Delphine 5504
Geeignet für
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Der Schablonendruck ist die am häufigsten verwendete Methode zum Auftragen von Lotpaste auf die Pads einer Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) in der SMT-Fertigungslinie (Surface Mount Technology) in der Elektronikfertigung. Nach dem Schablonendruck werden die SMD-Bauteile (Surface Mount Device) mit ihren lötbaren Anschlüssen auf die Lotpaste bestückt und die Leiterplatte wird durch einen Reflowofen transportiert, wo die Bauteile mit der Leiterplatte verlötet werden. Der Schablonendruck kann auch zum Auftragen von Lotpaste in Durchkontaktierungen für die 'Pin-in-Paste'- Technologie (PiP, Intrusive Reflow) verwendet werden, wo durchkontaktierte Bauteile im Reflowlötverfahren gelötet werden. Der Schablonendruck kann auch verwendet werden, um SMT-Kleber auf die Leiterplatte aufzutragen. Die SMD-Bauteile werden mit ihrem Körper auf den Kleber gelegt, der in einem Reflowofen ausgehärtet wird. Danach werden die auf die Leiterplatte geklebten SMD-Bauteile in einem Wellenlötverfahren gelötet. Die Leiterplatte wird gegen eine Schablone gedruckt, die mit Öffnungen versehen ist, in die die Lotpaste gerakelt werden muss. Auf der Schablone befindet sich ein Volumen an Lotpaste. Ein Rakel wird mit einem bestimmten Druck auf die Schablone gesenkt. Die Rakel bewegt sich mit einer bestimmten Druckgeschwindigkeit über die Schablone. Dadurch rollt die Lotpaste in die Öffnungen. Die Druckgeschwindigkeit kann durch den gewünschten Durchsatz bestimmt werden was typisch ist Fertigungen mit hohem Durchsatz, aber sie kann auch durch die verwendete Lotpaste begrenzt werden. Diese Geschwindigkeit kann von 20-150 mm/s variieren. Sobald die gewünschte Geschwindigkeit festgelegt ist, muss ein Rakeldruck für diese Druckgeschwindigkeit bestimmt werden. Höhere Geschwindigkeiten erfordern höhere Rakeldrücke. Der richtige Druck ist der Mindestdruck, der erforderlich ist, um nach dem Druck eine saubere Schablone zu erhalten, d.h. alle überschüssige Lotpaste wurde durch den Rakel entfernt. Die Leiterplatte wird vertikal von der Schablone wegbewegt, die Lotpaste löst sich von der Schablone und die Pads der Leiterplatte haben Lotpastendepots. Ziel ist es, ein gut definiertes Druckergebnis zu erzielen, bei dem sich die gesamte Lotpaste von der Schablone gelöst hat und keine Lotpaste zwischen Schablone und Leiterplatte gepresst wurde. Das Ablösen der Lotpaste ist bei kleineren Öffnungen und dickeren Schablonen selbstverständlich schwieriger. Einige Designregeln besagen, dass das Verhältnis zwischen der Oberfläche der Öffnung und der Oberfläche der Seiten ('Wände') der Öffnung vorzugsweise nicht kleiner als 0,6 sein sollte. Die Qualität der Schablone ist ein wichtiger Parameter für eine gute Pastenauslösung. An rauen Seiten haftet die Lotpaste eher. Es gibt verschiedene Arten von Schablonen. Die beliebteste ist die Edelstahlschablone mit lasergeschnittenen Öffnungen, die anschließend durch einen chemischen Prozess geglättet werden. Manchmal werden sie mit einer Beschichtung behandelt, damit die Paste besser auslöst. Die Hauptgründe für das Lotpaste zwischen Schablone und Leiterplatte gedruckt wird sind eine schlechte Abdichtung zwischen Leiterplatee und Schablone oder ein zu hoher Druck für die verwendete Druckgeschwindigkeit. Dies kann nach dem Reflow zu Lötperlen oder Brückenbildung führen. Einige Druckmaschinen verfügen über eine automatische Schablonenunterseitenreinigungseinheit die so programmiert werden kann, dass sie die Schablone nach einer bestimmten Anzahl von Drucken reinigt. Dadurch wird ein stabiles Druckergebnis erzielt. Es ist ratsam, in diesen Geräten keine Reinigungsflüssigkeiten auf IPA- oder Wasserbasis zu verwenden, da sie die Stabilität der Lotpaste beeinträchtigen können. Die Verwendung von Produkten, die speziell für diesen Zweck entwickelt wurden, ist ratsam. Die Stabilität der Lotpaste auf der Schablone, d.h. wie gut die Lotpaste ihre Druckeigenschaften im Laufe der Zeit behält, ist ebenfalls ein Parameter für einen stabilen Druckprozess. Einige Druckmaschinen verfügen über eine integrierte AOI (Automatische Optische Inspektion), die das Druckergebnis überprüft und einen Alarm auslöst, wenn es von den programmierten Sollwerten abweicht. Auf diese Weise wird vermieden, dass elektronische Geräte mit Lötstellen produziert werden, die nicht dem guten Standard entsprechen.
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Das Reflowlöten ist das am häufigsten verwendete Lötverfahren in der Elektronikfertigung. Hauptsächlich SMD-Bauteile (Surface Mount Device), aber auch einige durchkontaktierte Bauteile werden in einem Reflowofen mit einer Lotpaste auf eine Leiterplatte (PCB) gelötet. Der Reflowofen ist in der Regel ein Konvektionssofen, aber auch Dampfphasen- und IR-Öfen sind möglich. Der erste Schritt des Prozesses ist das Auftragen von Lotpaste auf die Pads der Leiterplatte oder im Falle von Durchkontaktierten Bauteilen in die Durchkontaktierung. Das letzte wird als 'Pin-in-Paste' (PiP) oder 'Intrusive Reflow' bezeichnet. Die meist verwendete Auftragsmethode ist der Schablonendruck, aber auch Dosieren (Dispensen) und Lotpasten-Jetten sind möglich. Je nach Auftragsmethode hat die Lotpaste eine andere Konsistenz und wird in einer anderen Verpackung geliefert. Lotpaste ist eine Mischung aus Lotpulver und einem Gel-Flussmittel. Die Konsistenz der Paste hängt von der Art des Flussmittelgels und des Pulvertyps ab und davon, in welchem Verhältnis sie gemischt werden. Das Lotpulver besteht aus einer bestimmten Lotlegierung und hat eine bestimmte Korngröße (Verteilung). Eine feinere Körnung wird für Bauteilen mit kleinerem Pitch (Abstand zwischen den Anschlüssen) und kleinere Schablonenöffnungen verwendet. Auch beim Dispensen und noch mehr beim Jetten sind feinere Körnungen erforderlich. Das Flussmittelgel enthält Substanzen zur desoxidation der zu lötenden Oberflächen. Es enthält auch Substanzen, die die Konsistenz und das Verhalten der Lotpaste im Prozess zum großten Teil bestimmen. Beim Schablonendruck von Lotpaste ist ein wichtiger Parameter, dass die Lotpaste ihre Druckeigenschaften während der Zeit, in der sie sich auf der Schablone befindet, behält. Dies wird oft als die Stabilität der Lotpaste bezeichnet. Die Stabilität der Lotpaste ist schwer zu quantifizieren, kann aber anhand der Schablonenstandzeit, die man im technischen Datenblatt findet, geschätzt werden. Nach dem Auftragen der Lotpaste werden die SMD-Bauteile mit ihren lötbaren Anschlüssen auf die Lotpaste bestückt. In den meisten Fällen wird dies mit einer Bestückungsmaschine (Pick-and-Place-Maschine) durchgeführt. Die Lötpaste muss genügend Haftkraft haben, um die Bauteile bis zum Löten an ihrem Platz zu halten. Ein Förderband transportiert die Leiterplatte durch einen Reflowofen, wo die Leiterplatte einem Reflowprofil unterzogen wird. Dieses Profil wird durch die Temperatureinstellungen der verschiedenen Konvektionszonen erzeugt. Diese sind normalerweise sowohl von oben als auch von unten angeordnet. Neben den Temperatureinstellungen kann in einigen Fällen auch die Konvektionsrate der Zonen programmiert werden, um eine bessere oder geringere Wärmeübertragung zu erreichen oder wenn einige hohen Bauteilen zu viel Kraft durch die Konvektion empfinden. Ziel ist es, alle Bauteile auf die Löttemperatur, die durch die verwendete Lotlegierung bestimmt wird, zu bringen, ohne dass temperaturempfindliche Bauteilen beschädigt oder überhitzt werden. Dies kann bei Baugruppen mit einer großen Vielfalt an großen und kleinen Bauteilen oder einer ungleichmäßigen Cu-Verteilung auf der Leiterplatte eine Herausforderung sein. In dieser Hinsicht begrenzt eine niedrigschmelzende Lotlegierung das Risiko einer Beschädigung oder Vorschädigung von Bauteilen und Leiterplatten erheblich. Die Geschwindigkeit des Förderbandes bestimmt die Zeit des Profils und den Durchsatz des Ofens. In den meisten Fällen wird der Durchsatz jedoch durch den Bestückungsprozess begrenzt. Nicht alle elektronischen Bauteile sind für das Reflowlöten geeignet. Einige aufgrund ihrer thermischen Masse wie z.B. große Transformer oder andere aufgrund ihrer thermischen Empfindlichkeit wie z.B. einige Displays, Stecker, Relais, Sicherungen,... Diese Bauteilen sind in der Regel als Durchkontaktierte Bauteilen erhältlich und werden in anderen Verfahren wie Selektivlöten, Wellenlöten, Handlöten, Roboterlöten, Laserlöten,... gelötet.
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