Was ist eine PCB-Schablone?

Eine PCB-Schablone (auch als Lotpastenschablone bekannt) ist ein dünnes Materialblatt, typischerweise aus Edelstahl, mit lasergeschnittenen Öffnungen, die den Lötpads auf einer Leiterplatte entsprechen. Sie ist ein wichtiges Werkzeug im Surface Mount Technology (SMT)-Bestückungsprozess.

Ihre Hauptfunktion besteht darin, präzise Mengen an Lotpaste auf die Lötpads der Leiterplatte zu übertragen, bevor die Bauteile platziert werden. Durch Auflegen der Schablone auf die Leiterplatte und Auftragen der Lotpaste mit einem Rakel wird die Paste nur auf den vorgesehenen Pads abgelagert, wodurch ein gleichmäßiges, genaues und effizientes Auftragen gewährleistet wird, was für hochwertiges Löten unerlässlich ist.

Woraus besteht eine PCB-Schablone?

PCB-Schablonen werden hauptsächlich aus drei Materialien hergestellt:

1.  Edelstahl (am häufigsten): Der Industriestandard aufgrund seiner:

A. Haltbarkeit: Hält wiederholtem Gebrauch und Reinigung stand.

B. Stabilität: Behält seine Form unter Spannung und während der Reinigung bei.

C. Feinrasterfähigkeit: Ermöglicht das präzise Laserschneiden sehr kleiner Öffnungen.

D. Kosteneffizienz: Bietet ein gutes Gleichgewicht zwischen Leistung und Preis.

2.  Nickel: Manchmal für galvanisch geformte Schablonen verwendet (siehe unten). Es ist härter und verschleißfester als Edelstahl, aber auch teurer.

3.  Polyimid (Kapton) / Mylar (Kunststoff): Wird für Prototypen und sehr kleine Serien verwendet.

A. Vorteile: Sehr günstig und schnell herzustellen.

B. Nachteile: Nicht haltbar, schlechte Genauigkeit, neigt zum Dehnen und Reißen. Nicht geeignet für Feinrasterbauteile oder Produktionsumgebungen.

Arten von PCB-Schablonen

Wie werden Schablonen hergestellt? (Laserschnittverfahren)

Die Herstellung einer lasergeschnittenen Schablone umfasst mehrere wichtige Schritte:

1.  Design (CAM-Datei-Verarbeitung): Der Leiterplatten-Designer exportiert eine Gerber-Datei (typischerweise die "Paste Mask"-Ebene). Der Schablonenhersteller verwendet spezielle Software, um diese Datei für das Schneiden vorzubereiten und die Öffnungsgrößen bei Bedarf anzupassen, um ein optimales Pastenvolumen zu erzielen.

2.  Laserschneiden: Ein hochpräziser Laser schneidet die Öffnungen aus einem Edelstahlblech. Dieser Prozess wird computergesteuert, um extreme Genauigkeit zu gewährleisten.

3.  Elektropolieren: Die geschnittene Schablone wird elektrochemisch behandelt, um die Wände der Öffnungen zu glätten. Dadurch werden Laserschlacke und Grate entfernt, wodurch eine glatte Oberfläche für eine bessere Lotpastenfreisetzung entsteht.

4.  Reinigung & Inspektion: Die Schablone wird gründlich gereinigt und dann unter einem Mikroskop inspiziert, um sicherzustellen, dass alle Öffnungen sauber, glatt und den Spezifikationen entsprechen.

5.  Rahmen: Das fertige Schablonenblech wird gespannt und in einen stabilen Metallrahmen (normalerweise Aluminium) eingebunden, um es während des Druckvorgangs flach und stabil zu halten.

Wie wählt man die richtige PCB-Schablone aus?

Die Auswahl der richtigen Schablone beinhaltet das Abwägen mehrerer Faktoren:

1.  Öffnungsdesign: Dies ist der wichtigste Faktor. Das Verhältnis der Fläche der Öffnung zu ihrer Wandfläche bestimmt die Pastenfreisetzung.

l Flächenverhältnis: (Fläche der Öffnungsöffnung) / (Fläche der Öffnungswand). Ein Verhältnis > 0,66 wird im Allgemeinen für eine gute Pastenfreisetzung empfohlen.

l Seitenverhältnis: (Breite der Öffnung) / (Schablonendicke). Ein Verhältnis > 1,5 wird empfohlen.

2.  Schablonendicke: Bestimmt das Volumen der aufgetragenen Lotpaste.

l Standard-SMT (0603, 0,65 mm Raster +): 0,1 mm - 0,15 mm (4-6 mil) Dicke.

l Feinraster (0,5 mm Raster und darunter): 0,08 mm - 0,1 mm (3-4 mil) Dicke.

l Mischtechnologie (große Bauteile): Eine Stufenschablone wird verwendet, bei der der Hauptbereich dünn für Feinraster ist, aber der Bereich unter großen Bauteilen dünner geätzt wird (z. B. 0,1 mm Haupt, 0,15 mm Stufe).

3.  Schablonentyp: Wählen Sie basierend auf Ihren Bauteilen (siehe "Arten von PCB-Schablonen" oben).

l Lasergeschnitten + elektropoliert: Geeignet für 95 % der Anwendungen.

l Galvanisch geformt oder nano-beschichtet: Für die anspruchsvollsten, hochdichten Designs.

4.  Rahmen: Stellen Sie sicher, dass die Rahmengröße mit dem Halter Ihres Schablonendruckers übereinstimmt.

Wie verwendet man eine PCB-Schablone?

Der Prozess der Verwendung einer Schablone wird als Lotpastendruck bezeichnet:

1.  Einrichtung: Sichern Sie die Leiterplatte unter der Schablone in einem Schablonendrucker. Die Schablone wird präzise mit optischen Visionssystemen oder mechanischen Stiften ausgerichtet, so dass die Öffnungen perfekt zu den Pads auf der Leiterplatte passen.

2.  Beladen: Lotpaste wird in einer Linie vor der Rakelklinge(n) aufgetragen.

3.  Drucken: Die Rakelklinge(n) bewegt sich mit Abwärtsdruck über die Schablone und drückt die Lotpaste in die Öffnungen.

4.  Freigabe: Wenn die Rakel vorbeigeht und sich die Schablone von der Leiterplatte trennt, wird die Lotpaste sauber aus den Öffnungen auf die Pads freigesetzt, wodurch präzise Ablagerungen entstehen.

5.  Inspektion: Die Leiterplatte wird oft durch eine Lotpasteninspektionsmaschine (SPI) geschickt, um das Volumen, die Höhe und die Ausrichtung der Pastenablagerungen zu überprüfen, bevor die Bauteile platziert werden.

6.  Reinigung: Die Schablone wird (manuell oder automatisch) gereinigt, um Pastenrückstände von der Oberfläche und den Öffnungen zu entfernen, bevor der nächste Druckzyklus beginnt, um ein Verstopfen zu verhindern.