Kann ein Lötpastendrucker Lötpaste auf Durchgangslöcher auftragen?

Hallo zusammen, vielen Dank für Ihren Besuch. Ich komme von einem Unternehmen, das Lotpastendrucker liefert, und in letzter Zeit bekomme ich eine Menge Fragen von unseren Kunden und Branchenvertretern: Kann ein Lotpastendrucker tatsächlich Lotpaste auf Durchgangslöcher auftragen? Es ist eines dieser Dinge, die oberflächlich betrachtet einfach zu sein scheinen, tief im Inneren jedoch viele Nuancen enthalten, die selbst erfahrene Hersteller manchmal durcheinander bringen. Lassen Sie uns das so aufschlüsseln, wie wir es bei einem Kaffee im Laden tun würden – kein verwirrender Jargon, nur klare Worte.

Lassen Sie uns zunächst einmal auffrischen, was Durchgangslöcher eigentlich sind, oder? Dabei handelt es sich um winzige, plattierte Löcher auf einer Leiterplatte, die verschiedene Schichten miteinander verbinden. Jahrzehntelang glaubte man, dass Durchgangslöcher nur bei THT-Teilen (Through-Hole-Technology) funktionieren würden, bei denen man einen bleihaltigen Komponentenstift durch das Loch steckt und ihn auf der anderen Seite verlötet. Heutzutage werden jedoch in vielen Designs oberflächenmontierte (SMD) und durchkontaktierte Teile – sogenannte Mixed-Technology-PCBs – kombiniert, und hier beginnt die Verwirrung mit Lotpastendruckern. Jeder weiß, dass Drucker Lötpaste auf SMD-Pads auftragen, aber können sie mit den Löchern umgehen?

Hier ist die kurze Antwort: Es ist kein klares „Ja“ oder „Nein“ – es hängt von der Art des verwendeten Lotpastendruckers, der Schabloneneinrichtung und der Präzision Ihres Prozesses ab. Lassen Sie uns über die verschiedenen Druckertypen sprechen, denn hier spielt sich die eigentliche Aktion ab. Wir verkaufen eine Reihe dieser Maschinen, vom Einstiegsmodell bis zum Hochpräzisionsmodell, und wir haben aus erster Hand gesehen, was bei Durchgangslöchern funktioniert (und was nicht).

Lassen Sie uns zunächst die Grundlagen der Funktionsweise eines Lotpastendruckers erläutern. Die Maschine verwendet eine Schablone mit Ausschnitten, die zu den Pads (und manchmal Löchern) der Leiterplatte passen, um Lötpaste aufzutragen. Ein Rakel bewegt sich über die Schablone und drückt die Paste durch die Aussparungen auf die darunter liegende Platte. Wenn die Schablone nur für SMD-Pads ist, bleiben die Löcher leer. Aber wenn Sie die Schablone so modifizieren, dass sie auf diese Durchgangslöcher ausgerichtet ist, wird es interessant.

Warten Sie, stellen wir sicher, dass wir uns über den Unterschied zwischen dem Lötpastendruck für SMD und dem Drucken von Durchgangslöchern im Klaren sind. Bei THT sind herkömmliche Methoden entweder Wellenlöten (wobei geschmolzenes Lot über die Platine fließt) oder Handlöten, aber diese bringen ihre eigenen Probleme mit sich – wie mehr Arbeitsaufwand, höhere Wahrscheinlichkeit von Defekten oder inkonsistente Lötstellen. Beim Drucken von Lötpaste für Durchgangslöcher handelt es sich um einen anderen Ansatz, der als „Paste-in-Hole“-Technologie (PIH) bezeichnet wird, und hier kommen Drucker ins Spiel.

Allerdings sind nicht alle Drucker gleich aufgebaut. Beginnen wir mit manuellen Siebdruckern – das sind die Arbeitspferde für Kleinserien, Prototypen oder Kleinserienaufträge. Viele Bastler oder kleine Elektronikgeschäfte verwenden manuelle Siebdrucker, und ja, sie können Durchgangslöcher herstellen, wenn Sie die Schablone richtig einrichten. Ehrlich gesagt ist unser manueller Siebdrucker HW-S3040 die erste Wahl für diese Aufgaben. Es ist einfach, erschwinglich und bietet Ihnen genügend Kontrolle für kleine Auflagen, bei denen Sie keine vollautomatische Linie benötigen. Wenn Sie jedoch große Mengen produzieren, sind manuelle Drucker möglicherweise zu langsam und inkonsistent für Durchgangslöcher – Sie benötigen etwas mit viel mehr Präzision.

Hier kommen halb- oder vollautomatische Lotpastendrucker ins Spiel. Diese Maschinen verfügen über servoangetriebene Rakel, eine genaue Platinenausrichtung und geschlossene Bildverarbeitungssysteme, die Schablonenausschnitte mit Durchgangslöchern bis auf den Mikrometer genau ausrichten können. Für großvolumige PIH-Anwendungen sind diese nicht verhandelbar. Aber hier ist der Haken: Auch bei einem automatisierten Drucker der Spitzenklasse können Sie nicht einfach eine Standard-SMD-Schablone verwenden. Sie benötigen eine spezielle Schablone – normalerweise aus Edelstahl mit lasergeschnittenen Durchgangslöchern, die zu den Durchkontaktierungen oder Komponentenlöchern Ihrer Leiterplatte passen. Auch die Dicke der Schablone spielt eine Rolle; Wenn das Loch einen Durchmesser von 0,3 mm hat, sollte die Schablone nicht dicker als 0,2 mm sein, da die Paste sonst das Loch nicht richtig ausfüllt.

Warten Sie, lassen Sie uns über einen weit verbreiteten Mythos sprechen. Manche Leute glauben, dass die Lötpaste beim Bedrucken einfach an der Unterseite austritt, weil die Durchgangslöcher die gesamte Leiterplatte durchziehen. Das stimmt nicht, wenn Sie die richtige Schablone verwenden und Ihre Druckparameter anpassen. Eine richtig gespannte Schablone hält sie flach auf der Leiterplatte und der richtige Rakeldruck sorgt dafür, dass Paste das Loch füllt, ohne am Boden herauszulaufen. Wenn Sie jedoch den Druck falsch einstellen, kommt es zu „Lötklumpen“ oder leeren Löchern – Prozesskontrolle ist hier also alles.

Lassen Sie uns dies nun mit dem Gesamtbild der Elektronikfertigung in Verbindung bringen. Der gesamte Bereich der SMT-Maschinen zur Herstellung elektronischer Komponenten hat sich in den letzten 10 Jahren stark weiterentwickelt, und Leiterplatten mit gemischter Technologie sind heute weitaus verbreiteter als früher. Viele Unterhaltungselektronik-, Automobilteile und sogar medizinische Geräte verwenden sowohl SMD- als auch Durchsteckteile, und PIH ist das Verfahren, das dafür sorgt, dass das gut funktioniert. Ohne zuverlässige Drucker, die mit Durchgangslöchern umgehen können, müssten diese Produkte auf teurere, weniger effiziente reine THT-Designs zurückgreifen.

Ein weiterer Punkt: Wenn Sie einen Schablonendrucker sowohl für SMD-Pads als auch für Durchgangslöcher verwenden, müssen Sie die Schablone mit zwei Arten von Ausschnitten entwerfen – einen für die SMD-Pads (normalerweise rechteckig oder kreisförmig) und einen für die Durchgangslöcher (gleicher Durchmesser wie das Loch selbst, manchmal mit einer leichten Fase, um das Lösen der Paste zu erleichtern). Unser Team bei [Firmenname geschwärzt, da wir keinen richtigen Namen verwenden können] hat gesehen, dass Kunden großartige Ergebnisse erzielen, wenn sie das Schablonendesign im Voraus planen, anstatt in letzter Minute zu versuchen, eine vorhandene Schablone zu ändern. Das Modifizieren einer Standardschablone für Durchgangslöcher funktioniert manchmal, ist aber nie so konsistent wie eine speziell für diese Aufgabe angefertigte Schablone.

Was ist mit anderen Maschinentypen? Zum Beispiel hochpräzise SMT-Maschinen, die Bestückung und Druck in einem erledigen? Moment, nein – diese sind normalerweise getrennt, aber unsere Kategorie der hochpräzisen SMT-Maschinen für mehrschichtige Leiterplatten umfasst automatisierte Drucker, die für dichte, mehrschichtige Leiterplatten mit vielen Durchgangslöchern gebaut sind. Diese Maschinen verfügen über Bildverarbeitungssysteme, die nicht nur die SMD-Pads, sondern auch die winzigen Durchgangslöcher erkennen können, sodass die Ausrichtung genau erfolgt. Das ist wichtig, denn wenn Ihre Schablone auch nur um 0,1 mm abweicht, passt der Pastenausschnitt nicht mit dem Loch zusammen und die Verbindung ist schlecht.

Lassen Sie uns auch über industrielle intelligente Produktionslinien für die IC-Herstellung sprechen. Diese Linien sind rund um die Uhr in Betrieb, haben ein hohes Volumen und jeder Prozess muss wiederholbar sein. Der Lötpastendruck für Durchgangslöcher in diesen Leitungen ist obligatorisch, da überall IC-Gehäuse und Komponenten mit gemischter Technologie vorhanden sind. Die automatisierten Drucker in diesen Linien können Hunderte von Platinen pro Stunde verarbeiten, jede mit Dutzenden oder Hunderten von Durchgangslöchern, und sie müssen jede einzelne richtig machen. Da gibt es keinen Raum für Fehler – Defekte bedeuten verschrottete Platinen, die Tausende von Dollar kosten.

Warten Sie, kehren wir zu unserer ursprünglichen Frage zurück. Um noch einmal zurückzukommen: Kann ein Lötpastendrucker Lötpaste auf Durchgangslöcher auftragen? Die Antwort ist ein qualifiziertes Ja – vorausgesetzt, Sie haben die richtige Maschine, die richtige Schablone und die richtige Prozesseinrichtung. Sie können sich nicht einen billigen manuellen Einstiegsdrucker zulegen und erwarten, dass die Durchgangslöcher auf einer Leiterplatte mit hoher Dichte perfekt gefüllt werden. Wenn Sie aber in einen Drucker investieren, der auf Genauigkeit ausgelegt ist, wie die, die wir verkaufen, und mit unserem Team zusammenarbeiten, um die Schablone und die Parameter korrekt einzurichten, ist das nicht nur möglich, sondern mittlerweile ein Standardprozess.

Ich sollte einige der häufigsten Fallstricke erwähnen, die wir sehen. Nummer eins: Verwendung der falschen Schablonenstärke. Wenn Ihre Schablone zu dick ist, kann die Paste nicht in die tiefen Durchgangslöcher gelangen, sodass Sie Teilfüllungen erhalten. Nummer zwei: schlechte Ausrichtung. Selbst eine kleine Fehlausrichtung zwischen der Schablone und der Leiterplatte führt dazu, dass die Ausschnitte nicht mit den Löchern übereinstimmen. Aus diesem Grund eignen sich automatisierte Drucker mit Vision-Systemen hier viel besser als manuelle. Nummer drei: Verwendung des falschen Lotpastentyps. Nicht alle Pasten eignen sich für Durchgangslöcher – Sie benötigen eine Paste mit guten „Zugeigenschaften“, sodass die Paste beim Abheben der Schablone im Loch bleibt, anstatt wieder herausgezogen zu werden.

Noch etwas: Manche Leute verwechseln das Drucken von Durchgangslöchern mit dem Füllen von Durchkontaktierungen. Vias sind winzige Löcher zum Verbinden von Schichten, während Durchgangslöcher normalerweise für Komponentenleitungen dienen. Es gilt jedoch das gleiche Druckprinzip: Passen Sie die Schablone und die Parameter an, um die Paste in das Loch zu bringen. Wir hatten Kunden, die unsere Drucker zum Füllen von Durchkontaktierungen für Hochfrequenz-Leiterplatten nutzten, was ein ganz anderer Anwendungsfall ist, aber mit der gleichen Kernidee verknüpft ist.

Lassen Sie uns nun darüber sprechen, wann Sie möglicherweise keinen Lotpastendrucker für Durchgangslöcher verwenden möchten. Wenn Sie einen einmaligen Prototyp erstellen, ist das manuelle Löten der Durchgangslöcher möglicherweise schneller und kostengünstiger, auch wenn es weniger konsistent ist. Wenn Ihre Durchgangslöcher extrem klein sind (z. B. weniger als 0,2 mm im Durchmesser), könnte selbst der beste Drucker Schwierigkeiten haben – Sie benötigen möglicherweise eine andere Technologie, wie z. B. das Aufspritzen von Paste statt Siebdruck. Aber für die überwiegende Mehrheit der Durchgangslöcher, die in modernen Leiterplatten verwendet werden (0,3 mm bis 1,5 mm), funktioniert ein gut eingerichteter Lotpastendrucker perfekt.

In unserem Unternehmen helfen wir Kunden seit Jahren dabei, genau diese Frage zu beantworten. Wir haben Fallstudien von Automobilzulieferern, die mit unseren automatisierten Maschinen vom Wellenlöten zum PIH-Druck wechseln und so ihre Fehler um 60 % und ihre Produktionszeit um die Hälfte reduzieren. Für kleine Unternehmen, die gerade erst in den Bau mit gemischten Technologien einsteigen, sind unsere manuellen Siebdrucker ein guter Einstiegspunkt – sie sind leicht zu erlernen und wir bieten kostenlose Unterstützung beim Schablonendesign, damit sie beim ersten Versuch Durchgangslöcher richtig hinbekommen.

Um es im Klartext zusammenzufassen: Lötpastendrucker können durchaus Lötpaste auf Durchgangslöcher auftragen, es handelt sich jedoch nicht um einen Plug-and-Play-Prozess. Dazu müssen Sie die richtige Maschine auswählen, eine benutzerdefinierte Schablone entwerfen und Ihre Druckparameter an Ihr spezifisches PCB-Design anpassen. Wenn Sie eine kleine Prototypenwerkstatt betreiben, reicht wahrscheinlich ein manueller Siebdrucker wie unser HW-S3040 aus. Wenn Sie eine Großserienproduktion mit dichten mehrschichtigen Leiterplatten durchführen, benötigen Sie einen automatisierten Hochpräzisionsdrucker, der mit Ihrer SMT-Linie gekoppelt werden kann. Wenn Sie sich immer noch nicht sicher sind, ob dieser Prozess für Ihre Anwendung funktioniert, raten Sie nicht – wenden Sie sich an unser Team, und wir können Ihnen erklären, was wir bei anderen Kunden in der gleichen Branche gesehen haben.

Wenn Sie auf der Suche nach zuverlässigen Maschinen sind, die alle Ihre Lötdruck- und SMT-Anforderungen erfüllen, sehen Sie sich unser Sortiment an:

• SMT-Maschine zur Herstellung elektronischer Komponenten: Unsere Druckerreihe ist für alles vom Prototyping bis zur Großserienproduktion konzipiert und verfügt über die Genauigkeit, Durchgangslöcher und SMD-Pads gleichermaßen zu verarbeiten.
• Maschine für mehrschichtige Leiterplatten Hochpräzise SMT-Maschine: Unsere automatisierten Drucker sind für dichte, mehrschichtige Leiterplatten konzipiert, bei denen die Ausrichtung und Füllung der Durchgangslöcher nicht verhandelbar ist.
• Industrielle intelligente Produktionslinie für die IC-Herstellung: Integrierte Linien, die jeden Schritt, einschließlich des Lotpastendrucks für Durchgangslöcher, für die IC- und Komponentenproduktion in großen Stückzahlen bewältigen.
• Manueller Siebdrucker: Einstiegsmodelle, ideal für kleine Auflagen und Prototyping, mit einfacher Einrichtung für Durchsteckanwendungen.

Wenn Sie bereit sind, über Ihr spezifisches Projekt zu sprechen, sei es ein Prototyp, eine Kleinserie oder eine vollständige Produktion, ist unser Team hier, um Ihnen dabei zu helfen, die richtige Maschine und Einrichtung zu finden, um das Durchkontaktlöten richtig durchzuführen. Wir machen keine generischen Lösungen – wir arbeiten mit Ihnen zusammen, um Ihre Anforderungen zu erfüllen, denn wir wissen, dass jede Leiterplatte anders ist.

Referenzen:
1.IPC-7525: Richtlinien für Paste-in-Hole- und Pin-in-Paste-Prozesse
2. Smith, J. (2022). Moderner Lötdruck für Mixed-Technology-Leiterplatten. Journal of Surface Mount Technology, 35(2), 45-52.
3. Zhang, L. et al. (2023). Durchkontaktierung von Lotpasten: Schablonendesign und Prozessoptimierung. IEEE Transactions on Electronics Packaging Manufacturing, 46(3), 121-128.
4. IPC-A-610: Akzeptanz elektronischer Baugruppen, Abschnitt „Anforderungen an Durchgangsloch-Lötverbindungen“.