teilöffnungen gebildet. Darüber hinaus sind die Teilschablonen jeweils in dem Anschlussbereich reversibel voneinander trennbar.

Description

Beschreibung Titel
Druckvorrichtung und Druckverfahren zum Auftragen eines viskosen oder pastösen Materials
Die Erfindung betrifft eine Druckvorrichtung und ein Druckverfahren zum
Auftragen eines viskosen oder pastösen Materials sowie einen Schaltungsträger mit aufgedrucktem Materialdepot gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Elektronische Schaltungen unterliegen heute zunehmend den Anforderungen einer sehr kompakten Bauweise. Immer mehr elektrische und/oder elektronische Bauteile müssen dabei auf immer engeren Bauräumen schaltungstechnisch verdrahtet werden, um einen hohen Miniaturisierungsgrad zu erreichen. Als eine hierfür geeignete Technik hat sich die sogenannte Oberflächenmontage (SMT surface-mounting-technology) gegenüber der Durchsteckmontage (THT Through Hole Technology) durchgesetzt. Hierbei werden sogenannte SMD-Bauteile verwendet, welche lötfähige Anschlussflächen aufweisen, die dann direkt auf beispielsweise eine Leiterplatte gelötet werden. Um ein Verlöten zu ermöglichen, werden auf Anschlusspads Lotpastendepots mit einer definierten Pastengeometrie aufgebracht. Anschließend werden die SMD-Bauteile in die aufgebrachten und ungeschmolzenen Lotpastendepots über ihre Anschlussflächen bestückt. Durch einen anschließenden Reflowprozess erfolgt abschließend das Verlöten.
Das Aufbringen der Lotpaste erfolgt beispielsweise mittels Siebdruck, Schablonendruck oder Dispensen. Beim Schablonendruck- Verfahren wird die Unterseite einer blechartigen Metallschablone mit Schablonenöffnungen auf eine Leiterplatte gepresst. Anschließend wird eine Lotpaste als pastöse Lot- Flussmittel- Mischung auf die Oberseite der Schablone aufgebracht. Mithilfe eines Rakels wird dann die Lotpaste über die Schablone gezogen und dabei auch in die Schablonenöffnungen eingedrückt. Durch Abheben der Metallschablone insgesamt löst sich die Lotpaste innerhalb der Schablonenöffnungen und verbleibt als einzelne Lotpastendepots auf jeweiligen Aufdruckstellen - den Anschluss-Pads - der Leiterplatte. Dieses Auslöseverhalten ist beeinflusst durch eine Vielzahl von Faktoren, beispielsweise der Schablonenöffnungsgeometrie, der Oberflächenbeschaffenheit der Innenwandung der Schablonenöffnung, den Materialeigenschaften der Lotpaste, usw.. Weitergehende Angaben sind den Richtlinien für Schab- lonendesign IPC 7525 zu entnehmen. Diese Norm gibt eine Anleitung beim Design und der Fertigung geeigneter Schablonen, die für den Auftrag von Lotpasten und Montagekleber für die Montage von SMT-Bauteilen bestimmt sind. In der Norm sind Richtwerte angegeben, derart, dass nur für ein Öffnungsverhältnis (AspectRatio) >1,5 und einem Flächenverhältnis (AreaRatio) >0,66 ein stabiler Prozess für einen Lotpasten- oder Kleberauftrag möglich ist. Als AspectRatio ist die kleinste Öffnungsbreite der die Pastengeometrie abformenden Schablonenöffnung im Verhältnis zur Schablonendicke definiert. Der Richtwert für das AspectRatio stellt sicher, dass beim Einrakeln von beispielsweise Lötpaste diese prozesssicher in die zu füllende Öffnung der Schablone eingebracht werden kann. Das AreaRatio wiederum gibt das Verhältnis der projizierten Fläche der
Schablonenöffnung zur Mantelfläche (Innenwandung) der Schablonenöffnung an. Mit dem Richtwert für das AreaRatio ist ein prozesssicheres Auslösen der Schablone von der zu druckenden Materialgeometrie ermöglicht. Durch das AspectRatio und das AreaRatio sind die Möglichkeiten zum Drucken besonders kleiner Strukturen von Lotpasten- oder Kleberdepots begrenzt.
Aus der Offenlegungsschrift DE 102004046629 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Bauelements bekannt. Dabei wird eine Druckschablone mit einer unteren Produktlage und einer darüber angeordneten oberen Gitterlage eingesetzt. Durch Abheben der gesamten Druckschablone wird die zu druckende Materialpaste im
Bereich der abgeformten Produktlage mit einer anderen Materialgeometrie ausgebildet, als im Bereich der abgeformten Gitterlage. Hierbei können mit einem Druckschritt Materialbereiche unterschiedlicher Dicke ausgebildet werden. Die allgemein gültigen Grenzwerte hinsichtlich dem ApectRatio und dem AreaRatio sind weiterhin zu beachten. Aus der Patentschrift US4622239 ist ein Überdruck-Rakelsystem bekannt. Das System umfasst hierbei eine Aufnahmekammer mit einer darin enthaltenen Lotpaste. Die Lotpaste wird über eine Zuführungsvorrichtung aus der Aufnahme- kammer gedrängt und mit Überdruck in eine Öffnung einer Druckschablone eingebracht. Die in die Öffnung eingebrachte Lotpaste wird abschließend vom dem an der Aufnahmekammer von außen angeordneten Rakel abgezogen.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Abdruck von besonders feinen und kleinen Strukturen eines viskosen oder pastösen Materials mittels Schablonendruck auf einem Trägersubstrat zu ermöglichen. Insbesondere richtet sich die Aufgabe dabei darauf, die stabil druckbaren Flächen- und Öffnungsverhältnisse beim Schablonendruck zu verbessern. Ferner ist eine Aufgabe darin gegeben,
Schaltungsträger mit mittels Schablonendruck aufgedruckten Materialdepots bereitzustellen, welche als Verbindungsmaterial eine elektrische Kontaktierung elektrischer und/oder elektronischer Bauelemente, insbesondere S MD- Bauteile (surface mounted devices), mit einer Leitungsstruktur unter dem Aspekt eines hohen Miniaturisierungsgrades ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Druckvorrichtung und ein Druckverfahren zum Auftragen eines viskosen oder pastösen Materials sowie einen Schaltungsträger mit aufgedrucktem Materialdepot mit den kennzeichnenden Merkmalen der un- abhängigen Ansprüche gelöst.
Es wird ausgegangen von einer Druckvorrichtung zum Auftragen eines viskosen oder pastösen Materials auf ein Trägersubstrat und Ausformen einer definierten Materialgeometrie mittels einer Schablone.
Die zum Auftragen und Ausformen vorgesehene Schablone weist zumindest eine durchgehende Öffnung auf. Die Druckvorrichtung umfasst hierbei beispielsweise eine Auflage zur Aufnahme und zusätzlich bevorzugt zum Ausrichten eines zu bedruckenden Trägersubstrats. Die Schablone wird dabei flächig angrenzend, beispielsweise über ihre Unterseite, auf die Druckoberfläche des Trägersubstrats aufgelegt. Bevorzugt wird sie dabei beispielsweise durch Fixiermittel für den Druckvorgang ortsfest gehalten. Die eine dem Trägersubstrat zugewandte Seite der Öffnung wirkt dann als Auftragsöffnungsfläche. Diese entspricht der nach dem Auftrag bzw. dem Druckvorgang ausgebildeten und mit dem Trägersubstrat verbindenden Aufdruckfläche des viskosen oder pastösen Materials. Ferner ist durch die Öffnung, insbesondere durch ihre Innenwandung, eine äußere Begrenzung für die auszuformende Außenfläche der Materialgeometrie gebildet. Die Schablone ist insgesamt derart ausgebildet, durch eine Relativbewegung, insbesondere zum Trägersubstrat, eine Haftkraft des viskosen oder pastösen Materi- als zu der Innenwandung der Öffnung zu überwinden. Die Relativbewegung wird beispielsweise durch eine mit der Schablone in Wirkzusammenhang gebrachte Positioniervorrichtung erreicht. Die Schablone ist vorteilhaft als Stapelverbund aus mindestens zwei in einem Anschlussbereich zueinander angrenzenden Teilschablonen gebildet. Die Teilschablonen weisen dabei jeweils zumindest eine Teilöffnung auf, durch welche die Innenwandung der Öffnung auf anteilige Ausformflächen der Teilschablonen aufgeteilt ist. Ferner sind in dem Anschlussbereich zueinander korrespondierende Anschlussflächen der Teilöffnungen gebildet. Darüber hinaus sind die Teilschablonen jeweils in dem Anschlussbereich reversibel voneinander trennbar.
Dadurch ist es ermöglicht, dass die schablonenbedingte Ausformung der Außenfläche der definierten Materialgeometrie durch zeitlich versetzte Teilentformungen mittels der Teilschablonen erfolgt. Im Vergleich zur ansonsten bekannten Entformung der Außenfläche der Materialgeometrie durch nur eine einzige Schablone ergibt sich dagegen in Bezug auf die jeweilige Teilschablone insgesamt ein deutlich verbessertes Auslöseverhalten des viskosen oder pastösen Materials. Dieses ergibt sich durch eine nun reduzierte zu überwindende Haftkraft aufgrund der nur anteiligen Ausformfläche. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass auf diese Weise Materialgeometrien mit reduzierter Andruckfläche auf einem Trägersubstrat ausgebildet werden können, welche bisher durch einen
Schablonendruck nicht druckbar waren. Die Begrenzung der Druckbarkeit war beispielsweise gegeben durch ein Ablösen des gedruckten Materials an der Andruckfläche beim Anheben der Schablone. Das Ablösen erfolgt aufgrund der zu großen Haftkräfte des zu bedruckenden Materials an der Innenwandung der Schablonenöffnung. Ferner ergibt sich in vorteilhafter Weise eine erforderliche Druckhöhe der definierten Materialgeometrie nun in Summe aus den Teilentformungen der Teilschablonen über deren jeweilige Schablonendicke. Die minimalste Öffnungsbreite innerhalb einer Teilschablone kann daher bis auf ein der Schablonendicke entsprechendes Maß reduziert werden. Auf diese Weise können durch Vorsehen der Teilschablonen insgesamt feinere und kleinere Strukturen durch eine Schablonendruck aufgedruckt werden und damit beispielsweise im Bereich der elektronischen Baugruppenfertigung eine, insbesondere für eine Serienfertigung geeignete, Verbindungstechnik zur Umsetzung eines hohen Mi- niaturisierungsgrades zu Verfügung gestellt werden.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der erfindungsgemäßen Druckvorrichtung möglich.
Eine zusätzliche Verbesserung ergibt sich aus einer Weiterbildung der Druckvorrichtung und liegt vor, wenn für die Schablone ein gesamtheitliches AreaRatio als Verhältnis der Fläche der Innenwandung zur Auftragsöffnungsfläche <0,66 beträgt. Ein Entformen der zu druckenden Materialgeometrie insgesamt ist weiterhin ermöglicht, indem diese nämlich durch Teilschablonen zeitlich versetzt tei- lentformt wird. Dabei kann das gesamtheitliche AreaRatio prinzipiell beliebig klein gewählt werden, indem die Anzahl von Teilscheiblonen erhöht wird und ein Auslöseverhalten einer jeweiligen Teilschablone sichergestellt wird. Besonders wirtschaftlich lassen sich kleine Strukturen stabil drucken bei insbesondere einem gesamtheitlichen AreaRatio zwischen 0,3 bis 0,5 und/oder einer Anzahl von 2 bis 5 Teilschablonen.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dabei, wenn für eine Teilschablone ein teilbezogenes AreaRatio als Verhältnis der Ausformfläche der Teilöffnung zur zugehörigen dem Trägersubstrat zugewandten Anschlussfläche oder zur Auftragsöffnungsfläche >=0,66 beträgt, insbesondere zwischen 0,66 bis 2. Damit lässt sich das Auslöseverhalten der Teilschablone sicherstellen. Somit verschieben sich die bisherigen Grenzen eines für den Schablonendruck geltenden AreaRatios auf die Ebene einer Teilschablone. Allgemein ist das Vorsehen einer Teilschablone mit einer minimalen Schablonendicke von 10 μηη möglich, insbesondere für den Druck von Lotpastendepots. Zumindest eine, mehrere oder bevorzugt alle Teilschablonen des Stapelverbundes weisen eine jeweilige Schablonendicke innerhalb eines Bereiches von 10 μηη - 150 μηη auf, bevorzugt zwischen 40 μηη und 120 μηη. Eine einfache Ausführung der Druckvorrichtung umfasst ein übliches Rakel, mittels welchem das viskose oder pastöse Material durch ein Abziehen über der Schablone ausschließlich mechanisch in die Öffnung der Schablone eingedrückt wird. Um dies prozesssicher auszuführen, weist die Schablone ein gesamtheitliches AspectRatio als Verhältnis der kleinsten Öffnungsbreite der Öffnung zur Schablonendicke der Schablone von >1,5 auf. Die Schablonendicke der Schablone ergibt sich dabei als Summe der Schablonendicken aller im Stapelverbund enthaltenen Teilschablonen.
Eine verbesserte Weiterbildung ergibt sich, wenn die Druckvorrichtung ein geschlossenes Überdruck- Rakel zum Einbringen des viskosen oder pastösen Materials in die zumindest eine durchgehende Öffnung der Schablone aufweist. Hierbei ist das geschlossene Überdruck-Rakel beispielsweise gebildet durch einen Druckkopf, welcher auf der Schablone aufliegt und eine dem Trägersubstrat abgewandte Eintragungsöffnungsfläche der Schablone vollständig überdeckt und ausgebildet ist, das viskose oder pastöse Material unter Druck in die Öffnung einzubringen. Vorteilhaft kann die Schablone nun ein gesamtheitliches AspectRatio auch von < 1,5 aufweisen. Auf diese Weise können auch kleinste stabil druckbare Materialgeometrien ausgeführt werden, insbesondere auch solche, bei welchen für die Schablone ein unterhalb von 0,6 immer kleiner werdendes gesamtheitliches AreaRatio erforderlich wird. Besonders wirtschaftlich lassen sich kleine Strukturen stabil drucken bei einem gesamtheitlichen AspectRatio zwischen 0,6 bis 1,0.
Die nachfolgende tabellarische Übersicht zeigt beispielhaft die Druckmöglichkei- ten anhand eines zu druckenden zylindrischen Lotpastendepots mit einem
Durchmesser d und einer Druckhöhe h.
Hierbei sind bezeichnet mit: bestimmte Kenndaten, insbesondere eine Druckgeometrie als
Kreisform oder Betrachtung der Druckgeometrie für einen beispielhaften Bauelementtyp
der Durchmesser der Kreisform in μηη
die Dicke einer Teilschablone des Stapelverbundes in μηη die Anzahl gleichdicker Teilschablonen im Stapelverbund die Gesamthöhe des Stapelverbundes gebildet aus der Anzahl von gleichdicken Teilschablonen in μηη
das sich ergebende AreaRatio pro Teilschablone
das sich ergebende gesamtheitliche AspectRatio für den Stapel verbünd.
Bevorzugt betrachtet sind hierbei ein Kreisformdurchmesser von 27 μηη bis 400 μηη, eine Teilschablonendicke von 10 μηη - 150 μηη, eine Anzahl von Teilschablonen von 1 bis 3 und/oder eine gesamte Druckhöhe des Lotpastendepots von 10 μηη bis 300 μηη.
Mit den Zeilen AI bis A4 sind Ausführungsbeispiele aufgeführt, welche die Grenzen der Druckmöglichkeit für kleinste Druckgeometrien aufzeigen.
Die Zeilen Bl bis B4 zeigen Grenzen bekannter Drucktechniken mit nur einer Schablone für größere Kreisformdurchmesser, exemplarisch für einen kleinen
Kreisformdurchmesser gemäß der Ausführung nach Zeile AI.
Im Vergleich zu den Ausführungen nach Bl bis B4 zeigen die Ausführungen Cl bis C4 bei jeweils gleichem Kreisformdurchmesser und unter Einsatz von zwei jeweils gleichdicken Teilschablonen die mögliche Druckgeometrie unter Erreichung vergrößerter Druckhöhen.
Die Zeilen Dl bis D5 betrachten die Anwendung einer Druckgeometrie bei einer konstanten Druckhöhe von 150 μηη und ähnlichen Kreisformdurchmessern wie bei den Ausführungen nach Zeile Bl bis B4 bzw. Cl bis C4 für bestimmte Bauelementtypen unter Variation von der Anzahl von Teilschablonen und deren Dicken.
Grundsätzlich orientiert sich die Betrachtung innerhalb obiger tabellarischen Übersicht am Erreichen eines kleinsten teilbezogenen AreaRatio von 0,66 und dem Einsatz von zumindest zwei Teilschablonen innerhalb eines Stapelverbundes. Ausführungsbeispiele mit ganzheitlichem AspectRation nur unwesentlich unter 1,5 können unter optimierten Prozessbedingungen auch unter Einsatz eines rein mechanischen Rakels unkritisch bleiben. Dies lässt sich grundsätzlich auch durch den Einsatz eines geschlossenen Überdruck-Rakels sicherstellen. Die Betrachtung lässt sich in gleicher Weise fortführen gegenüber dem Vorsehen anderer Druckgeometrien, insbesondere quadratischen, rechteckigen, ovalen oder abgeleiteten Geometrien. Ebenso gilt dies für Ausführungen mit einem teilbezogenen AreaRatio von >0,66, dem Vorsehen von mehr als 3 Teilschablonen und/oder unterschiedlichen Teilschablonendicken innerhalb eines Stapelverbun- des. In einfachster Weise lassen sich dadurch Druckgeometrien realisieren, die durch die bekannten Drucktechniken nicht ermöglicht sind.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Druckvorrichtung sind die die zumindest eine Öffnung ausbildenden Teilöffnungen zumindest zweier Teilschablonen im Stapelverbund in ihrer jeweiligen Geometrie und/oder Größe unterschiedlich ausgebildet. Auf diese Weise ergibt sich die Realisierungsmöglichkeit von einer Vielzahl von druckbaren unterschiedlichen Materialgeometrien. Insbesondere sind auch solche Materialgeometrie umsetzbar, bei welchen über verschiedene Schnittebenen hinweg unterschiedliche Querschnittsflächen und - formen ineinander übergehen, insbesondere als Stufengeometrien. Um die Herstellung von Teilschablonen besonders einfach und kostengünstig auszuführen, ist vorteilhaft die Teilöffnung einer Teilschablone mit einer über die Schablonendicke gleich bleibenden Querschnittsfläche und/oder -form vorzusehen. Die Anzahl von Trennebenen zwischen unterschiedlichen Querschnittsflächen und - formen einer definierten Materialgeometrie legt demnach einfachste Weise die erforderlichen Anschlussebenen von einer Mindestanzahl von Teilschablonen fest. Alternativ oder zusätzlich können auch zumindest zwei Teilöffnungen einer Teilschablone sich in ihrer jeweiligen Geometrie und/oder Größe unterscheiden. Dadurch ergibt sich eine weitere Flexibilisierung in der Möglichkeit, auf einem Trägersubstrat beliebige gedruckte Muster von zueinander beabstandenden Materialgeometrien mittels Schablonendruck auszuführen. Grundsätzlich kann der Querschnitt einer Teilöffnung einen kreisrunden, einen ovalen oder einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Diese Querschnitte können besonders einfach hergestellt werden, beispielsweise durch einen Stanz- oder Laserschneidvorgang.
In bestimmten Ausführungsformen ist eine jeweilige Schablonendicke von zumindest zwei in dem Stapelverbund angeordneten Teilschablonen unterschiedlich. Auf diese Weise können in Bezug auf eine Teilschablone unterschiedliche Anforderungen berücksichtigt werden, beispielsweise der Erhalt eines vorteilhaften teilbezogenen AreaRatios, eine einfache Herstellung bei Querschnittssprüngen innerhalb der zur fertigenden Materialgeometrie, und anderes. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Druckvorrichtung sehen vor, dass die Schablone mehrere Öffnungen aufweist, insbesondere in einer Musteranordnung. Die Musteranordnung ergibt sich beispielsweise aus einem Anschlussschema eines elektrischen und/oder elektronischen Bauelements, insbesondere einem S MD- Bauelements, welches auf einer Leiterplatte dem Anschlussschema korrespondierende aufgedruckte Lotpasten- oder Kleberdepots erfordert. Der Mitten- Mitten- Abstand (Pitch) zweier nächstbenachbarter Öffnungen beträgt dabei <= 2 mm, insbesondere in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 1,0 mm. Zur Bestimmung des Mitten- Mitten- Abstands werden Symmetriepunkte oder -achsen der jeweiligen Öffnungen herangezogen und deren geringste Beabstandung zueinander bestimmt. Eine sehr einfache Bestimmung ergibt sich dabei bei einer insgesamt symmetrischen Musteranordnung selbst und/oder bei gleichartigen Öffnungen. Sogenannte Pitchangaben sind in der Elektronikfertigung allgemein bekannt. Besonders vorteilhaft ist es, dass ein minimaler Materialsteg zwischen zwei benachbarten Teilöffnungen einer Teilschablone >= der Schablonendicke der Teilschablone verbleibt.
Allgemein vorteilhaft ist es, wenn zumindest eine der Teilschablonen, bevorzugt alle innerhalb des Stapelverbundes angeordnete Teilschablonen, beispielsweise als Metallschablone, bevorzugt aus Edelstahl, und/oder als Blechschablone ausgebildet sind. In Ausbildung als Blechschablone liegt der Anschlussbereich zweier angrenzenden Teilschablonen innerhalb des Stapelverbundes sowie bevorzugt die Auflagefläche der zum Trägersubstrat angrenzenden Teilschablone innerhalb einer jeweiligen Ebene vor. Weiter bevorzugt sind die Auflagefläche so- wie alle innerhalb des Stapelverbundes enthaltenen Anschlussbereiche zueinander parallel angeordnet. Ferner ist eine Entformungsrichtung zumindest einer der Teilschablonen, bevorzugt aller Teilschablonen, senkrecht zur vorgesehenen Druckfläche auf dem Trägersubstrat ausgerichtet. Weiter bevorzugt umfasst die Druckvorrichtung, insbesondere die Teilschablonen, zumindest ein Ausrichtelement zur definierten Anordnung der Teilschablonen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der die Teilschablonen enthaltende Stapelverbund die zu druckende Materialgeometrie formgerecht nachbildet. Eine Möglichkeit ist dabei, die Teilschablone beispielsweise mit Passermarken zu ver- sehen, welche eine Bezugsorientierung der Teilschablonen zueinander ermögli- chen. Diese können ferner durch ein optisches System, insbesondere einem Kamerasystem, erfasst werden und eine Lagekorrektur für einzelne Teilschablonen vorgeben. Alternativ oder zusätzlich können Anschlagstifte zur mechanischen Ausrichtung der Teilschablonen vorgesehen werden. Zusätzlich bevorzugt umfasst die Druckvorrichtung zumindest eine Positioniervorrichtung zur Ausführung einer Relativbewegung zumindest einer Teilschablone innerhalb des Stapelverbundes. Insbesondere ist die Positioniervorrichtung derart ausgebildet, Teilschablonen voneinander zu trennen und eine Teilentformung der Außenfläche der Materialgeometrie einer jeweiligen Teilschablone zu ermöglichen. Insbe- sondere erfolgt das Trennen der Teilschablonen zeitlich und/oder in einer Trennabfolge synchronisiert zueinander, welches auch bei der späteren Beschreibung des Druckverfahrens näher ersichtlich wird. Weiter vorteilhaft umfasst die Druckvorrichtung ferner zumindest ein Führungselement zur geführten Lageveränderung zumindest einer Teilschablone, beispielsweise während der Lagekorrektur und/oder während der Relativbewegung für eine Teilentformung. Eine Führungsfunktion kann hierbei auch in zumindest einer oder zwei oder drei Raumrichtungen durch die Positioniervorrichtung übernommen sein.
Als druckbare viskose oder pastöse Materialien eignen sich insbesondere Mate- rialien, welche nach dem Auftrag des Materials und Ausformen einer definierten
Materialgeometrie diese weitestgehend unverändert, zumindest bis zu einem Zeitpunkt einer vorgesehenen Weiterverarbeitung, aufgrund ihrer rheologischen Materialeigenschaften aufrechterhalten können. Für einen technischen Einsatz, insbesondere zur elektrischen und/oder mechanischen Kontaktierung innerhalb einer elektrischen Baugruppe eignen sich hierbei beispielsweise bereits für den
Schablonendruck bekannte Lotpasten oder Leitklebstoffe, darüber hinaus aber auch Wärmeleitpasten oder Leitpasten. Ebenso denkbar sind Lotstopplacke oder elastische Materialien, beispielsweise Silikone, zur Ausbildung schwingungs- dämpfende Pufferelemente bzw.-strukturen, insbesondere für schwingungssen- sible Sensoren. Eine Weiterverarbeitung ergibt sich beispielsweise in Form eines Trocknungsvorgangs oder eines physikalischen oder chemischen Aushärtevorgangs. Dies kann unter Beibehaltung der ausgeformten Materialgeometrie erfolgen, beispielsweise der Ausformung einer definierten Lackstoppgeometrie o- der Schwingpuffergeometrie. Demgegenüber geht bei einem Bestückungsvor- gang, zum Beispiel zur Ausbildung einer elektrischen und/oder mechanischen Verbindung des aufgedruckten Materials mit einem elektrischen und/oder elektronischen Bauelement, insbesondere in Verbindung mit einem zusätzlichen Temperierungsvorgang, beispielsweise einem Reflowlötprozess, die ursprünglich ausgeformte Materialgeometrie weitestgehend oder zumindest teilweise verloren. Die ausgeformte Materialgeometrie umfasst zumindest eine definierte Form und
Größe.
Besonders vorteilhaft ist die Druckvorrichtung als eine Lotpastendruckvorrichtung ausgebildet mit einer Lotpastenschablone zur Aufnahme einer Lotpaste oder die Druckvorrichtung ist als eine Kleberdruckvorrichtung ausgebildet mit einer Kleberschablone zur Aufnahme eines Klebers. Zusätzlich Richtlinien für Design und Fertigung dieser Schablonen sind der eingangs erwähnten IPC-Norm 7525 zu entnehmen. Die Erfindung führt auch zu einem Druckverfahren zum Auftragen eines viskosen oder pastösen Materials auf ein Trägersubstrat und Ausformen einer definierten Materialgeometrie mittels einer Schablone. Ein solches Druckverfahren kann beispielsweise durch eine der zuvor beschriebenen Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Druckvorrichtung erfolgen. Grundsätzlich weist die Schablone zumindest eine durchgehende Öffnung mit einer dem Trägersubstrat zugewandten Auftragsöffnungsfläche auf. Ferner bildet die Öffnung mit ihrer Innenwandung eine äußere Begrenzung für die auszuformende Außenfläche der Materialgeometrie. Ein besonderer Vorteil ergibt sich insbesondere dadurch, dass eine maximale Ausformfläche der Schablone für einen umlaufenden Außenflächenab- schnitt der Materialgeometrie bestimmt wird, bei welcher bei einer Relativbewegung der Schablone, insbesondere zum Trägersubstrat, eine Haftkraft des viskosen oder pastösen Materials zu der Ausformfläche noch überwunden werden kann. Weiter ist vorgesehen, dass dabei zeitlich versetzt zueinander damit begonnen wird, zumindest zwei Außenflächenabschnitte der Materialgeometrie mit jeweils bis zu einer Flächengröße der bestimmten Ausformfläche durch die
Schablone zu entformen. Auf diese Weise kann eine bisher für den Schablonendruck nicht stabil druckbare Materialgeometrie durch eine besondere und abgestimmte Abfolge von Teilentformungen ausgebildet werden. Dies betrifft insbesondere das Drucken von besonders feinen und kleinen Druckstrukturen, insbe- sondere umfassend ein Lotpasten- oder Kleberdepot. Eine einfache Bestimmung der maximalen Ausformfläche kann bei einem Lotpasten- oder Kleberdruck beispielsweise durch Anwendung der Angaben für ein AreaRatio gemäß der IPC- Norm 7525 auf eine zu ermittelnde Teilschablone erfolgen. Eine noch genauere Möglichkeit unter Berücksichtigung aller einflussnehmenden Faktoren kann in ei- nem Realversuch ermittelt werden. Hierbei wird bei gegebenem Druckmaterial und der zu druckenden Materialgeometrie sukzessive eine Anpassung einer Druckschablone derart vorgenommen, bis eine stabile einem Außenflächenabschnitt entsprechende Entformung des Druckmaterials ermöglicht ist. Vorgesehen ist beispielsweise ein Stapelverbund von aufeinanderliegenden Teilschablo- nen, wobei jede der Teilschablonen eine anteilige Ausformfläche für die definierte
Materialgeometrie aufweist. Die anteilige Ausformfläche kann bis zu einem Wert der bestimmten maximalen Ausformfläche ausgelegt sein. Durch ein Trennen und geführtes Abheben jeweils einer der Teilschablonen vom Stapelverbund erfolgt dann eine Teilentformung eines bestimmten Außenflächenabschnitts. Das Trennen vom Stapelverbund erfolgt dabei bevorzugt entsprechend der Anordnungsreihenfolge der Teilschablonen innerhalb des Stapelverbundes. Demnach wird die im Stapelverbund vom Trägersubstrat am weitesten außenliegende Teilschablone als erste vom Stapelverbund getrennt. Darauf folgt das Abheben und Trennen jeweils der nächstanliegenden Teilschablone zur zuletzt getrennten Teilschablone. Die an das Trägersubstrat zuerst aufliegende Teilschablone wird demnach dann zuletzt vom Trägersubstrat abgehoben. Die Bildung des Stapelverbundes in Vorbereitung eines Druckvorganges erfolgt dann in umgekehrter Reihenfolge durch ein entsprechendes Auflegen der Teilschablonen. Eine besondere Ausführungsform sieht vor, dass zumindest einer der Außenflächenabschnitte mit bis zu einer Flächengröße der bestimmten maximalen Ausformfläche vollständig entformt wird, bevor mit der Entformung zumindest eines weiteren Außenflächenabschnitts begonnen wird. Auf diese Weise kann eine sehr stabile Prozessführung eingestellt werden, da zu einem jeweiligen Zeitpunkt des Druckprozesses jeweils nur eine Teilschablone druckaktiv ist.
Eine alternative Ausführungsform des Druckverfahrens unterscheidet sich dadurch, dass nachdem ein Teilbereich zumindest eines Außenflächenabschnittes bereits entformt wurde, zumindest ein weiterer Außenflächenbereich dann zeitgleich entformt wird. Die zeitgleiche Entformung wird dabei derart ausgeführt, dass zu jedem folgendem Zeitpunkt eine Flächengröße der noch zu entformenden Restflächen dieser Außenflächenabschnitte kleiner als die bestimmte maximale Ausformfläche vorliegt. Dadurch ergibt sich der Vorteil einer zeitlich optimierten und schnellen Druckgeschwindigkeit.
Ein besonders gutes Ergebnis wird erreicht, wenn das viskose oder pastöse Material als Materialdepot auf einem Anschlusspad einer Leiterplatte, eines DBC, eines LTCC, eines IMC, eines Wafers oder einer Solarzelle mit der definierten Materialgeometrie ausgebildet wird. Hierbei ist ermöglicht, eine sehr flexible Elektronikfertigung mit sehr feinen und kleinen Druckstrukturen kostengünstig und im Rahmen einer Serienfertigung auszuführen. Dies schließt mit ein, dass eine Lotpaste, eine Wärmeleitpaste, eine Leitpaste oder ein Leitkleber als das viskose oder pastöse Material auf dem Trägersubstrat, insbesondere auf den oben genannten, aufgedruckt wird.
Die Erfindung führt auch zu einem Schaltungsträger mit einem mittels Schablonendruck aufgebrachtem zumindest einem Materialdepot mit einer definierten Materialgeometrie. Der Schaltungsträger umfasst zumindest eine Leitungsstruktur und kann nach einem Aufdruck von Materialdepots zur elektrischen Kontaktie- rung mit der Leitungsstruktur mit zumindest einem elektrischen und/oder elektronischen Bauelement bestückt werden bzw. sein. Ein solcher Schaltungsträger kann insbesondere hergestellt sein mit einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Druckverfahrens und/oder mit einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Druckvor- richtung. Die Verbesserung zeigt sich insbesondere darin, dass das aufgedruckte zumindest eine Materialdepot, insbesondere ein Lotpasten- oder eine Kleberdepot, eine mit dem Trägersubstrat verbindende Aufdruckfläche und die Materialgeometrie eine durch eine Innenwandung einer Öffnung der Druckschablone ausgeformte Außenfläche aufweist, wobei ein Verhältnis der Außenfläche zur Aufdruckfläche <0,66 beträgt. Derartig ausgebildete kleine Druckstrukturen ermöglichen die Umsetzung eines hohen Miniaturisierungsgrades.
Eine vorteilhafte Möglichkeit zeigt sich, wenn das aufgedruckte Materialdepot in Schnittebenen parallel zur Aufdruckfläche unterschiedliche Querschnittsflächen und/oder -formen aufweist. Dadurch kann eine breite Palette an Anwendungsfäl- len abgedeckt werden, durch eine flexible Abbildung von unterschiedlichsten Ma- terialgeometrien eines erforderlichen Materialdepots.
Zusätzlich erhält man Vorteile bei einem Schaltungsträger mit mehreren Materialdepots in Form einer Musteranordnung. Die Musteranordnung ist beispielsweise korrespondierend zu einem Anschlussschema eines elektrischen und/oder elektronischen Bauelements ausgeführt, insbesondere eines SMD- Bauelementes. Vorteilhaft können auf diese Weise elektrische und/oder elektronischen Bauelemente mit einem sehr kleinen Pitch, insbesondere einem Pitch zwischen 0,1 mm und 1,0 mm, mit beispielsweise einer Leiterplatte, einem DBC, einem LTCC, einem IMC, einem Wafer oder einer Solarzelle als dem Schaltungsträger stoffverbunden werden, beispielsweise gelötet oder geklebt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:
Fig. la) - e): ein Ausführungsbeispiel einer Druckvorrichtung zum Auftrag eines viskosen oder pastösen Materials auf einer Leiterplatte unter Darstellung einer zeitlichen Abfolge während eines Druckvorganges,
Fig. 2: einen Ausschnitt der Druckschablone in einem formgebenden Bereich für eine zu druckende Materialgeometrie,
Fig. 3a) - d): unterschiedliche Ausführungen eines Stapelverbundes aus Teilschablonen,
Fig. 4: eine zur Fig. la) - le) alternative Einbringung des viskosen oder pastösen Materials in die Öffnung einer Schablone mittels eines Überdruck- Rakels. Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind funktional gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In der Fig. la) ist beispielhaft eine Ausführungsform einer Druckvorrichtung 100 zum Auftrag eines viskosen oder pastösen Materials zu einem Zeitpunkt vor der Ausführung eines Druckvorgangs gezeigt. Die Druckvorrichtung 100 umfasst zumindest eine Auflage 10 zur Aufnahme eines zu bedruckenden Trägersub- strats 20, insbesondere einem Schaltungsträger. Das Trägersubstrat 20 ist beispielsweise eine Leiterplatte, ein DBC, ein LTCC, ein IMC, ein Wafer oder eine Solarzelle. Das Trägersubstrat 20 liegt dabei mit einer Unterseite auf der Auflage 10 auf. Bevorzugt ist das Trägersubstrat 20 mittels einer Ausricht- und/oder Fixiereinheit 12 mit einer definierten Orientierung innerhalb der Druckvorrichtung 100 ausgerichtet und/oder ortsfest auf der Auflage 10 fixiert. Auf einer Oberseite des
Trägersubstrats 20 ist zumindest ein Anschlusspad 25 zur elektrischen Kontak- tierung eines elektrischen und/oder elektronischen Bauelements ausgebildet. Über einen Schablonendruckvorgang soll nachfolgend auf zumindest einem Anschlusspad 25 ein Materialdepot 26 mit einer definierten Materialgeometrie 45 abgedruckt werden. Hierzu ist eine neuartige Druckschablone als Stapelverbund
50 aus mehreren Teilschablonen 50.1, 50.2, 50.x vorgesehen. Der Stapelverbund 50 umfasst dabei zumindest zwei Teilschablonen 50.1, 50.2, wobei noch weitere Teilschablonen 50.x bei Bedarf enthalten sein können. Die Fig. 2 zeigt vergrößert einen Ausschnitt A der Druckschablone 50 in einem formgebenden Bereich für eine zu druckende Materialgeometrie 45, beispielsweise einem zylindrischen Materialdepot 26. Die Materialgeometrie 45 weist dabei eine definiert auszuformende Außenfläche 46 auf. Üblicherweise wurde die Außenfläche 46 durch eine durchgehende Öffnung 55 in einer einzigen Schablone 50' ausgeformt (schematisch in der rechten Seitensicht dargestellt). Dabei bildet die Innenwan- dung der Öffnung 55 über eine Druckhöhe h eine äußere Begrenzung für die auszuformende Außenfläche 46 der Materialgeometrie 45. Die dem Trägersubstrat 20 zugewandte Seite der Öffnung 55 wirkt dabei als Auftragsöffnungsfläche 50.1c. Diese stimmt mit der späteren Aufdruckfläche auf dem Trägersubstrat 20 überein. In der linken Seitenansicht ist schematisch die Ausführung der neuen Druckschablonen als Stapelverbund 50 aus zumindest zwei in einem Anschluss- bereich 30 zueinander angrenzenden Teilschablonen 50.1, 50.2. 50.x dargestellt. Die Teilschablonen 50.1, 50.2. 50.x sind jeweils mit einer Schablonendicke hl, h2,hx ausgeführt und weisen jeweils zumindest eine Teilöffnung 55.1, 55.2, 55.x auf, durch welche die Innenwandung der Öffnung 55 auf anteilige Ausformflä- chen 50.1a, 50.2a, 50. xa der Teilschablonen 50.1, 50.2, 50.x aufgeteilt ist. In dem Anschlussbereich 30 sind ferner zueinander korrespondierende Anschlussflächen 50.1b, 50.2b, 50. xb der Teilöffnungen 50.1, 50.2, 50.x gebildet, über welche das jeweils in die Teilöffnungen 55.1, 55.2, 55.x eingebrachte Druckmaterial 40 nahtlos ineinander übergeht. Über die anteiligen Ausformflächen 50.1a, 50.2a, 50. xa werden korrespondierende Außenflächenabschnitt 46.1, 46.2, 46.x zeitlich versetzt zueinander teilentformt. Insgesamt ermöglicht die Ausführung als Stapelverbund 50 ein verringertes gesamtheitliches AreaRatio.
In den Fig. lb) bis le) ist die Ausführung eines Druckvorganges dargestellt, wo- bei eine weitere Teilschablone 50.x aus Übersichtgründen nicht dargestellt wurde. Aus Fig. lb) geht hervor, dass ein viskoses oder pastöses Material 40, in vorliegendem Beispiel eine Lotpaste oder ein Leitkleber zum Bedrucken der An- schlusspads 25, über eine Auftragsvorrichtung 65 bereitgestellt wird. Die Auftragsvorrichtung 65 umfasst beispielsweise ein Rakel, mit dessen Hilfe die Lot- paste oder der Leitkleber 40 - wie in Fig. lc) gezeigt - über die Oberfläche der am weitest außen liegenden Teilschablone 50.2 bzw. 50.x gezogen wird. Bei dem Rakelvorgang wird die Lotpaste oder der Leitkleber 40 in die Öffnungen 55 des Stapelverbundes 50 mechanisch eingedrückt. Dabei sind alle Teilöffnungen 55.1, 55.2, 55.x mit der Lotpaste oder dem Leitkleber 40 ausgefüllt. Gemäß der Fig. ld) wird in einem nachfolgendem Fertigungsschritt die am weitest außen liegende Teilschablone 50.2 bzw. 50.x vom Stapelverbund 50 getrennt und soweit abgehoben, bis durch zumindest eine der abgehobenen Teilschablone 50.2 bzw. 50.x zugehörige Ausformfläche 50.2a bzw. 50. xa eine entsprechend korrespondierender Außenflächenabschnitt 46.2 bzw. 46.x der Materialgeometrie 45 voll- ständig entformt wurde. Daraufhin wird zeitlich versetzt eine weitere abgeschlossene Teilentformung eines angrenzenden Außenflächenabschnitts 46.1 durch Trennen und Abheben der im verbleibenden Stapelverbund 50 folgenden
Teilschablone 50.1 ausgeführt. In Fig. le) ist das Abheben der letzten auf dem Trägersubstrat 20 aufliegenden Teilschablone 50.1 gezeigt, wodurch insgesamt die Entformung der gesamten Materialgeometrie 45 erfolgt ist und der Druckvor- gang als solcher abgeschlossen ist. Alternativ kann vorgesehen werden, dass nachdem nur ein Teilbereich zumindest eines Außenflächenabschnittes durch eine zugehörige Teilschablone bereits entformt wurde, zumindest ein weiterer angrenzender Außenflächenbereich durch die dann folgende Teilschablone zeit- gleich entformt wird. Hierbei ist darauf zu achten, dass die zeitgleiche Entfor- mung derart ausgeführt wird, dass zu jedem folgendem Zeitpunkt eine Flächengröße der noch zu entformenden Restflächen dieser Außenflächenabschnitte kleiner ist als eine durch ein begrenzendes AreaRatio noch zulässige maximale Ausformfläche in Bezug auf die anteilig an der weiteren Entformung beteiligten Teilschablonen. Grundsätzlich erfolgt das Trennen und das Abheben der
Teilschablonen 50.1, 50.2, 50.x durch die Positioniervorrichtung 60 relativ zum Trägersubstrat 20 bzw. der Auflage 10. Umgekehrt wird beispielsweise die Ausbildung des Stapelverbundes 50 bevorzugt ebenso durch die Positioniervorrichtung 60 ausgeführt. Dabei können auf den Teilschablonen 50.1, 50.2, 50.x bei- spielsweise aufgebrachte Passermarken 80 für deren Ausrichtung innerhalb des
Stapelverbundes 50 genutzt werden. Andere bekannte Ausrichtmöglichkeiten kommen ebenso in Frage. Mit den Teilschablonen 50.1, 50.2, 50.x in Wirkverbindung stehende Führungselemente 70 stellen jeweils sehr präzis ausgeführte Teilentformungen der Materialgeometrie 45 sicher. Insgesamt sind nach erfolgtem Druckvorgang nun Lotpastendepots oder Kleberdepots 26 auf den Außenpads
25 des Trägersubstrats 20 aufgedruckt. Mehrere zugehörige Lotpastendepots oder Kleberdepots sind dabei in Form einer Musteranordnung ausgebildet, welche insbesondere dem Anschlussschema eines mit dem Trägersubstrat 20 elektrisch zu verbindenden elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes entspricht. Durch Bestücken des elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes auf den Lotpastendepots oder Kleberdepots und einem weiteren Fertigungsschritt, beispielsweise im Falle der Lotpastendepots durch einen Re- flowprozess, kann eine stoffliche Verbindung mit dem Trägersubstrat 20 erfolgen. In den Fig. 3a) bis 3d) sind unterschiedliche Ausführungen von einem Stapelverbund 50 mit Teilschablonen 50.1, 50.2, 50.x gezeigt. Allen gemein ist, dass durch eine Öffnung 55 im Stapelverbund 50 eine bestimmte zu druckende Materialgeometrie 45 abgebildet wird. In den Fig. 3a) bis 3c) umfasst der Stapelverbund 50 jeweils zwei Teilschablonen 50.1, 50.2, während in der Fig. 3d) auch mehr als zwei Teilschablonen 50.1, 50.2, 50.x (exemplarisch 3 Teilschablonen gezeigt) zum Einsatz kommen. In der Fig. 3a) sind die Teilschablonen 50.1, 50.2 gleich ausgeführt. Auf diese Weise kann eine Materialgeometrie 45 mit gleichem Querschnitt gedruckt werden. In der Fig. 3b) weisen die Teilschablonen 50.1, 50.2 jeweils die gleiche Schablonendicke hl auf. Allerdings unterscheiden sich die in den Teilschablonen 50.1, 50.2 enthaltenen Teilöffnungen 55.1, 55.2 in ihrer
Querschnittsform und/oder -große. Dadurch können Materialgeometrien mit sich ändernder Querschnittsfläche gedruckt werden, beispielsweise Stufenzylinder. Gleiches gilt für den Stapelverbund 50 gemäß Fig. 3c), wobei hier allerdings die Teilschablonen 50.1, 50.2 unterschiedliche Schablonendicken hl, h2 aufweisen. Die Festlegung der Schablonendicken hl, h2 kann sich beispielsweise an den geänderten Querschnittsflächen orientieren oder an einer maximal möglichen Ausformfläche der einzelnen Teilschablonen 50.1, 50.2. Die Fig. 3d) zeigt eine Mehrzahl an Teilschablonen 50.1, 50.2, 50.x innerhalb eines Stapelverbundes 50. Die Teilschablonen 50.1, 50.2, 50.x unterscheiden sich dabei in ihren Schab- lonendicken hl, h2, hx sowie in den jeweils unterschiedlichen Ausführungen der
Teilöffnungen 55.1, 55.2, 55.x. Insgesamt sind weitere Ausführungen von Stapelverbünden 50 denkbar, welche sich beispielsweise aus einer Teilkombination von zwei oder mehreren Teilaspekten der in den Fig. 3a) bis d) gezeigten Ausführungen von Stapelverbünden 50 ergeben.
In der Fig. 4 ist eine alternative Einbringungen des viskosen oder pastösen Druckmaterials 40 in die Öffnungen 55 des Stapelverbundes 50 mittels eines Überdruck- Rakels 65' dargestellt. Dieses umfasst beispielsweise eine Aufnahmekammer 66 mit dem darin enthaltenen Druckmaterial 40. Die Aufnahmekam- mer 66 ist beispielsweise auch als Druckkopf ausgeführt, welcher beim Einbringen des Druckmaterials 40 auf der Schablone bzw. der obersten Teilschablone 50.x des Stapelverbundes 50 aufliegt. Dabei überdeckt der Druckkopf zumindest eine dem Trägersubstrat 20 abgewandte Eintragungsöffnungsfläche 56 der Schablone. Der Druckkopf ist ausgebildet, das Druckmaterial 40 in die zumindest eine Öffnung 55 einzubringen. Das Druckmaterial 40 wird dabei über eine Zuführungsvorrichtung (nicht dargestellt) aus der Aufnahmekammer 66 gedrängt und mit Überdruck Pr in die Öffnung 55 eingebracht. Der Überdruck Pr ist insbesondere ggü. einem außerhalb der Aufnahmekammer 66 vorliegenden Außendrucks Pa, beispielsweise dem Atmosphärendruck, entsprechend erhöht. Das in die Öff- nung 55 eingebrachte Druckmaterial 40 wird abschließend vom dem an der Auf- nahmekammer 66 von außen angeordneten Rakel 67 abgezogen. Fig. 4 zeigt das Überdruckrakel 65' zu einem Zeitpunkt eines Druckvorganges, welcher dem in Fig. lc entspricht. Zusätzlich ist der Mitten- Mitten- Abstand (Pitch) zweier nächstbenachbarter Öffnungen 55 gezeigt. Insgesamt sind mehrere Materialde- pots 26 in einem jeweiligen Pitch-Abstand zueinander in Form einer Musteranordnung 27 auf dem Trägersubstrat 20 aufgedruckt.

Claims

Ansprüche
1. ) Druckvorrichtung (100) zum Auftragen eines viskosen oder pastösen Materials
(40) auf ein Trägersubstrat (20) und Ausformen einer definierten Materialgeometrie (45) mittels einer Schablone, wobei die Schablone zumindest eine durchgehende Öffnung (55) mit einer dem Trägersubstrat (20) zugewandten Auftragsöffnungsfläche (50.1c) aufweist und die Öffnung (55) mit ihrer Innenwandung eine äußere Begrenzung für die auszuformende Außenfläche (46) der Materialgeometrie (45) bildet, wobei die Schablone ausgebildet ist durch eine Relativbewegung, insbesondere zum Trägersubstrat (20), eine Haftkraft des viskosen oder pastösen Mate- rials (40) zu der Innenwandung der Öffnung (55) zu überwinden,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schablone als Stapelverbund (50) aus mindestens zwei in einem Anschlussbereich (30) zueinander angrenzenden Teilschablonen (50.1, 50.2, 50.x) gebildet ist, wobei die Teilschablonen (50.1, 50.2, 50.x) jeweils zumindest eine Teilöffnung (55.1, 55.2, 55.x) aufweisen, durch welche die Innenwandung der Öffnung (55) auf anteilige Ausformflächen (50.1a, 50.2a, 50. xa) der Teilschablonen (50.1, 50.2, 50.x) aufgeteilt ist, und wobei in dem Anschlussbereich (30) zueinander korrespondierende Anschlussflächen (50.1a, 50.1b) der Teilöffnungen (55.1, 55.2, 55.x) gebildet sind, und die Teilschablonen (50.1, 50.2, 50.x) jeweils in dem Anschluss- bereich (30) reversibel voneinander trennbar sind.
2. ) Druckvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
für die Schablone (50) ein gesamtheitliches Area Ratio als Verhältnis der Fläche der Innenwandung zur Auftragsöffnungsfläche (50.1c) =<0,66 beträgt, insbesondere 0,3 bis 0,5.
3.) Druckvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
für eine Teilschablone (50.1, 50.2, 50.x) ein teilbezogenes AreaRatio als Verhältnis der Ausformfläche (55.1a, 50.2a, 55. xa) der Teilöffnung (55.1, 55.2, 55.x) zur Anschlussfläche (50.1b, 50.2b) oder zur Auftragsöffnungsfläche (50.1c) >=0,66 beträgt, insbesondere 0,66 bis 2.
4. ) Druckvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
für die Schablone (50) ein gesamtheitliches AspectRatio als Verhältnis der kleinsten Öffnungsbreite der Öffnung (55) zur Schablonendicke (h) der Schablone (50) <1,5 beträgt, insbesondere 0,6 bis 1,0.
5. ) Druckvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Druckvorrichtung (100) ein geschlossenes Überdruck- Rakel (65') zum Einbringen des viskosen oder pastösen Materials (40) in die zumindest eine durchgehende Öffnung (55) der Schablone aufweist, wobei das geschlossene Überdruck- Rakel (65') gebildet ist durch einen Druckkopf, welcher auf der Schablone aufliegt und eine dem Trägersubstrat (20) abgewandte Eintragungsöffnungsfläche (56) der Schablone vollständig überdeckt und ausgebildet ist, das viskose oder pastöse Material (40) unter Druck in die Öffnung (55) einzubringen.
6. ) Druckvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest zwei Teilöffnungen (55.1, 55.2, 55.x) einer Teilschablone (50.1, 50.2, 50.x) oder die die zumindest eine Öffnung (55) ausbildenden Teilöffnungen (55.1, 55.2, 55.x) zumindest zweier Teilschablonen (50.1, 50.2, 50.x) im Stapelverbund (50) in ihrer jeweiligen Geometrie und/oder Größe unterschiedlich ausgebildet sind.
7. ) Druckvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schablone (50) mehrere Öffnungen (55) aufweist, insbesondere in einer Musteranordnung (27), wobei ein Mitten- Mitten- Abstand (Pitch) zweier nächstbenachbarter Öffnungen (55) <= 2 mm, insbesondere <=0,5 mm beträgt.
8. ) Druckverfahren zum Auftragen eines viskosen oder pastösen Materials (40) auf ein Trägersubstrat (20) und Ausformen einer definierten Materialgeometrie (45) mittels einer Schablone, wobei die Schablone zumindest eine durchgehende Öffnung (55) mit einer dem Trägersubstrat (20) zugewandten Auftragsöffnungsfläche (50.1c) aufweist und die Öffnung (55) mit ihrer Innenwandung eine äußere Begrenzung für die auszuformende Außenfläche (46) der Materialgeometrie (45) bildet,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine maximale Ausformfläche (50.1a, 50.2a, 50. xa) der Schablone für einen umlaufenden Außenflächenabschnitt (46.1, 46.2, 46.x) der Materialgeometrie (45) bestimmt wird, bei welcher bei einer Relativbewegung der Schablone, insbesondere zum Trägersubstrat (20), eine Haftkraft des viskosen oder pastösen Materials (40) zu der Ausformfläche (50.1a, 50.2a, 50xa) noch überwunden werden kann, wobei zeitlich versetzt zueinander damit begonnen wird, zumindest zwei Außenflächenabschnitte (46.1, 46.2, 46.x) der Materialgeometrie (45) mit jeweils bis zu einer Flächengröße der bestimmten Ausformfläche (50.1a, 50.2a, 50xa) durch die Schablone zu entformen.
9. ) Druckverfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest einer der Außenflächenabschnitte (46.1, 46.2, 46.x) mit bis zu einer Flächengröße der bestimmten maximalen Ausformfläche (50.1a, 50.2a, 50. xa) vollständig entformt wird, bevor mit der Entformung zumindest eines weiteren Außenflächenabschnitts begonnen wird.
10. ) Druckverfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
nachdem ein Teilbereich zumindest eines Außenflächenabschnittes (46.1, 46.2, 46.x) bereits entformt wurde, zumindest ein weiterer Außenflächenbereich dann zeitgleich entformt wird, wobei die zeitgleiche Entformung derart ausgeführt wird, dass zu jedem folgendem Zeitpunkt eine Flächengröße der noch zu entformenden Restflächen dieser Außenflächenabschnitte kleiner als die bestimmte maximale Ausformfläche vorliegt.
11. ) Druckverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
das viskose oder pastöse Material (40) als Materialdepot (26) auf einem An- schlusspad (25) auf einem Schaltungsträger (20), insbesondere in Form einer Leiterplatte, eines DBC, eines LTCC, eines IMC, eines Wafers oder einer Solarzelle, mit der definierten Materialgeometrie (45) ausgebildet wird.
12. ) Druckverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Lotpaste, eine Wärmeleitpaste, eine Leitpaste oder ein Leitkleber als das viskose oder pastöse Material (40) auf dem Trägersubstrat (20) aufgedruckt wird.
13. ) Schaltungsträger (20) mit einem mittels Schablonendruck aufgebrachtem zumindest einem Materialdepot (26) mit einer definierten Materialgeometrie (45), insbesondere hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12 und/oder mit einer Druckvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche nach 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
das aufgedruckte zumindest eine Materialdepot (26), insbesondere ein Lotpastenoder eine Kleberdepot (26), eine mit dem Trägersubstrat (20) verbindende Aufdruckfläche und die Materialgeometrie (45) eine durch eine Innenwandung einer Öffnung (55) der Druckschablone (50) ausgeformte Außenfläche (46) aufweist, wobei ein Verhältnis der Außenfläche (46) zur Aufdruckfläche <0,66 beträgt.
14. ) Schaltungsträger (20) nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
das aufgedruckte Materialdepot (26) in Schnittebenen parallel zur Aufdruckfläche unterschiedliche Querschnittsflächen und/oder -formen aufweist.
15. ) Schaltungsträger (20) nach Anspruch 13 oder 14, mit mehreren Materialdepots
(26) in Form einer Musteranordnung (27).
EP17781090.0A 2016-10-21 2017-10-06 Druckvorrichtung und druckverfahren zum auftragen eines viskosen oder pastösen materials Withdrawn EP3530087A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016220678.8A DE102016220678A1 (de) 2016-10-21 2016-10-21 Druckvorrichtung und Druckverfahren zum Auftragen eines viskosen oder pastösen Materials
PCT/EP2017/075527 WO2018073024A1 (de) 2016-10-21 2017-10-06 Druckvorrichtung und druckverfahren zum auftragen eines viskosen oder pastösen materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3530087A1 true EP3530087A1 (de) 2019-08-28

Family

ID=60043195

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP17781090.0A Withdrawn EP3530087A1 (de) 2016-10-21 2017-10-06 Druckvorrichtung und druckverfahren zum auftragen eines viskosen oder pastösen materials

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20190320536A1 (de)
EP (1) EP3530087A1 (de)
CN (1) CN109845416A (de)
DE (1) DE102016220678A1 (de)
WO (1) WO2018073024A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11576266B2 (en) * 2020-09-03 2023-02-07 International Business Machines Corporation Multilayer screen printing stencil
CN115179641B (zh) * 2021-12-16 2024-09-27 广东盛唐新材料技术有限公司 印刷组件的使用方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4622239A (en) 1986-02-18 1986-11-11 At&T Technologies, Inc. Method and apparatus for dispensing viscous materials
JPH05201164A (ja) * 1992-01-25 1993-08-10 Think Lab Kk プリント配線板用スクリーン印刷版
JPH08281905A (ja) * 1995-04-17 1996-10-29 Toyota Motor Corp スクリーン印刷用多層版及びこれを利用したペースト膜印刷方法
GB2307446A (en) * 1995-11-25 1997-05-28 Ibm Solder paste deposition
FR2754474B1 (fr) * 1996-10-15 1999-04-30 Novatec Dispositif pour le depot d'un produit visqueux ou pateux sur un substrat a travers les ouvertures d'un pochoir
US6089151A (en) * 1998-02-24 2000-07-18 Micron Technology, Inc. Method and stencil for extruding material on a substrate
JP3423930B2 (ja) * 1999-12-27 2003-07-07 富士通株式会社 バンプ形成方法、電子部品、および半田ペースト
JP3420203B2 (ja) * 2000-10-27 2003-06-23 Ｎｅｃエレクトロニクス株式会社 ハンダバンプの形成方法
JP2004276384A (ja) * 2003-03-14 2004-10-07 Yamaichi Electronics Co Ltd スクリーン印刷版及びその製造方法
DE102004046629B4 (de) 2004-09-25 2019-01-03 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes mit einem gedruckten Schaltkreis
DE112006000101B4 (de) * 2005-01-17 2011-07-21 Murata Manufacturing Co. Ltd. Siebdruckvorrichtung und Siebdruckverfahren
JP4506515B2 (ja) * 2005-03-08 2010-07-21 株式会社デンソー スクリーン印刷装置
US7726239B2 (en) * 2005-08-24 2010-06-01 Seagate Technology Llc Controlled deposition of printing material
DE102005063282A1 (de) * 2005-12-30 2007-07-19 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung von Druck-Schablonen, insbesondere für Rakeldruckverfahren, sowie Schablonenvorrichtung
US7569164B2 (en) * 2007-01-29 2009-08-04 Harima Chemicals, Inc. Solder precoating method
US7749883B2 (en) * 2007-09-20 2010-07-06 Fry's Metals, Inc. Electroformed stencils for solar cell front side metallization
JP5126170B2 (ja) * 2009-07-08 2013-01-23 パナソニック株式会社 スクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法
DE202010006945U1 (de) * 2010-05-18 2011-10-07 Cadilac Laser Gmbh Cad Industrial Lasercutting Druckschablone
US8921221B2 (en) * 2011-06-20 2014-12-30 International Business Machines Corporation IMS (injection molded solder) with two resist layers forming solder bumps on substrates
JP2015050314A (ja) * 2013-08-31 2015-03-16 イビデン株式会社 結合型プリント配線板及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109845416A (zh) 2019-06-04
US20190320536A1 (en) 2019-10-17
DE102016220678A1 (de) 2018-04-26
WO2018073024A1 (de) 2018-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4242843B4 (de) Verfahren zur Herstellung von aus mehreren Keramikschichten aufgebauten Elektronikkomponenten
DE3236229A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum befestigen von baugruppen mit integrierter schaltung auf einer gedruckten schaltungsplatte
DE3010876C2 (de) Verfahren zum Herstellen und Bestücken einer Leiterplatteneinheit mit Bauteilen
DE10041343B4 (de) Siebdruckvorrichtung
DE69902861T2 (de) Rakel für den Siebdruck und Siebdruckverfahren
WO2018073024A1 (de) Druckvorrichtung und druckverfahren zum auftragen eines viskosen oder pastösen materials
DE3800040A1 (de) Verfahren zur bildung von stromleitern unterschiedlicher dicke mit hoher genauigkeit auf elektronischen bauelementen
WO2010142271A2 (de) Siebdruckform
WO2015067413A1 (de) Verfahren zur reparatur einer leiterplatte mit zumindest einem defekten bauteil
EP1112530B1 (de) Verfahren zur mikrolocherzeugung
EP1973740B1 (de) Verfahren zur herstellung von druck-schablonen, insbesondere für rakeldruckverfahren
DE69405994T2 (de) Klemm- und spannsystem für schablonen für siebdruckmaschinen mit drucktisch für gedruckte leiterplatten
WO2010142274A2 (de) Siebdruckform
DE102019000632A1 (de) Schmelzschichtungsanlage zur Herstellung elnes Schmelzschichtobjekts sowie Verfahren zur Herstellung elnes Schmelzschlchtobjekts
DE10084996B4 (de) Lottragender Körper zur Verwendung bei Lötvorgängen
EP1187517B1 (de) Metallschablonen
DE102004046629B4 (de) Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes mit einem gedruckten Schaltkreis
DE4210650C2 (de) Preßverfahren für elektronische Komponenten des Chip-Types
DE19615058A1 (de) Spannvorrichtung und Schablonen für Schablonen- oder Siebdruck
DE102012217654B4 (de) Druckvorrichtung zur Herstellung eines elektronischen Bauteils und Druckverfahren hierfür
DE102016109459B4 (de) Optimierter Transfer Print (Überführungsdruck) zwischen Trägersubstraten als Verfahren, Trägersubstrat und mikro-technisches Bauelement
DE1237189B (de) Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von elektronischen Bausteinen
DE4232666C1 (de) Verfahren zum Herstellen von Leiterplatten
WO2018065162A1 (de) Verfahren zum drucken von verbindungsmaterialien auf kontaktflächen auf einem schaltungsträger
DE102017200422A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers und Wärmeübertrager

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20190521

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: ROBERT BOSCH GMBH

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20220503