NL1028790C2 - Werkwijze voor het elektroformeren van een stencil, alsmede een dergelijk stencil. - Google Patents

Description

* ! i

Korte aanduiding: Werkwijze voor het elektroformeren van een stencil, alsmede een dergelijk stencil

De onderhavige uitvinding heeft volgens een eerste aspect betrekking op een werkwijze voor het elektroformeren van een stencil uit massief metaal met drukopeningen die door het massieve metaal zijn begrensd en die te drukken drukposities bepalen, in het 5 bijzonder voor toepassing bij het bedrukken van een kaart met gedrukte schakeling (printed circuit board = PCB) met soldeerpasta.

Een dergelijke werkwijze is in het vak bekend. Bij een dergelijke werkwijze worden op een vlakke elektroformeringsmatrijs uit geleidend metaal isolerende gebieden aangebracht, op de posities 10 van de te vormen drukopeningen van het stencil. Deze drukopeningen bepalen de drukposities, waardoor heen een drukmedium zoals soldeerpasta kan worden aangebracht op het te bedrukken substraat, zoals een (kunststof) kaart waarop een gedrukte schakeling is voorzien, en waarmee de daarop aan te brengen elektronische 15 componenten met soldeerpasta moeten worden vastgezet. Na het aanbrengen van de isolerende gebieden wordt de elektroformeringsmatri js in een galvanisch bad geplaatst, dat een elektroformeerbaar metaal of metaallegering bevat, en als kathode geschakeld. Daardoor wordt metaal op de blootliggende geleidende delen van de 20 elektroformeringsmatrijs rondom de isolerende gebieden afgezet, totdat de gewenste dikte is bereikt. Vervolgens wordt het aldus geëlektroformeerde stencil van de elektroformeringsmatrijs verwijderd.

Voor het toepassen van het aldus verkregen stencil is het 25 noodzakelijk dat het stencil in een (zeef)drukinrichting wordt opgespannen. Tegenwoordig zijn drukinrichtingen ontwikkeld, waarbij het stencil met behulp van spanprofielen wordt ingespannen. Een voorbeeld van een dergelijk spansysteem is onder de handelsnaam

Vector Guard van DEK op de markt. Een dergelijk spanprofiel omvat , i 30 een lijst, waarin veelal een complex gevormde sleufvormige opening is voorzien, waarin de rand van het stencil kan worden geschoven. Dit i systeem is echter minder geschikt voor geëlektroformeerde stencils, daar voor het inklemmen van het stencil m het spanprofiel het stencil gebogen of anderszins vervormd moet worden, dan wel extra 35 klemvoorzleningen moeten worden aangebracht. Geëlektroformeerde 1028790 t ! - 2 - stencils bezitten echter een te hoge hardheid dan wel stijfheid, zodat deze niet zonder het risico van breken kunnen worden gebogen of vervormd om in een dergelijk spanprofiel te worden opgenomen. Daarom worden in de praktijk voor toepassing met dergelijke spanprofielen 5 veelal roestvast stalen stencils gebruikt, waarin de drukopeningen met behulp van een laser zijn gesneden.

Met behulp van een laser gesneden stencils uit roestvast staal hebben echter een kortere levensduur dan geëlektroformeerde stencils, met name uit nikkel vervaardigd, vanwege de geringere hardheid.

10 Verder is de positioneringsnauwkeurigheid van de met behulp van een laser gesneden drukopeningen kleiner dan door elektroformeren voorziene gaten in een stencil. Daarnaast kan door braamvorming, die bij het snijden met behulp van een laser kan optreden, de kwaliteit van de vorm van de gaten worden aangetast. Dit kan een nadelige 15 invloed hebben op de uiteindelijke drukkwaliteit.

Aldus bestaat er behoefte aan geëlektroformeerde stencils, in het bijzonder uit nikkel, die direct met één of meer omtrekszijden van het stencil in spanprofielen kunnen worden ingeklemd, waarbij het risico dat het stencil breekt, is gereduceerd, dan wel waarbij geen 20 extra voorzieningen moeten worden toegepast.

Volgens een eerste aspect verschaft de uitvinding daartoe een werkwijze voor het elektroformeren van een stencil uit massief metaal met drukopeningen, die door het massieve metaal zijn begrensd en die te drukken drukposities bepalen, in het bijzonder voor toepassing bij 25 het bedrukken van een kaart met gedrukte schakeling (PCB) met soldeerpasta, welk stencil in spanprofielen kan worden opgespannen, welke werkwijze de volgende stappen omvat: het verschaffen van een elektroformeringsmatrijs uit geleidend materiaal met een vlak matrijsgedeelte in hoofdzaak overeenkomend met 30 het te vervaardigen stencil en met in hoofdzaak op ten minste een positie van een omtrekszijde van het te vervaardigen stencil een in het matrijsoppervlak voorziene deelgroef; het aanbrengen van isolerende gebieden op het vlakke matrijsgedeelte op de posities van de te vormen drukopeningen; 35 het aanbrengen van een isolerende baan aan de buitenzijde van de deelgroef op een vooraf bepaalde afstand daarvan; een elektroformeringsstap van het in een galvanisch bad afzetten van metaal op de elektroformeringsmatrijs teneinde het stencil met drukopeningen in een vlak stencildeel en ten minste één 1 028790 - 3 - spanranddeel langs de omtrek van het stencil op de positie van de deelgroef te vormen.

Bij de onderhavige werkwijze wordt in een eerste stap een elektroformeringsmatrijs uit geleidend materiaal verschaft, welke 5 elektroformeringsmatrijs een vlak matrijsgedeelte omvat dat in hoofdzaak overeenkomt met de dimensies van het te vervaardigen stencil. Op een positie van ten minste een van de omtrekszijden van het te vervaardigen stencil is in het matrijsoppervlak een deelgroef voorzien. Een dergelijke deelgroef kan bijvoorbeeld door middel van 10 een mechanische bewerking zoals frezen, een chemische bewerking zoals etsen of een fysische verspaning met behulp van een laser in het matrijsoppervlak worden gemaakt. Vervolgens worden isolerende gebieden op het vlakke matrijsgedeelte aangebracht, waarvan de posities overeenkomen met de te vormen drukopeningen. Bij voorkeur 15 gebeurt dit met behulp van droge lak, waarvan de hoogte groter is dan de gewenste dikte van het te vervaardigen stencil. Tevens wordt een isolerende baan aan de buitenzijde van de deelgroef op zekere afstand daarvan aangebracht, en desgewenst op een positie rondom de volledige omtrek van het te vervaardigen stencil. Deze baan, die bij voorkeur 20 eveneens een hoogte heeft die groter is dan die van het te vervaardigen stencil, bepaalt de uiteindelijke afmetingen van het te elektroformeren stencil. Begrepen zal worden dat de bovenstaande stappen ook in een andere volgorde kunnen worden uitgevoerd. Het eindresultaat van deze eerste stappen is hetzelfde, namelijk een 25 elektroformeringsmatrijs met een vlak matrijsgedeelte waarin met de te vervaardigen drukopeningen overeenkomende isolerende gebieden zijn voorzien, alsmede ten minste een in hoofdzaak nabij de omtrek van het vlakke matrijsgedeelte voorziene deelgroef, en een daar buiten gelegen baan van isolerend materiaal.

30 Vervolgens wordt bij de werkwijze volgens de uitvinding de aldus in gereedheid gebrachte elektroformeringsmatrijs in een galvanisch bad geplaatst, dat een elektroformeerbaar metaal of metaallegering bevat, en als kathode geschakeld. Bij het doorleiden van stroom wordt op de blootliggende delen van de 35 elektroformeringsmatrijs metaal afgezet inclusief de deelgroef, zodat een stencil met een vlak stencildeel met drukopeningen wordt verkregen, en waarbij het in de deelgroef afgezette metaal een spanranddeel langs het betreffende omtreksdeel van het stencil vormt.

Door dimensionering van de groef en door het instellen van de 40 elektroformeringsomstandigheden kan de vorm van het betreffende 1 02 8790 - 4 -

* I

spanranddeel worden bepaald. Aldus is het mogelijk een spanprofiel op het gevormde spanranddeel te schuiven, en zodoende kan een stencil met alle voordelen van een geëlektroformeerd stencil worden aangewend voor het bedrukken van substraten, zoals gedrukte schakelingskaarten.

5 Met voordeel zijn deelgroeven langs alle omtrekszijden van het te vervaardigen stencil voorzien. Meer bij voorkeur staan de deelgroeven niet met elkaar in verbinding teneinde het opschuiven van spanprofielen te vergemakkelijken. Aldus kan de werkwijze worden toegepast voor het vervaardigen van een stencil met een vlak 10 stencildeel, waarin de drukopeningen zijn voorzien, en langs alle omtrekszijden niet met elkaar in verbinding staande spanranddelen.

Bij een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt het stencil inclusief de drukopeningen en een spanranddeel in één enkele stap geëlektroformeerd. Voordeel van het 15 in één stap elektroformeren van het totale stencil is dat de hechting van de spanranddelen aan het vlakke stencildeel beter is, dan wanneer een dergelijk stencil in meerdere stappen zou worden opgebouwd. De eindsterkte van een integraal gevormd stencil met drukopeningen en spanrandde(e)1(en) volgens de uitvinding, in het bijzonder ter 20 plaatse van deze spanrandde(e)1(en) is voldoende om de spankrachten op te vangen.

Bij een verdere voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding i bezit een deelgroef in hoofdzaak een rechthoekige doorsnede. Een dergelijke rechthoekige doorsnede maakt het mogelijk de vorm van de 25 spanranddelen op de gewenste sterkte en dikte van het stencil af te stemmen. Bij een verdere gunstige uitvoering daarvan, welke in het bijzonder voor relatief dunne stencils is bedoeld, wordt de elektroformeringsstap uitgevoerd gedurende een vooraf bepaalde tijdsperiode, zodanig dat een spanranddeel in hoofdzaak een U-vorm 30 bezit. Een dergelijke U-vorm is sterker dan alleen een L-vormig haakdeel bij geringe dikte, terwijl tevens de benen van de U-vorm enigszins naar elkaar kunnen worden gebogen, hetgeen het inspannen in een spanprofiel kan vergemakkelijken. Bij voorkeur wordt de elektroformeringsstap uitgevoerd gedurende een vooraf bepaalde 35 tijdsperiode zodanig dat de dikte van een gevormd spanranddeel, gezien in een richting loodrecht op het lokale matrijsoppervlak, groter is dan de dikte van het vlakke stencildeel. Deze grotere dikte s van de spanranddelen, in het bijzonder de U-vorm, kan worden j verkregen door de stroomdichtheid te verhogen t.o.v. gebruikelijke ! 40 waarden. Des te hoger de stroomdichtheid, des te groter de 1028790 i • t - 5 - j verschillen in dikte van de metaalafzetting in de deelgroeven ten opzichte van het vlakke stencildeel. Verder kan de dikte van een spanranddeel worden gestuurd door langs de ten minste ene deelgroef een relatief groot oppervlak af te dekken met isolerend materiaal.

5 Met andere woorden de breedte van de isolerende baan kan worden benut om de dikte van een spanranddeel in te stellen.

Voor dikkere stencils wordt de elektroformeringsstap van het galvanisch afzetten van metaal met voordeel uitgevoerd gedurende een vooraf bepaalde tijdsperiode, zodanig dat een gevormd spanranddeel 10 een in hoofdzaak rechthoekige doorsnede bezit. Bij deze dikkere stencils wordt met voordeel de elektroformeringsstap zolang uitgevoerd, dat het groeifront van de metaalafzetting in de deelgroeven uiteindelijk gelijk is aan het groeifront van de metaalafzetting op het vlakke matrijsdeel van de elektroformerings-15 matrijs.

De dikte van het verkregen stencil ligt bij voorkeur in het gebied van 50 tot 300 micrometer.

Nikkel heeft in het bijzonder de voorkeur als elektroformeerbaar metaal, daar het een hoge hardheid bezit, waardoor 20 de stencils een langere levensduur bezitten dan de roestvast stalen, met behulp van een laser gesneden stencils. De elektroformeringsstap wordt daartoe met voordeel in een nikkelhoudend bad uitgevoerd.

Geschikte voorbeelden daarvan zijn zogeheten Watt's baden (omvattende nikkelchloride, nikkelsulfaat, boorzuur en een glansmiddel van de 25 eerste of tweede klasse) of een sulfonaatbad (omvattende nikkelchloride, nikkelsulfonaat, boorzuur en een glansmiddel van eerste of tweede klasse).

De breedte van een deelgroef ligt met voordeel in het gebied van enkele tientallen micrometers tot aan duizend micrometer, maar 30 wordt in hoofdzaak bepaald door de vormgeving en afmetingen van de sleufvormige opening in het spanprofiel, waarmee het vervaardigde stencil moet worden gebruikt.

Volgens een tweede aspect heeft de uitvinding betrekking op een geëlektroformeerd stencil uit massief metaal, omvattende een vlak 35 stencildeel, waarin drukopeningen zijn voorzien, die door het massieve metaal zijn begrensd en die te drukken drukposities bepalen, in het bijzonder voor toepassing voor het bedrukken van een kaart met gedrukte schakeling (PCB) met soldeerpasta, welk stencil langs de omtrek op afstand daarvan is voorzien van tenminste een spanranddeel.

40 Een dergelijk stencil kan met behulp van de hierboven beschreven 1 028790

I I

- 6 - werkwijze volgens de uitvinding worden verkregen, en bezit dezelfde voordelen. Ook de overige hierboven beschreven voorkeursuitvoeringsvormen van het stencil zijn hierbij van toepassing. In het bijzonder ligt de verhouding van de dikte van een 5 spanranddeel ten opzichte van de dikte van het vlakke stencildeel van het stencil in het gebied van 4:1 tot 1:1.

De uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand van de bijgevoegd tekening, waarin

Fig. 1 een aanzicht in perspectief van een uitvoeringsvorm van 10 een vlak stencil volgens de uitvinding toont;

Fig. 2 een voorbeeld van een spanprofiel toont;

Fig. 3 een stencil volgens de uitvinding vervaardigd in het spanprofiel volgens fig. 2 toont; en

Fig. 4-7 verschillende vormen van doorsneden van spanranddelen 15 tonen.

Fig. 1 toont een uitvoeringsvorm van een stencil 10 volgens de uitvinding, dat bestaat uit een in hoofdzaak vlakke dunne nikkelen plaat. Het stencil 10 omvat een vlak stencildeel 12, waarin drukopeningen 14 zijn voorzien, welke overeenkomen met de 20 drukposities voor het bedrukken van een substraat. Langs alle omtrekszijden 16 zijn op enige afstand daarvan spanranddelen 18 voorzien, die in de weergegeven uitvoeringsvorm een in hoofdzaak rechthoekige doorsnede bezitten. Begrepen zal worden dat de afmetingen van de drukopeningen 14 en van de spanranddelen 16 sterk 25 zijn vergroot. Desgewenst kunnen de hoeken van het stencil 10 verwijderd zijn, indien dit door de vormgeving van de opening in het spanprofiel is vereist.

Fig. 2 toont een voorbeeld van een spanprofiel 20, dat wordt toegepast met roestvast stalen laser gesneden stencils. Een stencil 30 wordt daarbij in de spansleuf 22 opgenomen en gezet.

Fig. 3 toont een samenstel van een stencil 10 volgens de uitvinding en een spanprofiel 20, waarbij het stencil 10 in de spansleuf 22 is geschoven. Een spanranddeel 18 haakt daarbij achter een bocht of hoek 24 die in de spansleuf 22 begrenzende wand 26 is 35 voorzien.

Fig. 4-7 tonen verschillende vormen van de doorsnede van een spanranddeel 18, zoals deze met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding kunnen worden vervaardigd. Fig. 4 toont een deel van een elektroformeringsmatrijs 30 met een vlak matrijsgedeelte 32 en een ! 40 deelgroef 34 met rechthoekige doorsnede. Op het gedeelte 32 zijn | 1028790 - 7 - isolerende gebieden 36 voorzien op posities van de in het te vervaardigen stencil 10 te vormen drukopeningen 14. Deze drukopeningen 14 zijn aldus in het gerede stencil 10 begrensd door metaal. Langs de buitenzijde van de deelgroef 34 en op enige afstand 5 daarvan is een isolerende baan 38 voorzien. Op deze matrijs 30 is tijdens de elektroformeringsstap het stencil 10 inclusief vlak stencildeel 12 en spanranddeel 18 in een stap gevormd door afzetting van metaal uit een elektroformeringsbad op het vlakke matrijsgedeelte 32 rondom de isolerende gebieden 36 en in de deelgroef 34 en tot aan 10 de isolerende baan 38. Fig. 5-7 tonen alleen het gevormde spanranddeel 18. De groefbreedte bedraagt in alle gevallen 600 micrometer. In fig. 4 heeft de doorsnede van spanranddeel 18 een U-vorm, waarbij de dikte van de benen 40 en de bodem 42 circa drie maal zo groot is als de dikte van het stencil 10 (ongeveer 50 micrometer). 15 Deze dikte is gestuurd met behulp van de stroomdichtheid. Zoals reeds eerder is gesteld, geldt des te hoger de stroomdichtheid des te groter de verschillen in dikte tussen het spanranddeel 18 en het vlakke stencildeel 12. Aan de buitenzijde van het U-vormige spanranddeel 18 bevindt zich nog een kort uitsteeksel 50. Dit is het 20 gevolg van het feit dat de isolerende baan 38 niet direct aangrenzend aan de deelgroef 34 is voorzien, omdat anders het aangrenzende been 40 onvoldoende zou aangroeien tijden de elektroformeringsstap. Door de afstand van de isolerende baan 38 tot de buitenzijde van de deelgroef 34, alsmede de breedte van de baan 38 te kiezen in 25 combinatie met de toegepaste stroomdichtheid kan de dikte van het U-vormige spanranddeel 18 worden gevarieerd vanaf het vereiste minimum tot geheel massief. Fig. 5 en 6 tonen andere voorbeelden van een in hoofdzaak U-vormige spanrand 18, waarbij het dikteverschil van de benen 40 en bodem 42 van de U-vorm ten opzichte van de dikte van het 30 vlakke stencildeel 12 kleiner is. Tenslotte toont fig. 7 een spanranddeel 18, dat geheel massief is en bij voorkeur wordt toegepast bij stencils waarvan de dikte in het bovengebied van de beschreven range ligt.

Het toegepaste elektroformeringsbad was een Watt's bad, 35 omvattende nikkelchloride=200 g/1, nikkelsulfaat=100 g/1, boorzuur=40g/l en glansmiddel van eerste klasse 10 ml/1. De pH van het bad bedroeg 4 en de temperatuur 50°C.

Het in fig. 4 weergegeven spanranddeel 18 werd vervaardigd bij 2 een stroomdichtheid van 8-10 A/dm , terwijl de in fig. 5 weergegeven 1028790 - 8 - delen werden gemaakt bij 4 A/dm2. De breedte van de lakbaan werd gevarieerd van ca. 1 mm (fig. 4) tot ongeveer 50 micrometer (fig.

7.) . Met voordeel wordt een brede baan gebruikt, en wordt de dikte van een spanranddeel ten opzichte van het vlakke stencildeel geregeld 5 door selectie van de toe te passen stroomdichtheid.

i 1028790

Claims (15)

1. Werkwijze voor het elektroformeren van een stencil (10) uit massief metaal met drukopeningen (14), die door het massieve metaal zijn begrensd en die te drukken drukposities bepalen, in het bijzonder voor toepassing bij het bedrukken van een kaart met 5 gedrukte schakeling (PCB) met soldeerpasta, welk stencil in spanprofielen (20) kan worden opgespannen, welke werkwijze de volgende stappen omvat: het verschaffen van een elektroformeringsmatrijs (30) uit j geleidend materiaal met een vlak matrijsgedeelte (32) in hoofdzaak 10 overeenkomend met het te vervaardigen stencil en met in hoofdzaak op ten minste een positie van een omtrekszijde van het te vervaardigen stencil een in het matrijsoppervlak voorziene deelgroef (34); het aanbrengen van isolerende gebieden (36) op het vlakke matrijsgedeelte (32) op de posities van de te vormen drukopeningen 15 (14); het aanbrengen van een isolerende baan (38) aan de buitenzijde van de deelgroef (34) op een vooraf bepaalde afstand daarvan; een elektroformeringsstap van het in een galvanisch bad afzetten van metaal op de elektroformeringsmatrijs (30) teneinde het 20 stencil (10) met drukopeningen (14) in een vlak stencildeel (12) en ten minste één spanranddeel (18) langs de omtrek van het stencil op de positie van de deelgroef (34) te vormen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij een deelgroef (34) in hoofdzaak een rechthoekige doorsnede bezit. 30

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij het stencil (10) met 25 drukopeningen (14) en spanranddeel (18) in één elektroformeringsstap wordt vervaardigd.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, waarbij de elektroformeringsstap wordt uitgevoerd gedurende een voorafbepaalde tijdsperiode zodanig dat een gevormd spanranddeel een in hoofdzaak U-vorm bezit.

4. Werkwijze volgens conclusie 2, waarbij de elektroformeringsstap wordt uitgevoerd gedurende een voorafbepaalde tijdsperiode zodanig dat de dikte van een gevormd spanranddeel (18), gezien in een 1 02 8790 - 10 - richting loodrecht op het lokale matrijsoppervlak, groter is dan de dikte van het vlakke stencildeel (12).

5. Werkwijze volgens conclusie 2, waarbij de elektroformeringsstap 5 wordt uitgevoerd gedurende een voorafbepaalde tijdsperiode zodanig dat een gevormd spanranddeel een in hoofdzaak rechthoekige doorsnede bezit.

6. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de 10 hoogte van de isolerende gebieden (36) groter is dan de dikte van het te vervaardigen stencil (10).

7. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de elektroformeringsstap wordt uitgevoerd gedurende een vooraf bepaalde 15 tijdsperiode zodanig dat het gevormde vlakke stencildeel (12) een dikte in het gebied van 50 tot 300 micrometer bezit.

8. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de elektroformeringsstap wordt uitgevoerd in een nikkelhoudend bad. 20

9. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de isolerende baan (38) een breedte heeft die groter is dan de breedte van de groef (34).

10. Geëlektroformeerd stencil (10) uit massief metaal omvattende een vlak stencildeel (12), waarin drukopeningen (14) zijn voorzien, die door het massieve metaal zijn begrensd en die te drukken drukposities bepalen, in het bijzonder voor toepassing voor het bedrukken van een kaart met gedrukte schakeling (PCB) met 30 soldeerpasta, welk stencil (10) langs de omtrek op afstand daarvan is voorzien van tenminste een spanranddeel (18).

11. Stencil volgens conclusie 10, waarbij een spanranddeel (18) een in hoofdzaak U-vorm bezit. 35

12. Stencil volgens conclusie 11, waarbij de diktes van de samenstellende delen (40, 42) van een U-vormig spanranddeel (18) groter zijn dan de dikte van het vlakke stencildeel (12) van het stencil (10) . 40 1 02 87 9 0 - 11 -

13. Stencil volgens conclusie 10, waarbij een spanranddeel (18) een in hoofdzaak rechthoekige doorsnede bezit.

14. Stencil volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het 5 massieve metaal nikkel omvat.

15. Stencil volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de verhouding van de dikte van een spanranddeel (18, 40, 42) ten opzichte van de dikte van het vlakke stencildeel (12) van het stencil 10 (10) ligt in het gebied van 4:1 tot 1:1. 1 028790