Wie kann der Abreißabstand für verschiedene Schablonen eingestellt werden?

Wenn Sie einen Lötpastendruckvorgang betreiben, wissen Sie bereits, dass selbst kleine Anpassungen Ihres Prozesses die Ausbeute beeinflussen oder verringern können – insbesondere, wenn es um den Abbrechabstand geht. Für diejenigen, die es noch nicht wissen: Der Abbrechabstand ist der Spalt zwischen der Schablone und der Leiterplatte (PCB) in dem Moment, in dem der Lotpastenrakel seinen Durchgang beendet. Zu fest, und die Schablone schleift über die Platine, verschmiert die Paste auf den Pads, verursacht Kurzschlüsse oder hebt sogar Komponenten mit feinem Rastermaß an. Zu locker, und die Paste lässt sich nicht richtig übertragen, was zu trockenen Verbindungen oder offenen Kreisläufen führt, die Zeit und Material verschwenden. Während meiner 12-jährigen Tätigkeit als technischer Leiter bei einem Anbieter von Lotpastendruckern habe ich erlebt, wie Teams ganze Produktionsläufe verschrotteten, weil sie eine einheitliche Abbrecheinstellung verwendeten. Die gute Nachricht ist: Das Anpassen dieses Abstands für verschiedene Schablonen ist nicht so kompliziert, wie es sich anhört – wenn Sie erst einmal verstanden haben, wie sich das Schablonendesign, das Material und Ihr spezifischer Drucker auf die Gleichung auswirken.

Lassen Sie uns zunächst klarstellen, womit wir arbeiten. Ich erwähne das, weil ich ständig mit Neukunden spreche, die die Schablonentypen verwechseln, und diese Verwirrung ist der Hauptgrund dafür, dass sie das Abbrechen falsch machen. Schablonen gibt es in drei Kernformen für SMT: elektrogeformtes Nickel (hochpräzise, ​​dünne Wände, üblich für Fine-Pitch-ICs), lasergeschnittener Edelstahl (haltbar, vielseitig, funktioniert für die meisten Standardplatinen) und geätzte Schablonen (billiger, aber weniger präzise, ​​hauptsächlich für Prototypen in kleinen Stückzahlen). Jedes davon hat unterschiedliche Dicken, Öffnungsgeometrien und Steifigkeit – allesamt hat dies einen direkten Einfluss darauf, wie viel Abbrechabstand Sie benötigen. Fügen Sie variable Schablonenfunktionen wie Aufsätze, Fasen oder Schienendesigns hinzu, und plötzlich ist Ihre Abbrecheinstellung alles andere als universell.

Beginnen wir mit dem häufigsten Szenario: Standard-Laserschnitt-Edelstahlschablonen, das Arbeitstier für die meisten SMT-Läufe mittlerer Stückzahl. Diese Schablonen sind normalerweise 0,1 mm bis 0,2 mm dick und verfügen über rechteckige oder quadratische Öffnungen für Widerstände, Kondensatoren und andere bleifreie Standardkomponenten. Bei diesen liegt der Sweet Spot für das Abbrechen typischerweise bei 0,2 mm bis 0,3 mm, aber das ist nur eine Grundlinie. Warum? Weil lasergeschnittene Schablonen starr sind und sich daher von selbst kaum verbiegen. Wenn der Rakel darüber zieht, benötigt die Schablone gerade genug Abstand, damit die Lotpaste sauber und ohne Schleifen übertragen werden kann. Ich erinnere mich an einen Kunden vor ein paar Jahren, der 10.000 Platinen pro Woche mit 0,15-mm-Laserschablonen bedruckte und monatelang bei der 0,2-mm-Abbrechschablone blieb – bis er auf Fine-Pitch-ICs umstieg. Nachdem sie QFIs mit einem Rastermaß von 0,4 mm zu ihrer Linie hinzugefügt hatten, führte ihre Einstellung von 0,2 mm dazu, dass die Schablone auf den winzigen IC-Pads schleifte, wodurch 15 % der Verbindungen offen blieben. Wir haben ihre Abbrechkraft auf 0,25 mm angepasst und die Rate offener Verbindungen ist auf unter 1 % gesunken. Der Schlüssel hier ist: Standardschablonen haben eine gleichbleibende Steifigkeit, sodass für die meisten Anwendungen nur kleine Anpassungen (0,05-mm-Schritte) erforderlich sind.

Als nächstes: elektrogeformte Nickelschablonen, der Goldstandard für hochpräzise Anwendungen wie IC-Gehäuse oder Fine-Pitch-Komponenten. Diese Schablonen sind viel dünner – normalerweise 0,05 mm bis 0,1 mm – und verfügen über äußerst präzise, ​​in die Seitenwand geätzte Öffnungen, die genau zum IC-Pad-Design passen. Hier ist der Haken: Elektrogeformte Schablonen sind weitaus weniger steif als lasergeschnittener Stahl, sodass ein zu großer Abbrechabstand zu einer „Schablonendurchbiegung“ führt. Das heißt, wenn Sie die Schablone von der Platine abheben, verbiegt sie sich an den Kanten und zieht die Lötpaste aus den winzigen Pad-Öffnungen, anstatt sie intakt zu lassen. Bei elektrogeformten Schablonen muss der Abbrechabstand kleiner sein – normalerweise 0,1 mm bis 0,2 mm. Ich empfehle immer, dies zuerst auf einer Dummy-Platine zu testen, wenn Sie auf Elektroformung umsteigen. Im letzten Quartal schickte mir ein Kunde, der Radarmodule für die Automobilindustrie herstellte (die ICs mit einem Rastermaß von 0,2 mm verwenden), eine Nachricht, dass die Verbindungen inkonsistent seien. Sie hatten die Abbrechstärke auf 0,3 mm eingestellt, weil das für ihre Laserschablonen funktionierte und die dünne elektrogeformte Schablone sich so stark verformte, dass 20 % der IC-Pads überhaupt keine Paste hatten. Wir führten sie durch einen kurzen Test: Stellen Sie den Snap-Off auf 0,1 mm ein, drucken Sie 10 Testplatinen, überprüfen Sie die Pastenübertragung und verschieben Sie ihn dann bei Bedarf um 0,02 mm. Sie erzielten perfekte Ergebnisse bei 0,15 mm und ihre Ausbeute stieg an einem Nachmittag von 75 % auf 99 %. Das ist der Unterschied zwischen dem Verstehen des Schablonenmaterials und dem Raten.

Dann gibt es Spezialschablonen – Stufenschablonen, abgeschrägte Schablonen und Schablonen mit benutzerdefinierten Merkmalen für Hochleistungskomponenten. Stufenschablonen haben beispielsweise Bereiche, die dicker oder dünner sind, um mehr Paste auf große Leistungspads und weniger auf kleine Signalpads aufzutragen. Diese sind heutzutage sehr verbreitet, da Produkte wie Smartphones und Elektrofahrzeuge mehr Leistung auf kleinerem Raum unterbringen. Bei Stufenschablonen hängt der Abbrechabstand von der Höhe der Stufe ab. Wenn Sie eine 0,1-mm-Basisschablone mit einer 0,1-mm-Stufe auf den Power-Pads haben, benötigen Sie eine größere Abbrechschablone (0,3 mm bis 0,4 mm), da der Stufenbereich weiter von der Platine entfernt ist. Wenn Ihr Snap-Off zu klein ist, schleift die untere Basisschablone über die Platine, während die Stufe darüber bleibt, und verschmiert Paste auf den Signalpads. Ich hatte vor einem Jahr einen Kunden, der an Batteriemanagementsystemen für Elektrofahrzeuge arbeitete und Stufenschablonen für seine BMS-Leiterplatten verwendete. Sie stellten ihre Abbrechkraft ursprünglich auf 0,2 mm ein und ihre Power-Pad-Verbindungen waren kurzgeschlossen, weil die untere Basis der Schablone beim Anheben die Platine berührte. Sobald wir den Snap-Off auf 0,35 mm eingestellt hatten, verschwand der Widerstand und die Kurzzeitrate sank auf nahezu Null. Abgeschrägte Schablonen sind ein weiteres Biest – ihre konischen Öffnungen erfordern einen etwas kleineren Abbruch (0,15 mm bis 0,25 mm), da die Abschrägung die Freisetzung der Paste erleichtert. Ein zu großer Spalt bedeutet also, dass die Paste weggezogen wird, bevor sie vollständig aufgetragen ist.

Dies ist nicht nur schablonenspezifisch, sondern auch Ihr Drucker. Ich sehe, dass viele Leute dies übersehen, weil sie davon ausgehen, dass alle Drucker mit den gleichen Snap-Off-Einstellungen umgehen können, aber das stimmt nicht. Wenn Sie a verwendenManueller SiebdruckerBei Prototypenläufen mit geringem Volumen ist Ihr Abbrechbereich dadurch begrenzt, wie weit Sie die mechanischen Schrauben verstellen können, normalerweise 0,1 mm bis 0,5 mm. Für die Massenproduktion ist eine automatisierteMaschine zur Herstellung elektronischer SMT-Komponentenverfügt über motorisierte Snap-Off-Einstellungen, mit denen Einstellungen auf 0,01 mm genau eingestellt werden können, was für Arbeiten mit feiner Tonhöhe von entscheidender Bedeutung ist. Selbst unter automatisierten Druckern gibt es hochpräzise Modelle wie denMehrschicht-PCB-Maschine Hochpräzise SMT-MaschineSie verfügen über Linearmotoren, die die Parallelität des Abbruchvorgangs über die gesamte Schablone hinweg steuern, sodass sich nicht eine Seite der Schablone schneller anhebt als die andere, was zu einer ungleichmäßigen Pastenübertragung führt. Für komplexe Aufgaben wieIndustrielle intelligente Produktionslinie für die IC-HerstellungProduktionslinien, in denen sich die Schablonen täglich je nach Komponentencharge ändern, sind programmierbare Abbrecheinstellungen, die sich je nach Schablonentyp automatisch anpassen, von entscheidender Bedeutung.

Kommen wir zur Praxis: Wie können Sie dies testen und anpassen, anstatt einfach nur von Zahlen auszugehen? Mein Team und ich lehren einen schnellen 5-Schritte-Test für jede neue Schablone oder jeden neuen Auftrag, und wir haben damit die Rüstzeit für unsere Kunden um 30 % verkürzt. Bereiten Sie zunächst eine Testplatine mit einer Reihe von Komponenten vor: einem Fine-Pitch-IC, einem Standardwiderstand und einem großen Power-Pad. Zweitens stellen Sie Ihren anfänglichen Abbruch auf die Grundlinie Ihrer Schablone ein (0,2 mm für Laser, 0,15 mm für Elektroformung). Drittens führen Sie einen vollständigen Rakeldurchgang durch und schauen Sie sich dann die Schablone auf der Platine an, bevor Sie sie anheben. Wenn Sie sehen, dass die Lötpaste außerhalb der Öffnungen auf der Schablone verschmiert, ist Ihre Abbrechvorrichtung zu fest. Wenn Sie beim Anheben kleine Lücken oder fehlende Paste in den Öffnungen sehen, ist Ihr Snap-Off zu locker. Viertens nehmen Sie die Anpassung jeweils um 0,05 mm vor und drucken Sie die Testplatine jedes Mal neu, bis Sie eine saubere, vollständige Pastenübertragung über alle Pad-Typen hinweg erhalten. Führen Sie fünftens eine Nachkontrolle durch: Zählen Sie die Anzahl der offenen Verbindungen und Kurzschlüsse an 50 aufeinanderfolgenden Dielen. Wenn es unter Ihrem Zielwert liegt (wir empfehlen für die meisten Jobs weniger als 0,5 %), sind Sie in Ordnung. Wenn nicht, nehmen Sie eine Anpassung in Schritten von 0,02 mm vor, da kleine Änderungen große Unterschiede bei Arbeiten mit feiner Tonhöhe bewirken.

Ich sollte auch häufige Fehler erwähnen, die selbst erfahrene Teams machen. Ein großes Problem ist, dass der Schablonenverschleiß nicht berücksichtigt wird. Nach mehr als 10.000 Drucken werden Schablonen zerkratzt, verbeult oder die Öffnungen sind abgenutzt. Eine leicht abgenutzte Schablone überträgt die Paste anders als eine nagelneue, daher müssen Sie mit zunehmendem Alter der Schablone möglicherweise den Abstand um 0,05 mm erhöhen. Ein weiterer Fehler besteht darin, den PCB-Verzug zu ignorieren. Leiterplatten mit hoher Dichte, insbesondere für Elektrofahrzeuge oder die Luft- und Raumfahrt, können sich beim Erhitzen während des Reflow-Lötens leicht verziehen. Wenn sich Ihre Leiterplatte also verzieht, benötigen Sie eine größere Abbrechplatte, um zu verhindern, dass die Schablone an den erhöhten Kanten schleift. Ein Kunde aus der Luft- und Raumfahrtbranche erzählte mir letztes Jahr, dass seine verzogenen Leiterplatten zu 2 % offenen Verbindungen führten, bis wir 0,1 mm zur Abklinkeinstellung hinzufügten – das Problem war innerhalb von Minuten gelöst. Vergessen Sie auch nicht, die Parallelität des Abbrechvorgangs zu überprüfen, nicht nur den Gesamtabstand. Wenn die Schablone beim Anheben kippt, hat eine Seite einen zu großen Spalt und die andere einen zu kleinen, was zu ungleichmäßigen Drucken führt. Die meisten modernen Drucker verfügen über einen Füllstandssensor, um dies automatisch anzupassen. Bei manuellen Druckern müssen Sie die Schrauben jedoch jedes Mal gleichmäßig von Hand festziehen.

Warum ist das auf lange Sicht wichtig? Durch die richtige Einstellung des Abbrechvorgangs werden nicht nur kurzfristige Ertragsprobleme behoben, sondern auch Materialverschwendung reduziert, die Nacharbeitszeit verkürzt und die Lebensdauer Ihrer Schablonen verlängert. Wenn Sie eine lockere Einstellung verwenden, die die Schablone zieht, zerkratzen Sie bei jedem Druck die Seitenwände der Schablone, was einen früheren Austausch erforderlich macht. Wir hatten einen Kunden, der monatlich 50.000 Platinen mit Laserschablonen bearbeitete und diese aufgrund von Schleifschäden alle sechs Monate austauschte. Nachdem der Abbrechmechanismus auf die korrekten 0,25 mm eingestellt wurde, hielten die Schablonen 18 Monate, wodurch sie über 12.000 US-Dollar pro Jahr an Schablonenkosten einsparten. Das ist die Art von ROI, die Prozessanpassungen lohnenswert macht.

Letztlich gibt es keinen universellen Abreißabstand – jede Schablone, jeder Drucker und jeder Auftrag hat seinen eigenen Sweet Spot. Der Schlüssel liegt darin, über bloße Vermutungen hinauszugehen und Ihre Einstellungen mit dem Schablonenmaterial, dem Design und Ihrer spezifischen Ausrüstung zu verknüpfen. Wenn Sie immer noch die gleiche Abbrecheinstellung wie vor fünf Jahren verwenden, selbst wenn Ihre Schablonen oder Komponenten geändert wurden, lassen Sie Ertrag und Geld auf dem Tisch.

Wenn Sie Ihren Prozess verfeinern möchten oder Fragen zu den Abbrucheinstellungen für einen bestimmten Schablonentyp oder eine bestimmte Produktionslinie haben, steht Ihnen unser Team gerne zur Seite. Wir arbeiten mit Kunden zusammen, von kleinen Prototypenwerkstätten bis hin zu großen Automobilfertigungsanlagen, und helfen ihnen, jeden Teil des Lötdruckprozesses für maximale Ausbeute und Effizienz einzubeziehen. Kontaktieren Sie unser Team, um Ihre Schablonenanforderungen zu besprechen, Ihre aktuellen Einstellungen zu testen oder zu erfahren, wie unsere Ausrüstung Ihren Betrieb unterstützen kann.

Referenzen

1. „Richtlinien für das Schablonendesign für den Lotpastendruck“, IPC Association Connecting Electronics Industries, 2022.
2. „Parameter des Lotpastendruckprozesses: Abreißabstand und Rakeldruck“, Journal of Surface Mount Technology, Bd. 34, Nr. 2, 2021.
3. „Hochpräziser Schablonendruck für Fine-Pitch-ICs“, International Journal of Manufacturing Research, Bd. 16, Nr. 4, 2020.