EPP 7-8/2019

BAUGRUPPENFERTIGUNG
Schneller und präziser drucken
Lotpastenschablonen
im richtigen Format
Bei der Wahl von Druckschablonen für die SMD-Leiterplattenbestückung sind
unterschiedliche Kriterien maßgeblich – von der Größe der Aperturen und
Schablonenoberfläche über das Flächenverhältnis bis hin zum verwendeten
Material. Eine zentrale Frage, die jedoch oft vernachlässigt wird: In welchem
Datenformat wird das Design der Schablone an den Hersteller weitergegeben?
Durch einen optimierten Schablonendruck
reduziert sich der Aufwand der
Lotpasteninspektion und damit auch
Zeit und Kosten für die Kunden.
Die zunehmende Bestückungsdichte und die fortschreitende Miniaturisierung
der Bauteile stellt die Leiterplattenfertigung vor
hohe Anforderungen. Layout und Qualität der Druckschablonen nehmen
deshalb eine Schlüsselrolle ein. Die Pastendepots müssen ein
mikrometergenaues Druckbild der Schablonenöffnung darstellen,
sowohl in Form als auch Größe, und den Druck feinster Strukturen
ermöglichen.
Die Pastenplots müssen eine gleichbleibende Qualität gewährleisten,
auch in Bezug auf Schwankungsquellen im Herstellungsprozess.
Daher sind Untersuchungen notwendig, um die ideale Form
und Größe der Aperturen zu ermitteln. Die richtige Pastenmenge
sorgt für die thermisch-mechanische Festigkeit der Lötverbindung
sowie einen stabilen und hohen Auftragswirkungsgrad und damit
für die Zuverlässigkeit der elektronischen Baugruppe.
Gerber Format als Quasi-Standard
Das Schablonen-Layout basiert dabei auf Designdaten der Lötmuster
und der Leiterbahnen und Fugengeometrie. Der Leiterplattenentwickler
gibt meist seine Empfehlungen zu den Bauteilen an den
Auftragsfertiger weiter. Die Expertise und Erfahrung aus der Fertigung
werden so zur Optimierung des Drucks der Aperturen beim
Schablonenhersteller genutzt.
Gerber-Format, und insbesondere die Erweiterung RS-274X Extended
Gerber, hat sich hier als Quasi-Standard für die Datenübergabe
etabliert. Eine RS-274X-Datei enthält die komplette eindeutige Beschreibung
einer Leiterplattenlage. Da sie automatisch verarbeitet
werden kann, ist sie gut geeignet für einen sicheren Datentransfer
und stellt zuverlässige und automatisierte Arbeitsabläufe sicher.
Gerber Daten enthalten alle Informationen, die zur Fertigung einer
Leiterplatte benötigt werden. Dazu gehört neben X- und Y-Koordinaten,
die die Position einzelner Elemente wie Leiterbahnen oder
Pads auf der Leiterplatte angeben, auch eine sehr einfache Kommando-Sprache.
Ein „Draw“ in der Datei zum Beispiel gibt den Befehl,
eine Linie mit offener Blende zu zeichnen. Die Blendenanweisung
definiert die Breite der gelaserten Öffnung. Bei einem „Flash“
hingegen wird eine bestimmte Position mit geschlossener Blende
angefahren und über einen kurzen Lichtimpuls eine punktuelle Öffnung
erzeugt. Hersteller von Schablonen können an Hand dieser detaillierten
Anweisungen die Schablone mit allen Aperturen, Pads
und Leiterplatten drucken und sich ein Bild von der Anwendung des
Kunden machen. Sind alle Designvorgaben umgesetzt und alle Kundenmodifizierungen
durchgeführt, wird vom Leiterplattendesigner
ein 274X Check-Plot zur Überprüfung erstellt.
„Draws“ versus „Flash“
Die Layoutdaten der Schablone sind für Hersteller entscheidend,
um den Qualitätsanspruch sicherzustellen und ein sinnvolles Kosten-Nutzen-Verhältnis
in der Fertigung zu realisieren. Denn nur
wenn die Vorlage stimmt und exakte und reproduzierbare Strukturen
gedruckt werden können, erfüllt auch die Leiterplatte ihren Anforderungen.
Obwohl das Gerber-Format sich als Standard etabliert
hat, gilt es Besonderheiten beim Auslesen der Daten zu beachten.
Ein Beispiel sind die bereits oben erwähnten Draws, die sich meist
aus mehreren Linien zusammensetzen. Werden Aperturen mittels
einer solchen großen Zahl an Linien abgebildet, müssen Hersteller
in der Regel Anpassungen vornehmen ehe es zum Druck kommt
und die Daten bereinigen, um die Öffnungen klar abzugrenzen und
sichtbar zu machen. Denn die Linien innerhalb von Öffnungen stören
bei der Erstellung einer guten fehlerfreien Schablone. Daher
empfiehlt es sich, Aperturen als eine Einheit oder als Flash zu programmieren.
Das gleiche gilt für Passermarken (Fiducials), die die
richtige Positionierung der Schablone zur Leiterplatte sicherstellen
und auf der Schablone aufgebracht werden. Der Grund: Es ist einfacher
einzelne Flashs zu programmieren, als Hunderte von Linien.
Zudem kann der Drucker eine Einheit wesentlich schneller und einfacher
lesen und speichern als Hunderte von Linien. Werden die Da-
68 EPP Juli/August 2019