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Die
Erfindung betrifft eine Abdeckschablone zum Abdecken von Substraten,
insbesondere Leiterplatten, mit Öffnungen,
durch welche Materialien, insbesondere Lötpaste und/oder Kleber gezielt
auf das Substrat aufbringbar ist und mit Halteabschnitten im Randbereich
zum Aufspannen der Abdeckschablone in einem Spannhalterahmen.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
eine Abdeckschabloneneinheit, die eine Abdeckschablone und einen
zugehörigen
Spannhalterrahmen umfasst.
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Derartige
Abdeckschablonen werden benutzt, um Lötpasten und Kleber in beispielsweise SMD-Technologie
(SMD = Surface Mounted Devices) auf Leiterplatten zu drucken.
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Beim
Bedrucken der Leiterplatte wird die Abdeckschablone entsprechend
positioniert und auf die Leiterplatte aufgelegt. Mit Hilfe eines
Rakels, insbesondere eines Gummi- oder Stahlrakels, wird die Paste
und/oder der Kleber durch die Öffnungen
auf die Leiterplatte unter Druck aufgebracht, wodurch die entsprechenden
Pads mit der Paste beziehungsweise dem Kleber benetzt werden. Die
Abdeckschablone wird danach abgehoben und von der Leiterplatte entfernt.
Die Leiterplatte ist nun zum Bestücken mit SMD-Bauteilen. vorbereitet
und zum anschließenden Löten oder
Klebeaushärten
fertig. Pasten finden insbesondere beim Löten der Bauteile auf die Leiterplatte
Verwendung. Kleber wird insbesondere beim Reflow-Löten verwendet.
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Herkömmlich hergestellte
Abdeckschablonen für
den SMD-Pastendruck
sind aus Metall, insbesondere aus Stahl, Kupfer oder Messing hergestellt. Da
die Abdeckschablonen die Leiterplatten abdecken, sind zur genauen
Positionierung der Abdeckschablonen Hilfsmittel, insbesondere sogenannte gravierte
Referencepads erforderlich. Die Ausrichtung und Lage der Referencepads
wird mit aufwändigen
Kamerasystemen überwacht
und mit entsprechender Software gesteuert.
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Nachteile
von Metallschablonen sind, dass das Material gegen Knicken und Biegen
sehr empfindlich ist. Es können
leicht bleibende, irreparable Verformungen entstehen. Dadurch ist
der Einsatz derartiger Abdeckschablonen bei Anwendungen, bei denen
zwischen zwei Öffnungen
sehr schmale Stege zu realisieren sind, durch das Handling physikalisch begrenzt.
Insbesondere sehr dünne
Schablonen aus Metall sind sehr empfindlich.
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Eine
eingangs genannte Abdeckschablone ist aus der
EP 0 643 902 B1 bekannt
geworden. Die dort beschriebene Abdeckschablone sieht gegenüberliegende
Randbereiche vor, die Halteabschnitte in Form von Aussparungen zum
Aufspannen der Abdeckschablonen aufweist oder die eine reduzierte
Dicke besitzen, so dass die Randbereiche flexibler als der die Öffnungen
aufweisende Hauptteil der Schablone sind. Dadurch können die
gegenüberliegenden Seitenbereiche
ohne Knicken oder andere Deformationen bei einer Einspannung entlang
dieser Bereiche verbogen werden. Die dort beschriebenen Schablonen
sind aus Blech, insbesondere aus rostfreiem Stahl oder aus Messing,
und weisen eine entsprechende Dicke auf.
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Für eine genauere
Aufbringung von Lötpaste und/oder
Kleber wäre
es wünschenswert,
die Dicke der Schablone zu reduzieren, Dies ist bei dem bekannten
Stand der Technik deshalb nicht möglich, weil dann beim Aufspannen
der Abdeckschablone ein Ausreißen
der Öffnungen
an den seitlichen Halteabschnitten auftreten würde.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Abdeckschablone
der eingangs genannten Art die Nachteile des Stand der Technik zu
vermeiden und eine Abdeckschablone zur Verfügung zu stellen, welche einfach
herstellbar ist und ein sehr genaues Aufbringen von Lötpaste und/oder
Kleber ermöglicht. Die
Abdeckschablone soll außerdem
für eine
sichere und dauerhafte Aufspannung mit einem Spannhalterahmen geeignet
sein.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Abdeckschablone der eingangs beschriebenen
Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Abdeckschablone wenigstens im mittleren, die Öffnungen
aufweisenden Bereich aus einem dünnen
Folienmaterial gebildet ist und dass der die Halteabschnitte aufweisende
Randbereich gegenüber
dem mittleren Bereich eine die Aufspannung ermöglichende Verstärkung aufweist. Mit
einer derartigen Abdeckschablone kann folglich aufgrund des verwendbaren
sehr dünnen
Folienmaterials Lötpaste
und/oder Kleber entsprechend präzise
aufgebracht werden. Dennoch ist ein dauerhaftes Aufspannen der Abdeckschablone
möglich,
da der die Halteabschnitte aufweisende Randbereich verstärkt ausgebildet
ist. Durch eine verstärkte
Ausbildung des Haltebereichs wird außerdem das Handling der Abdeckschablone
vereinfacht.
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Insbesondere
kann durch die Verstärkung ein
unerwünschtes
Knicken oder plastisches Verformen des dünnen Folienmaterials unterbunden
werden.
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Durch
die Reduzierung der Dicke des Folienmaterials können geringere Fein-Patch-Abstände (Abstand
von Mitte Pad zu Mitte Pad) realisiert werden, ohne dass das Handling
und der Dauereinsatz der Abdeckschablone verschlechtert wird, Die
zunehmend geringere Dicke des Folienmaterials ist aufgrund der Verstärkung der
Randbereiche handlebar; irreversible Beschädigungen, die den Gebrauch der
Abdeckschablone einschränken
oder unmöglich machen,
werden durch die Verstärkung
unterbunden oder gar ausgeschlossen.
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Der
Gegenstand des Anspruchs 1 geht folglich in eine andere Richtung
als der Gegenstand der
EP 0
643 902 81 . Beim bekannten Stand der Technik ist es Ziel,
die Flexibilität
des die Halteabschnitte aufweisenden Randbereichs zu erhöhen beziehungsweise
den Randbereich mit einer reduzierten Dicke auszubilden. Bei der
vorliegenden Erfindung soll gerade der die Halteabschnitte aufweisende
Randbereich gegenüber
dem mittleren Folienbereich aus dem dünnen Folienmaterial verstärkt ausgebildet sein.
Der Randbereich weist folglich eine geringere Flexibilität als der
die Öffnungen
aufweisende Folienbereich auf. Bei der vorliegenden Erfindung kann deshalb
sehr dünnes
Folienmaterial für
den die Öffnungen
aufweisenden Folienbereich verwendet werden.
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Da
der die Halteabschnitte aufweisende Randbereich sich in der Regel über die
gesamte Länge
von zwei gegenüber
liegenden Seiten erstreckt, erstreckt sich vorteilhafterweise die
Verstärkung auch über wenigstens
die beiden gegenüber
liegenden, die Halteabschnitte aufweisenden Randbereiche. Allerdings
ist erfindungsgemäß auch denkbar, dass
sich die Verstärkung über den
gesamten Randbereich der Abdeckschablone erstreckt; die Verstärkung bildet
dann eine Art Verstärkungsrahmen
für den
die Öffnungen
aufweisenden dünnen Folienbereich.
Auch hierdurch wird das Handling der Abdeckschablone erleichtert;
ein Knicken oder sonstiges plastisches Verformen des dünnen Folienmaterials wird
dadurch entgegengewirkt.
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Die
erfindungsgemäße Abdeckschablone kann
dabei ein Folienmaterial mit einer Dicke von weniger als 350 μm, und insbesondere
zwischen 40 bis 250 μm
aufweisen. Eine sehr gut geeignete Schablone weist eine Dicke von
ca. 75 – 200 μm auf.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass der Randbereich entlang einer Biegelinie
aus der Ebene des mittleren Bereichs gebogen werden kann, wobei
der mittlere Folienbereich parallel zur Biegelinie flexibler ausgebildet
ist als der entlang der Biegelinie gebogene Randbereich. Bei einer
derartigen Ausgestaltung kann die Abdeckschablone zum einen sicher
in einem Spannhalterahmen gehaltert werden und zum anderen kann
der die Öffnungen
aufweisende Folienbereich beliebig nahe an das Substrat herangeführt werden.
Da die Randbereiche, die die Halteabschnitte aufweisen, eine Verstärkung aufweisen,
sind sie weniger flexibel als der mittlere Folienbereich der Abdeckschablone.
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Die
Verstärkung
der jeweiligen Randbereich kann wenigstens teilweise durch Faserstoffe und/oder
Faserverbundstoffe und/oder aus Kunststoff und/oder aus Metall gebildet
sein. Je nach Art des Folienmaterials und je nach Spannanforderungen
kann ein entsprechendes Material für die Verstärkung gewählt werden.
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Vorteilhafterweise
können
die Halteabschnitte als sich durch das Folienmaterial und die Verstärkung erstreckende
Aussparungen gebildet sein. Derartige Aussparungen können beispielsweise
eine schlitzartige, runde, ovale, rechteckige, ösenförmige Grundfläche vorsehen.
Insbesondere können
die Aussparungen derart ausgebildet sein, dass die erfindungsgemäße Abdeckschablone
in bekannte Spannhalterahmen, wie sie beispielsweise in der
EP 0 643 902 B1 beschrieben
sind, gespannt werden können.
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Eine
weitere, besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet
sich dadurch aus, dass sich das Folienmaterial bis in den Randbereich der
Abdeckschablone erstreckt und dass die Verstärkung durch eine oder mehrere
im Randbereich auf das Folienmaterial aufgebrachte Zusatzfolien
gebildet ist. Im jeweiligen Randbereich kann dabei lediglich eine
Zusatzfolie auf dem Folienmaterial aufgebracht sein. Um eine zusätzliche
Verstärkung
zu erreichen, ist erfindungsgemäß ebenfalls
denkbar, dass mehrere Zusatzfolien auf dem Folienmaterial vorhanden
sind; insbesondere kann auf der Oberseite und auf der Unterseite
des jeweiligen Randbereichs eine Zusatzfolie vorhanden sein. Allerdings können im
Rahmen der Erfindung auch mehrere Schichten von Zusatzfolien übereinander
als Verstärkung
Verwendung finden.
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Besonders
vorteilhaft ist, wenn die Zusatzfolie aus dem gleichen Material
wie das Folienmaterial ist. Die Zusatzfolie kann dabei eine gleiche
Dicke oder eine andere Dicke als das Folienmaterial vorsehen. Die
Verwendung des gleichen Materials für die Zusatzfolie und für das Folienelement
hat den Vorteil, dass beide Materialien eine gleiche Zugfestigkeit
bis zur Streckgrenze und eine gleiche Druckfestigkeit bis zur Fließgrenze
aufweisen. Beim Aufspannen der Abdeckschablone ergibt sich folglich
eine gleichmäßige Kraftverteilung
in dem Folienmaterial und in der Zusatzfolie.
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Die
Zusatzfolie kann insbesondere durch thermische Verfahren, Klebeverfahren,
Lackierverfahren und/oder durch Sinterverfahren mit dem Folienmaterial
verbunden sein. Besonders vorteilhaft hat sich ein flächiges Fügen von
Folienmaterial und Zusatzfolie herausgestellt; hierdurch werden
entsprechende Spannungen auf die Fügefläche gleichmäßig verteilt.
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Erfindungsgemäß ist ferner
denkbar, dass eine Zusatzfolie auf der Unter- und auf der Oberseite des
Folienmaterials aufgebracht ist. Eine derartige Zusatzfolie kann
um die freie Kante des Folienmaterials herumgebogen sein, so dass
sie sich von der Oberseite bis auf die Unterseite erstreckt. Insbesondere
sehr dünnes
Folienmaterial kann eine sehr scharfe Kante aufweisen, an der eine
Verletzungsgefahr gegeben ist. Durch Umbiegen der Zusatzfolie um die
freie Kante des Folienmaterials wird eine Verletzungsgefahr ausgeschlossen.
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Zur
Herstellung der Verstärkung
kann erfindungsgemäß das Folienmaterial
im Randbereich aus der Ebene, in der die Öffnungen liegen, nach oben oder
unten derart umgebogen sein, dass das umgebogene Folienmaterial
im Randbereich auf dem nicht umgebogenen Folienmaterial zum Aufliegen
kommt. Das Folienmaterial im Randbereich wird also in der Regel
um 180° abgebogen
und mit dem Bereich des Folienmaterials, der in der Ebene der Öffnungen liegt,
verbunden. Das die Verstärkung
bildende Folienmaterial kann zur Realisierung einer größeren Verstärkung auch
mehrfach gefaltete sein. Das zu biegende, in einer Ebene liegende
Folienmaterial kann hierzu aus einer Bahn entsprechend ausgeschnitten werden.
Die Breite und der Verlauf der Verstärkung wird als Randzugabe berücksichtigt.
Es verbleibt folglich keine scharfe Kante; eine Verletzungsgefahr an
der Kante der Abdeckschablone wird dadurch ausgeschlossen.
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Eine
besonders vorteilhafte Abdeckschablone ergibt sich dann, wenn die
Zusatzfolie und das Folienmaterial aus einem geeigneten Kunststoffmaterial ist.
Das Verwenden eines Kunststoffmaterials hat den Vorteil, dass beim
Laserschneidvorgang der Öffnungen
beziehungsweise Aussparungen keine V-förmigen Schneidkanten entstehen,
wie es bei metallischen Werkstoffen der Fall ist. Die Kanten bei
den erfindungsgemäßen Abdeckschablonen
verlaufen idealerweise senkrecht zur Oberfläche der Abdeckschablone. Dadurch
ergeben sich keine Engstellen beim Eintreten der Paste und/oder
des Klebers in die Öffnungen.
Fehldrucke mit zu wenig Volumen werden dadurch reduziert oder vermieden.
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Das
Kunststoffmaterial kann erfindungsgemäß wenigstens teiltransparent
und insbesondere transparent sein. Aufgrund des transparenten Kunststoffs
ist es möglich,
die darunter befindliche Leiterplatte in vollem Umfang visuell zu
erfassen. Dadurch wird gewährleistet,
dass das Einfließen
der Paste und/oder des Klebers jederzeit optisch kontrollierbar ist.
Auch die Voreinstellung der Positionierung wird hierdurch sehr vereinfacht,
da man die zu bedruckenden Padfelder leicht einjustieren kann. Ferner
ist durch die Transparenz des Kunststoffmaterials gewährleistet,
dass der Druckvorgang, das Positionieren der Paste oder des Klebers
sowie die Abfolge der Rakelzüge
jederzeit zum einen durch visuelle Beobachtung und zum anderen durch
Zuhilfenahme eines Positionierungssystems, beispielsweise mit einer
Kamera, beobachtet und kontrolliert werden kann.
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Eine
vorteilhafte Abdeckschablone aus Kunststoffmaterial weist insbesondere
folgende Eigenschaften auf: biegbar, aufrollbar, erheblich stabiler
gegen Verformungen, weitgehend resistent gegen bleibende Verformungen.
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Eine
bevorzugte Abdeckschablone weist als Folienmaterial und/oder als
Zusatzfolie ein Kunststoffmaterial auf, das eine Zugfestigkeit von
mindestens 145 N/mm2 und von maximal 200
N/mm2, bei einer Dehnung von 100 %/min aufweist
und/oder eine Reißdehnung
von 100 bis 150 %, bei einer Dehnung von 100 %/min und/oder ein
Zugmodul von 3.500 bis 4.200 N/cm2, bei
einer Dehnung von 100 %/min bei 23° und/oder eine Druckstabilität von 2.500
bis 3.000 N/cm2 bei 1 inch hoch und 1 inch
Durchmesser und/oder einen Gleitreibungskoeffizienten von 0,13 bis
0,5 und/oder einen Rauigkeitswert < 0,15 μm aufweist.
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Als
vorteilhaftes Kunststoffmaterial kann insbesondere Verwendung finden:
Polyethylene, Terephthalate.
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Eine
vorteilhaft Schablone ergibt sich außerdem auch dann, wenn die Öffnungen
und/oder die Aussparungen auf der Schablonenober- beziehungsweise
Eintrittsseite der Lötpaste
oder des Klebers eine Abrundung aufweisen. Hierdurch wird das Auftragen
und Einfließen
der Paste oder des Klebers in die Öffnungen erleichtert; es ergibt
sich eine bessere Auftragungsqualität.
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Zur
Herstellung derartiger Öffnungen
hat sich insbesondere die Einbringung der Öffnungen und/oder Aussparungen
mittels einer energiereichen Strahlung, insbesondere mittels einer
Laserstrahlung, ergeben.
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Die
eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Abdeckschabloneneinheit, umfassend
eine Abdeckschablone nach einem der vorhergehenden Ansprüche und
einen Spannhalterahmen, in dem die Abdeckschablone aufgespannt ist.
Ein entsprechender Spannhalterahmen ist beispielsweise in der
EP 0 643 902 B1 offenbart.
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Weitere
Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand
der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben
und erläutert
ist.
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Es
zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Abdeckschablone;
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2 eine
perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Abdeckschablone gemäß 1;
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3 einen
Querschnitt durch die Abdeckschablone gemäß 1 und 2;
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4 eine
vergrößerte Darstellung
einer Öffnung
der Abdeckschablone gemäß 3;
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5 eine
vergrößerte, teiltransparente
Darstellung eines Eckbereichs einer erfindungsgemäßen Abdeckschablone
gemäß 2;
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6 einen
Schnitt durch den Randbereich einer zweiten Abdeckschablone;
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7 einen
Schnitt durch den Randbereich einer dritten Abdeckschablone;
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8 einen
Schnitt durch den Randbereich einer vierten Abdeckschablone.
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Die
in den 1 bis 5 gezeigte Abdeckschablone 10 weist Öffnungen 12 auf,
durch welche Lötpaste
oder Kleber gezielt auf ein Substrat, insbesondere auf eine Leiterplatte,
aufbringbar ist. Der die Öffnungen 12 aufweisende
mittlere Bereich der Abdeckschablone 10 ist aus einem dünnen Folienmaterial
gebildet, das insbesondere eine Dicke im Bereich von 40 – 250 μm aufweist.
Das Folienmaterial ist aus einem sehr dünnen Kunststoffmaterial, welches
insbesondere transparent ausgebildet ist, gebildet.
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In
den gegenüberliegenden
Randbereichen 16 der Abdeckschablone 10 sind Halteabschnitte
in Form von Aussparungen 18 vorgesehen. 1 zeigt verschiedene
Arten von Aussparungen 18, nämlich runde, rechteckige, halbkreisförmige und
schlitzartige Aussparungen. Je nach entsprechend zu verwendendem
Spannhalterahmen können
entsprechende Aussparungen 18 vorgesehen sein.
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In
den Randbereichen 16 weist die Abdeckschablone 10 eine
Verstärkung 20 in
Form von auf das Folienmaterial 14 aufgebrachten Zusatzfolien 22 in
Form von Verstärkungsstreifen
vor. Die Verstärkung 20 ist
dabei so ausgebildet, dass sie flexibel und elastisch nachgiebig
ist. Ein Aufwickeln beziehungsweise Aufrollen einer derartigen Abdeckschablone 10 ist
ohne Weiteres möglich.
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Wie
insbesondere aus der 2 deutlich wird, sind die Zusatzfolien 22 beziehungsweise
Verstärkungsstreifen
auf das Folienmaterial 14 aufgebracht. Die Verstärkung 20 in
Form der Verstärkungsstreifen 22 ist
dabei aus dem gleichen Material wie das Folienmaterial 14 gebildet.
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Aus 2 wird
ferner deutlich, dass die Zusatzfolien nicht nur auf der Oberseite
des Folienmaterials 14, sondern auch entsprechend auf der
Unterseite vorgesehen sind. Je nach gewünschter Verstärkung kann
es allerdings ausreichend sein, die Verstärkung entweder auf der Oberseite
oder der Unterseite des Folienmaterials vorzusehen.
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Die
Verstärkungsstreifen 22 beziehungsweise
die Zusatzfolien 22 sind vorteilhafterweise mit dem Folienmaterial 14 flächig verklebt
oder thermisch gefügt.
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In
der 3 sind Öffnungen 12 im
Folienmaterial 14 zu erkennen. Außerdem ist deutlich zu erkennen,
dass oberhalb und unterhalb des Folienmaterials 14 die
Zusatzfolien 22 im Randbereich 16 vorhanden sind.
Außerdem
wird deutlich, dass sich das Folienmaterial 14 bis in die
Randbereiche der Abdeckschablone 10 erstreckt, und dass
die Aussparungen 18 sich durch die jeweilige Zusatzfolie 22 und durch
das Folienmaterial 14 erstrecken.
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Aufgrund
der Verstärkung 20 beziehungsweise
der Zusatzfolien 22 sind die Randbereiche 16 der
Abdeckschablone 10 weniger flexibel als der mittlere Bereich
des Folienmaterials 14, der die Öffnungen 12 aufweist.
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In
der 4 ist eine Öffnung 12 des
Folienmaterials 14 vergrößert dargestellt. Die dargestellte Öffnung 12 ergibt
sich dann, wenn das Folienmaterial aus einem Kunststoffmaterial
ist, bei dem die Öffnung 12 durch
einen Laserschneidvorgang hergestellt ist. Die Öffnungskanten 24 verlaufen
senkrecht zur Abdeckschablonenoberfläche 26. V-förmige Geometrien von Öffnungen,
wie sie in der 3 gezeigt sind, liegen bei Öffnungen
in Kunststoffmaterialien, die mit Laser eingebracht werden, nicht
vor. Engstellen beim Eintreten der Paste oder des Klebers in die Öffnung 12 gemäß 4 sind
keine vorhanden; Fehldrucke mit zu wenig Volumen werden dadurch
vermieden.
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Der
Grat, der durch das Laserschneiden des Kunststoffmaterials entsteht,
lässt sich
sehr leicht entfernen. Für
das Auftragen der Paste ist auf der Eintrittsseite eine Abrundung 28 an
der Schnittkante des Materials vorgesehen, die hilfreich für das Einfließen der
Paste oder des Klebers ist.
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Der
in der 5 vergrößert dargestellte
Eckbereich zeigt gestrichelt, dass sich die Aussparungen 18,
von der eine exemplarisch dargestellt ist, sowohl durch die Zwischenfolien 22 als
auch durch das Folienmaterial 14 verläuft. Die Aussparungen 18 sind zum
Eingriff von Spannfingern bekannter Spannhalterahmen vorgesehen.
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In
der 6 ist eine Abdeckschablone gezeigt, bei der eine
Zusatzfolie 30 auf der Unter- und auf der Oberseite des
Folienmaterials 14 aufgebracht ist. Die Zusatzfolie 30 ist
um die freie Kante des Folienmaterials 14 herumgebogen,
so dass sie sich von der Oberseite bis auf die Unterseite erstreckt.
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In
der 7 ist eine Abdeckschablone gezeigt, bei der zur
Verstärkung
das Folienmaterial 14 im Randbereich 16 aus der
Ebene, in der die Öffnungen 12 liegen,
nach oben derart umgebogen ist, dass das umgebogene Folienmaterial 32 im Randbereich 16 auf
dem nicht umgebogenen Folienmaterial 14 aufliegt.
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Die 8 ist
zeigt eine Abdeckschablone, bei der umgebogenes Folienmaterial 32 mehrfach derart
gefaltet ist, dass es ein weiteres Mal die freie Kante der Abdeckschablone
umschließt.
Hierdurch ergibt eine größere Verstärkung als
bei einer Abdeckschablone nach 7.
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Sämtlich in
der Beschreibung, der Zeichnung und den nachfolgenden Ansprüchen beschriebenen und
dargestellten Merkmale können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich
sein.