EPP 11.2021

» BAUGRUPPENFERTIGUNG

» BAUGRUPPENFERTIGUNG derungen an Lotpasten, wie niedriger Slump sowie geringe Neigung zur Lotkugelbildung, wurde auch auf eine dafür angepasste Klebrigkeit der Lotpasten geachtet. Diese dient dazu, dass sich die Lotpaste einerseits gut aus der Schablone auslösen lässt und andererseits deren Haftung auf der Leadframe-Oberfläche zuverlässig garantiert ist. Aufbau der Druckschablone Die besondere Form des Leadframes ist bei der Herstellung der Schablone eine der größten Herausforderungen. Die Kavitäten auf dem Leadframe sind nicht eckig sondern rund. Somit ist die Verwendung eines klassischen Schlitzrakels nicht möglich. Zum Drucken in Kavitäten werden 3D-Stufenschablonen eingesetzt. Diese werden mit dem patentierten Verfahren der Firma Koenen gefertigt. Das Basismaterial der Schablone wird hierbei auf beiden Seiten, mit höchster Präzision, schichtweise abgetragen, um die Form des Substrates abzubilden. Im Anschluss an diesen Produktionsschritt werden die Aperturen in die Kavität gelasert und mit einem speziellen Verfahren in der Kavität entgratet. Die verwendete Schlitzrakel wurde, ebenso wie die Schablone, mit speziellen Markierungen versehen. Mit deren Hilfe findet die Ausrichtung der Rakel zur Schablone statt. Sollten beispielsweise die Rakelschlitze nicht in Druckrichtung mit den Kavitäten ausgerichtet sein, dann kann das Rakel nicht in die Vertiefungen gleiten und das Segment wird auch nicht gedruckt. Blick auf die Druckseite der Schablone Drucker mit Advanced Print Head Die Paste wurde in der Versuchsreihe mit einem Drucker aus der skalierbaren Serio Plattform aufgedruckt. Diese moderne Druckerserie zeichnet sich dadurch aus, dass sie mit allen relevanten Funktionen für die hier durchgeführte Erprobung nachrüstbar ist. So verlieren heute komplex angelegte Stufenschablonen ihren Schrecken in der Anwendung – auch wenn ihr Einsatz in der Fertigung erst später einmal notwendig werden sollte. Klar festzustellen ist, dass bei dem Auftrag von Paste in Kavitäten der Schablonendruck sein volles Potential ausspielt: Man erzielt sehr hohe Durchsatzraten durch einen industrialisierten und gut beherrschbaren Fertigungsprozess mit hoher Ausbeute. Die charakteristischen Höhenunterschiede von Stufenschablonen erfordern spezifische Vorgehensweisen Im Druckprozess, zudem sind einige technische Besonderheiten der Anlage nötig. Wird der Pastentransfer über geschlitzte Rakelklingen realisiert, ist die Positionierung und Ausrichtung der Rakelabschnitte relativ zu Layout und Rakelweg ausschlaggebend. Die Gleichmäßigkeit des Pastenauftrags über das Substrat hinweg wird damit direkt beeinflusst. Schablone und Rakeleinheit im Serio Drucker stehen zueinander in fester Position. So wird die bestmögliche Position der Schablone zu Beginn einmalig genau eingestellt und lässt sich dann immer wieder exakt reproduzieren. Der hochpräzise, kamerabasierte Rüstablauf für die Schablonen ist dabei von großer Bedeutung. Zusätzlich können bei Bedarf Stellschrauben an den Leisten der Schablonenauflage sowie am Rakelhalter genutzt werden. So kann die Position der Rakel quer zur Druckrichtung aufs Genauste eingestellt werden– absolut passend zur Topografie der Schablone. Durch die optimale Orientierung von Maschinenkomponenten und Schablone zueinander wird zudem sichergestellt, dass der Abziehprozess auf der Schablonenoberseite des Advanced Print Head so schonend wie möglich erfolgt, und Abnutzungserscheinungen erheblich reduziert werden. Der Abziehprozess der Rakelklinge läuft über mehrere Ebenen ab. Sowohl auf der Schablonenoberseite als auch eine Stufe tiefer innerhalb der Kavität. Dabei ist sicherzustellen, dass das Rakel mit kontinuierlicher Kraft über den Rakelweg hinweg angedrückt wird. Der pneumatisch gesteuerte EKRA Rakelkopf mit Closed-Loop-Regelkreis stellt dies über einen permanenten Abgleich von Soll- und Ist- Wert der Rakelandruckkraft sicher. In der aktuellen Ausbaustufe des Advanced Print Head konnte ein noch engeres Toleranzfenster erreicht werden. Bei stark asymmetrisch über den Druckbereich verteilten Stufen und Kavitäten lässt sich die Pendelbewegung der Rakel durch Einstellschrauben begrenzen, um das Abziehverhalten zu verbessern. Bild: CK KURZ & BÜNDIG Mikroskop- Aufnahme des bedruckten Leadframes Der Lotpastendruck in Vertiefungen von LED-Leadframes konnte in partnerschaftlicher Kooperation erfolgreich entwickelt und erprobt werden. Elektronikhersteller sind so in der Lage, den Dispensprozess durch Schablonendruck zu ersetzen, für erhöhte Durchsatzraten und verbesserte Reproduzierbarkeit der Prozessschritt. Bild: CK 42 EPP » 11 | 2021

3D Scan des bedruckten Leadframes Bild: CK Bild: CK Beispiel Messung Meister S Inspektion der Druckergebnisse Alle 3D-Messungen des Pastenauftrags mit dem Lotpastenmesssytem basieren auf einer Erfassung der Höhen. Die Höheninformation jedes einzelnen Kamerapixels ergibt eine dreidimensionale Topographie des Messobjektes. Mittels Position, Grauwert und Höhenfilter werden die Pixel bestimmt, deren Höhenwerte das gedruckte Volumen repräsentieren. Dieses setzt sich dann aus der Summe der Pixelhöhen zusammen, multipliziert mit der Pixelfläche. Damit gilt, je kleiner die Pixel sind, desto genauer ist die Volumenberechnung. Die Pixelhöhen werden durch Relativmessungen zur Umgebung bestimmt. Im Falle der üblichen Applikationen auf Leiterplatten, Keramiksubstraten etc. ist das die richtige und sinnvolle Vorgehensweise. Wie stellt sich jedoch die Situation dar, wenn in eine Vertiefung, also eine Kavität, gedruckt wird? In einem solchen Fall wird die Bestimmung der Null-Linie zur Messung der relativen Höhe schwierig. Außerdem sieht sich der Anwender mit einem starken Rauschen in der Messung durch die Umgebungseinflüsse, wie den hohen Rand der Kavität, konfrontiert. Was also ist hier die messtechnische Herausforderung? 1. Wenn der Platz in der Kavität nicht ausreicht, berechnet der Inspektions-Algorithmus die Referenzhöhe außerhalb der Kavität und misst die Höhe in eine negative Richtung. Das Ergebnis wird also invertiert. 2. Reicht der Platz zur Bestimmung der Referenzhöhe aus, dann stören die Wände der Kavität dennoch die Messung. Durch die hohen Außenflächen kann ein Störsignal auftreten, da die Referenzhöhe wahrscheinlich außerhalb des regulären Messbereichs liegen. Außerdem gibt es eine störende Abschattung. Denn das projizierte Moiré-Muster (das Messlicht) wird teilweise von den Rändern der Kavität abgeblockt. Das Inspektionssystem Meister S ist auf diese Messsituation perfekt vorbereitet und liefert deshalb exzellente Ergebnisse. Spezielle Filter eliminieren das Messrauschen der Ränder der Kavität (Jig-Noise-Filter). Diese Filter werden auch für die Messung kleiner Substrate in einem Werkstückträger eingesetzt. Zur Bestimmung der Referenzhöhe kann das Inspektionssystem verschiedene Informationen nutzen. Falls der Platz in der Kavität nicht ausreicht, werden die Höhen lokaler und globaler Ausrichtmarken genutzt oder frei definierbare Referenzpunkte gesetzt. Meister S nutzt vier 3D-Projektoren zur Erzeugung der Moiré-Informationen. Durch die Überlagerung der Informationen aller vier Projektoren lässt sich die Abschattung komplett eliminieren, da die Vertiefung aus vier Richtungen komplett ausgeleuchtet wird. Und zu guter Letzt ermöglicht die Pixelgröße von 5 μm eine sehr genaue 3D-Rekonstruktion des gedruckten Materials, mithin ist eine hohe Wiederholgenauigkeit von Messungen mit einem Cgk