DE10034648A1 - Manufacture procedure for stencil for circuit board assembly by welding metal stencil to pretensioned frame to tension stencil - Google Patents
Manufacture procedure for stencil for circuit board assembly by welding metal stencil to pretensioned frame to tension stencilInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Druckschablo ne, bei dem eine Metallschablone auf einen formstabilen Rahmen gespannt wird. Sie bezieht sich weiter auf eine Druckschablone, insbesondere zur Verwendung bei der Leiterplattenbestückung oder Baugruppenherstellung oder beim Wafer- Bumping.The invention relates to a method for producing a printing stencil ne, in which a metal template is stretched onto a dimensionally stable frame. It also relates to a printing template, in particular for use PCB assembly or component manufacturing or wafer Bumping.
Eine derartige Druckschablone wird üblicherweise in Verbindung mit dem soge nannten SMD-Verfahren (Surface mounted device) eingesetzt, bei dem Leiter platten mit elektronischen Bauteilen bestückt werden. Dazu werden die Leiter platten zunächst mittels Schablonendrucktechnik gemäß einer vorgegebenen Druckstruktur mit einer Druck- oder Lotpaste oder mit einem Kleber versehen. Dabei wird die Lotpaste bzw. eine Klebepaste mittels einer sogenannten Rakel durch der Druckstruktur entsprechende Öffnungen der Druckschablone hindurch auf die Leiterplatte aufgebracht, so dass dort Löt- oder Klebepunkte, sogenannte Pads oder Pastendepots gebildet sind, in die die Bauteile mittels einer Bestüc kungsmaschine eingesetzt werden.Such a stencil is usually used in conjunction with the so-called called SMD method (surface mounted device) used in the conductor plates are equipped with electronic components. To do this, the ladder plates first using stencil printing technology according to a predetermined Provide the print structure with a printing or solder paste or with an adhesive. The solder paste or an adhesive paste is used with a so-called squeegee through the printing structure corresponding openings of the printing template applied to the circuit board so that there are soldering or adhesive points, so-called Pads or paste depots are formed, in which the components by means of an assembly machine can be used.
Ein hierfür eingesetztes Siebdruck-Sieb sowie dessen Herstellung sind aus der DE 44 38 281 C1 bekannt. Das als Druckschablone wirksame Siebdruck-Sieb be steht dabei im Wesentlichen aus einem formsteifen Rahmen, auf den ein feines Metalldrahtgewebe unter Vorspannung aufgeklebt wird. Anschließend wird im mittleren Bereich des Metalldrahtgewebes eine das Druckmuster aufweisende dünnwandige Metallschablone mit deren Außenrand am Metalldrahtgewebe vor zugsweise mittels eines elektrischen Rollschweißverfahrens befestigt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird der von der Metallschablone überdeckte mittlere Bereich des Metalldrahtgewebes entlang der Verbindungskanten ausgeschnitten. A screen printing screen used for this and its production are from the DE 44 38 281 C1 known. The screen printing screen effective as a printing template essentially consists of a rigid frame on which a fine Metal wire mesh is glued under tension. Then in middle area of the metal wire mesh with a printed pattern thin-walled metal template with its outer edge in front of the metal wire mesh preferably attached by means of an electrical roller welding process. In one Another process step is the middle one covered by the metal template Cut out the area of the metal wire mesh along the connecting edges.
Nachteilig bei diesem Herstellungsverfahren ist einerseits die Vielzahl der mit der Handhabung des Metalldrahtgewebes und der Metallschablone verbundenen Herstellungsschritte. Andererseits bedingt dieses Verfahren einen unwirtschaftlich hohen Verschnitt an Metalldrahtgewebe, zumal der annähernd der Größe der Metallschablone entsprechende Ausschnitt aus dem Metalldrahtgewebe praktisch nicht mehr verwertbar ist.The disadvantage of this manufacturing process is on the one hand the large number of those with Handling of the metal wire mesh and the metal template connected Manufacturing steps. On the other hand, this process makes one uneconomical high waste of metal wire mesh, especially since it is approximately the size of the Practical cutout from the metal wire mesh corresponding to the metal template is no longer usable.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der genannten Nachteile ein besonders geeignetes Herstellungsverfahren für eine derartige Druckschablone anzugeben. Des Weiteren soll eine insbesondere für die Leiter plattenbestückung oder Baugruppenherstellung besonders geeignete Druckscha blone angegeben werden.The invention is therefore based on the object, while avoiding the aforementioned Disadvantages of a particularly suitable manufacturing process for such Specify printing template. Furthermore, one should be especially for the leaders plate assembly or module production particularly suitable printing press blone can be specified.
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Dazu wird die Metallschablone unmittelbar, d. h. ohne Zwischenlage eines Metalldrahtgewebes mit dem Rahmen unlösbar verbunden, wobei der Rahmen vorgespannt ist. Anschließend wird die Metallschablone durch Aufhebung der Rahmenvorspannung verspannt.With regard to the method, this object is achieved according to the invention by Features of claim 1. For this purpose, the metal template directly, d. H. without Intermediate layer of a metal wire mesh is permanently connected to the frame, with the frame biased. Then the metal template is through Release of the frame pre-tensioned.
Gemäß diesem Verfahren wird zur Herstellung der Druckschablone oder eines entsprechenden Schablonendruckrahmens nun nicht mehr ein Gewebe einge setzt, dass die eigentliche Schablone trägt. Dadurch wird nicht nur der bisher von der Schablone überdeckte Gewebeverschnitt vermieden, sondern es kann viel mehr das bisher eingesetzte Metalldrahtgewebe insgesamt eingespart werden. Dies wird dadurch erreicht, dass nunmehr die vorzugsweise aus Edelstahl beste hende Metallschablone, deren Dicke etwa 20 µm bis 400 µm beträgt, direkt oder unmittelbar mit dem vorgespannten Rahmen fest verbunden und erst anschlie ßend durch Lösen der Rahmenvorspannung gespannt wird.According to this method, the printing stencil or a corresponding stencil printing frame no longer inserted a fabric sets that the actual template carries. As a result, not only that of the template covered tissue waste avoided, but it can do a lot more the metal wire mesh used previously can be saved overall. This is achieved in that the best stainless steel is now used metal template, the thickness of which is approximately 20 µm to 400 µm, directly or directly connected to the prestressed frame and only then ßend is tensioned by releasing the frame tension.
Dabei erfolgt die Verspannung der Metallschablone dadurch, dass zunächst der Rahmen oder das Rahmenprofil selbst unter Vorspannung steht. Dies wiederum wird dadurch erreicht, dass die an den Rahmenecken miteinander verbundenen Rahmenseiten oder Rahmenprofilleisten konkav nach innen gewölbt werden, so dass eine kissenartige Außenkontur des Rahmenprofils entsteht. Die Metallscha blone wird dann auf den vorgespannten Rahmen aufgelegt. Vorzugsweise wird dabei die Metallschablone selbst unter eine gewisse Vorspannung gebracht, in dem an den Schablonenseiten, zweckmäßigerweise jedoch an den Schablonen ecken, vorgesehene Öffnungen von Stiften oder dgl. durchsetzt werden, auf die wiederum eine insgesamt kreuzförmig wirkende Zugspannung ausgeübt wird. Da durch wird erreicht, dass die Metallschablone unter Planlage, d. h. möglichst glatt und eben auf dem Rahmen aufliegt.The metal template is clamped in that first the Frame or the frame profile itself is under tension. this in turn is achieved in that the interconnected at the frame corners Frame sides or frame profile strips are concave inwards, so that a cushion-like outer contour of the frame profile is created. The Metallscha blone is then placed on the prestressed frame. Preferably the metal template itself brought under a certain pre-tension, in that on the sides of the template, but expediently on the templates corners, intended openings are penetrated by pins or the like again an overall cross-shaped tensile stress is exerted. because is achieved that the metal template under flatness, d. H. as smooth as possible and just lies on the frame.
Anschließend wir die folienartige Metallschablone mit dem Rahmen fest und ins besondere unlösbar verbunden. Die Verbindung der Außenkanten der Metall schablone mit dem Rahmen oder Rahmenprofil kann dabei eine Klebeverbindung sein. Vorzugsweise wird die Verbindung jedoch durch Laserschweißen hergestellt. Eine derartige Schweißverbindung hat gegenüber einer Verklebung den wesentli chen Vorteil einer vergleichsweise hohen Widerstandsfähigkeit gegenüber chemi schen Reinigungsmitteln und mechanischen Beanspruchungen während des be stimmungsgemäßen Gebrauchs der Druckschablone. Die Außenkanten der Schablone können dabei den Rahmen, d. h. dessen Rahmenseiten ganz oder lediglich teilweise überdecken. Die nur teilweise Über- oder Abdeckung hat den Vorteil, dass keine den Rahmen überragende Schablonenkanten entstehen kön nen, die nachträglich abgeschnitten werden müssten.Then we fix the foil-like metal template with the frame and ins special inextricably linked. The connection of the outer edges of the metal Template with the frame or frame profile can be an adhesive connection his. However, the connection is preferably produced by laser welding. Such a welded connection has the essential part compared to an adhesive bond Chen advantage of a comparatively high resistance to chemicals cleaning agents and mechanical stresses during loading proper use of the printing template. The outer edges of the Template can be the frame, d. H. whose frame pages entirely or only partially cover. The only partial coverage or coverage has the Advantage that no template edges protruding from the frame can arise that would have to be cut off afterwards.
Die Ösen oder Öffnungen als Eingriffsmittel für entsprechende Zugmittel zur Vor spannung der Metallschablone können in ohrenartige Materialüberstände im Be reich der Schablonen- bzw. Rahmenecken eingebracht sein. Vorzugsweise sind jedoch die Öffnungen im innerhalb der Rahmenecken liegenden Bereich der Me tallschablonen vorgesehen. Bei dieser Variante sind dann die Schablonenecken bereits freigeschnitten, vorzugsweise durch einen 45°-Schnitt oder aber auch durch einen bogenförmigen Ausschnitt. Bei der erstgenannten Variante werden die überschüssigen Materialteile im Anschluss an die Befestigung der Metallschablone auf dem Rahmen abgeschnitten, wobei wiederum die Rahmenecken freige schnitten werden.The eyelets or openings as an engagement means for corresponding traction means to the front tension of the metal stencil can in ear-like material protrusions in the loading rich in the template or frame corners. Are preferred however, the openings in the area of the me located within the frame corners tall stencils provided. In this variant, the template corners are then already cut free, preferably by a 45 ° cut or else through an arched cutout. In the former variant the excess material parts after the attachment of the metal template cut off on the frame, again clearing the corners of the frame be cut.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch unmittelbare und unlösbare Verbindung einer Metallschablone mit einem vorge spannten Rahmen eine besonders einfache und materialsparende Herstellung einer Druckschablone möglich ist. Da infolge der Entspannung des vorgespannten Rahmens die Metallschablone praktisch automatisch gespannt wird, wird eine be sonders glatte und zuverlässige Verspannung der Metallschablone auf dem Rah men erreicht. Dabei müssen die erforderlichen hohen Spann- oder Zugkräfte le diglich von der einzigen, rahmenumlaufenden Verbindungsstelle zwischen den Rahmenseiten und den Außenkanten der Metallschablone aufgenommen werden. Dadurch ist die Druckschablone sowohl gegenüber chemischen Reinigungsmitteln als auch gegenüber hohen mechanischen Beanspruchungen äußerst wider standsfähig. Die Druckschablone ist daher besonders vorteilhaft bei der Leiter plattenbestückung, Baugruppenherstellung und/oder beim sogenannten Wafer- Bumping einsetzbar.The advantages achieved with the invention are in particular that immediate and permanent connection of a metal template with a pre stretched frame a particularly simple and material-saving production a printing template is possible. As a result of the relaxation of the prestressed Frame the metal template is stretched practically automatically, a be particularly smooth and reliable bracing of the metal template on the frame men reached. The required high clamping or tensile forces must be le diglich from the only frame-encircling connection between the Frame sides and the outer edges of the metal template are included. This makes the printing stencil both resistant to chemical cleaning agents as well as extremely high mechanical loads was capable. The printing template is therefore particularly advantageous for the ladder plate assembly, module manufacture and / or in the so-called wafer Bumping can be used.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to a drawing explained in more detail. In it show:
Fig. 1 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung eine Metallschablone und einen vorgespannten Rahmen einer herzustellenden Druckschablo ne, Fig. 1 is a perspective exploded view of a metal mask and a biased part of a produced Druckschablo ne,
Fig. 2 die fertiggestellte Druckschablone mit freigeschnittenen Ecken und ein geprägter Druckstruktur, und Fig. 2 shows the completed printing template with cut corners and an embossed printing structure, and
Fig. 3 in einem Ausschnitt III aus Fig. 2 einen Eckbereich der Druckschablone in größerem Maßstab mit einer Schweißverbindung zwischen der Metall schablone und dem Rahmen. Fig. 3 in a section III of Fig. 2 shows a corner area of the printing template on a larger scale with a welded connection between the metal template and the frame.
Einander entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszei chen versehen. Corresponding parts are in both figures with the same reference numerals Chen provided.
Fig. 1 zeigt einen Rahmen 2 und eine Metallschablone 4 einer in Fig. 2 im Monta geendzustand dargestellten Druckschablone 6 zur Herstellung von mit elektroni schen Bauteilen bestückbaren Leiterplatten. Der beispielsweise aus Aluminium oder Edelstahl bestehende Rahmen 2 ist aus in den Rahmenecken 8 miteinander fest verbundenen, vorzugsweise verschweißten, und die vier Rahmenseiten 10 bildenden Vierkantrohren oder Rohrprofilen zu einer geschlossenen, reckteckför migen oder quadratischen, formstabilen Rahmenkontur zusammengesetzt. Fig. 1 shows a frame 2 and a metal template 4 of a in Fig. 2 in the final state shown stencil 6 for the production of electronic components that can be fitted with printed circuit boards. The frame 2 , for example made of aluminum or stainless steel, is composed of firmly connected, preferably welded, in the frame corners 8 , and the four frame sides 10 forming square tubes or tubular profiles to form a closed, rectangular or square, dimensionally stable frame contour.
Zur Herstellung der auch als Schablonendruckrahmen bezeichneten Druckscha blone 6 wird die Metallschablone 4 auf den Rahmen 2 gespannt. Dazu wird zu nächst der Rahmen 2 vorgespannt, indem dessen an den Rahmenecken 8 mit einander verbundenen Rahmenseiten 10 in Richtung der Pfeile 12 konkav nach innen gewölbt werden, so dass sich insgesamt eine kissenartige Rahmenkontur ergibt. Anschließend wird die Metallschablone 4 unmittelbar mit dem vorge spannten Rahmen 2 unlösbar verbunden. Die Verbindung erfolgt vorzugsweise mittels Laserschweißen. Dabei wird die Metallschablone 4 zweckmäßigerweise zunächst selbst unter eine gewisse Vorspannung gebracht, indem ah deren Schablonenecken 14 in Richtung der Pfeile 16 wirkende Zugspannungen angrei fen.For the production of the also called stencil printing frame Druckscha blone 6 , the metal template 4 is stretched on the frame 2 . For this purpose, the frame 2 is first prestressed by concavely arching its frame sides 10 connected to one another at the frame corners 8 in the direction of the arrows 12 , so that overall a cushion-like frame contour results. Subsequently, the metal template 4 is directly connected to the frame 2 pre-tensioned. The connection is preferably made by means of laser welding. In this case, the metal template 4 is expediently first brought under a certain pretension by ah the template corners 14 acting in the direction of the arrows 16 acting tensile stresses.
Dazu sind im Bereich der Schablonenecken 14 in die Metallschablone 4 Öffnun gen 18 eingebracht, die von Stiften 20 durchsetzt werden. Wie aus dem linken Teil der Fig. 1 ersichtlich ist, können die Öffnungen 18 im innerhalb der Rahmen ecken 8 liegenden Bereich der Metallschablone 4 in deren Folienmaterial einge bracht sein. Gemäß dem rechten Teil der Fig. 1 können die Öffnungen 18 alterna tiv auch im Bereich von an die Schablonenecken 14 angeformten ohrenförmigen Ösenlappen 22, die die Rahmenecken 8 überragen, in das Folienmaterial der Metallschablone 4 eingebracht sein.For this purpose, 4 openings 18 are introduced into the metal template 14 in the area of the template corners 14 and are penetrated by pins 20 . As can be seen from the left part of FIG. 1, the openings 18 in the corners of the frame 8 of the metal template 4 in the foil material can be introduced. According to the right part of FIG. 1, the openings 18 may alterna tively also in the area of the stencil corners 14 molded ear-shaped Ösenlappen 22 which project beyond the frame corners 8, be incorporated in the film material of the metal stencil 4.
Während bei der erstgenannten Ausführungsform die Schablonenecken 14 unter einem 45°-Schnitt 24 bereits freigeschnitten sind, werden bei der zweitgenannten Ausführungsform die Ösenlappen 22 im Anschluss an die Verschweißung der Metallschablone 4 mit dem Rahmen 2, vorzugsweise wiederum unter einem 45°- Schnitt, abgeschnitten. Somit weist bei beiden Varianten die fertiggestellte Druck schablone 6 in jeder Rahmenecke 8 einen in Fig. 3 gezeigten Freischnitt 25 auf. Wie in Fig. 3 strichliniert angedeutet, kann auch eine bogen- oder tropfenförmige Freischnittkontur 25' vorgesehen sein.While in the first-mentioned embodiment the template corners 14 are already cut free under a 45 ° cut 24 , in the second-mentioned embodiment the eyelet flaps 22 are cut off after the welding of the metal template 4 to the frame 2 , preferably again with a 45 ° cut , Thus, in both variants, the completed printing template 6 in each frame corner 8 has a cutout 25 shown in FIG. 3. As indicated by dashed lines in FIG. 3, an arcuate or teardrop-shaped free cut contour 25 'can also be provided.
Die Metallschablone 4 kann eine Edelstahlfolie mit einer Dicke von etwa 20 µm bis 400 µm sein. Vorzugsweise ist die Metallschablone 4 jedoch eine mit einer Kunst stofffolie 26 laminierte oder plattierte Metallfolie 28. Die aus Polyimid bestehende Kunststofffolie oder Kunststoffschicht 26 ist etwa 20 µm bis 300 µm dick, während die Dicke der Metallfolie 28 etwa 10 µm bis 50 µm beträgt. Die Metallfolie 28 liegt auf derjenigen Seite der Metallschablone 4 bzw. der Druckschablone 6, die bei deren bestimmungsgemäßen Gebrauch der sogenannten Rakel zugewandt ist. Dadurch ist gegenüber einer reinen Kunststoffschablone eine hohe Beständigkeit gegen die Rakelbewegungen gewährleistet. Zudem ist durch die Metallschicht 28 der laminierten Schablone 4 eine ausreichende Formstabilität gewährleistet. Eine reine Kunststoffschablone hat nämlich den Nachteil, dass beim Einbringen der dem vorbestimmten Druckmuster entsprechenden Öffnungen oder Löcher 30 (Fig. 2) sich die Folie verzieht. Ferner bietet die Metallschicht 28 einen ausreichenden Schutz gegen eine infolge der Rakelbewegungen hervorgerufene, unerwünschte statische Aufladung, wie diese bei einer reinen Kunststoffschablone auftritt.The metal template 4 can be a stainless steel foil with a thickness of approximately 20 μm to 400 μm. However, the metal template 4 is preferably a metal foil 28 laminated or clad with a plastic foil 26 . The plastic film or plastic layer 26 consisting of polyimide is approximately 20 μm to 300 μm thick, while the thickness of the metal foil 28 is approximately 10 μm to 50 μm. The metal foil 28 lies on that side of the metal stencil 4 or the printing stencil 6 which, when used as intended, faces the so-called squeegee. This guarantees a high resistance against the squeegee movements compared to a pure plastic stencil. In addition, the metal layer 28 of the laminated template 4 ensures sufficient dimensional stability. A pure plastic stencil has the disadvantage that when the openings or holes 30 ( FIG. 2) corresponding to the predetermined printing pattern are introduced, the film warps. Furthermore, the metal layer 28 offers sufficient protection against an undesirable static charge caused by the doctor blade movements, such as occurs with a pure plastic stencil.
Nachdem die Metallschablone 4 im Bereich deren Außenkanten 32 (Fig. 3) mittels einer Schweiß- oder Klebenaht 34 mit den Rahmenprofilen oder -seiten 10 unlös bar verbunden worden ist, wird der Rahmen 2 in Richtung der in Fig. 1 darge stellten Pfeile 36 entspannt, wodurch die Metallschablone 4 automatisch gespannt wird. Dabei werden Aufwölbungen der Metallschablone 4 in den Rahmenecken 8 durch die Freischnitte 25, 25' vermieden. After the metal template 4 in the area of its outer edges 32 ( FIG. 3) by means of a weld or adhesive seam 34 with the frame profiles or sides 10 has been inseparably connected, the frame 2 is relaxed in the direction of the arrows 36 shown in FIG. 1 Darge , whereby the metal template 4 is automatically stretched. Bulging of the metal template 4 in the frame corners 8 by the cutouts 25 , 25 'is avoided.
Die das Druckmuster oder die Druckstruktur bildenden Öffnungen 30 können vor oder im Anschluss an die Aufbringung der Metallschablone 4 auf den Rahmen 2 durch Stanzung und/oder Bohrung in die Metallschablone 4 eingebracht werden. The print pattern, or the print pattern forming openings 30 may be introduced prior to or subsequent to the deposition of the metal stencil 4 to the frame 2 by punching and / or hole in the metal stencil. 4
22
Rahmen
frame
44
Metallschablone
metal template
66
Druckschablone/Schablonendruckrahmen
Printing screen / stencil printing frame
88th
Rahmenecke
frame corner
1010
Rahmenprofil/-seite
Frame profile / -side
1212
Pfeil
arrow
1414
Schablonenecke
stencil corner
1616
Pfeil
arrow
1818
Öffnung
opening
2020
Stift
pen
2222
Ösenlappen
Ösenlappen
2424
45°-Schnitt
45 ° cut
2525
Freischnitt
Clear cut
2626
Kunststofffolie
Plastic film
2828
Metallfolie
metal foil
3030
Öffnung/Druckmuster
Opening / print pattern
3232
Außenkante
outer edge
3434
Schweiß-/Klebenaht
Welding / adhesive seam
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