Wie funktioniert das Elektropolieren bei Leiterplatten-Schablonen

Um eine optimale Freigabe der Lotpaste zu gewährleisten, müssen Leiterplattenschablonenhersteller hochwertige Oberflächenbehandlungen anbieten. Eine Methode zur Verbesserung der Funktionalität von Schablonen ist das Elektropolieren. Wie verbessert Elektropolieren PCB-Schablonen und was ist es?

Die kontinuierliche Anwendung von Laserstrahlen während des PCB-Schablonenherstellungsprozesses führt dazu, dass die Öffnungs- bzw. Aperturwand rau wird. Dies geschieht, weil das Blechmaterial durch den Laserstrahl aufgeschmolzen wird, was bestimmte Oberflächenunregelmäßigkeiten verursacht. Um dieses Problem zu beheben, wird Elektropolieren eingesetzt, um die Aperturwand zu glätten. In diesem Artikel werden die Vorteile des Elektropolierens für die SMT-Bestückung, seine Rolle in der PCB-Schablonenherstellung sowie seine Funktionsweise behandelt.
JLCPCB bietet elektropolierte Schablonen als Teil seines Leistungsangebots an und sorgt so für glattere Aperturwände, eine verbesserte Lotpastenfreigabe und eine höhere Bestückungsqualität.

Was ist Elektropolieren?

Elektropolieren ist ein elektrochemisches Oberflächenveredelungsverfahren, bei dem eine dünne Metallschicht entfernt wird, um ein leitfähiges Werkstück glatter, gleichmäßiger und frei von Mikrog­raten sowie anderen Oberflächenfehlern zu machen. Elektropolieren wird auch als „Umkehrung des Galvanisierens“ bezeichnet, da dabei Metall auf mikroskopischer Ebene aufgelöst wird.

Grundprinzip des Elektropolierens:

• Anodischer Prozess: In einem Elektrolytbad wird die Schablone als Anode (+) angeschlossen.

• Kathode (–): Besteht in der Regel aus Blei oder Edelstahl.

• Elektrolyt: Saure Flüssigkeit, häufig eine Mischung aus Schwefel- und Phosphorsäure.

• Angelegte Spannung: Bei Anlegen von Gleichstrom (DC) lösen sich Metallionen bevorzugt von Oberflächenhöhen.

Dies führt zu einer glatteren, gleichmäßigeren Oberfläche, bei der mikroskopische Unregelmäßigkeiten ausgeglichen werden.

Warum Elektropolieren erforderlich ist:

Es handelt sich um eine der neueren Technologien zur Herstellung hochwertiger Schablonen. Traditionell werden Laser eingesetzt. Durch ihre Fokussierung auf Edelstahl wird dieser aufgrund der hohen Laserintensität aufgelöst. Dies wird genutzt, um Löcher und Aperturen in lasergeschnittenen Schablonen zu erzeugen. Dadurch entstehen bei Laserschablonen Metallschlacken an den Kanten der Öffnungen, und die Lochwandkanten sind weder gerade noch glatt, was das Drucken der Lotpaste unter dem Bauteil erschwert. Um diesen Nachteil von Laserschablonen zu beheben, wird Elektropolieren eingesetzt.

Die Qualität des Lotpastendrucks wird direkt durch die Leistung der Schablone beeinflusst, insbesondere bei Fine-Pitch-Bauteilen (0,4 mm oder kleiner). Lasergeschnittene Schablonen hinterlassen häufig mikroskopische Grate oder Rauheiten an den Aperturkanten, die:

• Lotpaste zurückhalten

• eine ungleichmäßige Pastenfreigabe verursachen

• zu Defekten wie unzureichendem Lot oder Brückenbildung führen

Durch den Einsatz von Elektropolieren zur Erzeugung polierter Aperturwände können Hersteller einen gleichmäßigen, fehlerfreien Druck sicherstellen, was für Fine-Pitch- oder High-Volume-SMT-Bestückungen entscheidend ist.

Herstellungsprozess einer elektropolierten Schablone:

Wissenschaft hinter elektropolierten Schablonen:

Während eines Säurebades wird eine bestimmte Spannung verwendet, um die Rauheit der Aperturwand zu steuern. Im Wesentlichen werden Metallionen während eines umgekehrten Galvanisierungsprozesses in das Säurebad eingebracht.

Schritt 1: Die elektrolytische Lösung bewirkt, dass positive Ladungen auf der Schablone verbleiben und negative Ladungen auf die Lösung übertragen werden.

Schritt 2: Die Schablone wird mit Gleichstrom beaufschlagt, wodurch die Metallionen entfernt und in Richtung des negativen Pols gezwungen werden.

Während dieses gesamten Prozesses wird die gesamte Oberfläche, insbesondere die lasergeschnittenen Aperturwände, glatt und frei von Oberflächenunregelmäßigkeiten. Nickelbeschichtung wird ebenfalls gelegentlich verwendet, um glatte Aperturwände und Öffnungen zu erzeugen, hat jedoch den Nachteil, dass sie die Gesamtgröße der Aperturöffnung verringert und eine Anpassung der Layoutdaten erfordert.

Exakter Prozess des Elektropolierens einer Schablone:

1. Vorbereitung der PCB-Schablone

• Die lasergeschnittene Edelstahlschablone wird gründlich gereinigt, um Staub und Fett zu entfernen.
• Die Schablone wird in die saure Elektrolytlösung eingetaucht und als Anode angeschlossen.

2. Elektrochemischer Materialabtrag

• Bei Anwendung von Gleichstrom löst sich das Metall unter kontrollierten Bedingungen anodisch auf.
  
  • Oberflächenasperitäten (Spitzen) lösen sich schneller auf als vertiefte Bereiche (Täler), was zu einer gleichmäßigen Glättung führt.

3. Nachbehandlung nach dem Elektropolieren

• Die Schablone wird nach dem Elektropolieren mit deionisiertem Wasser gereinigt.
  
  • Nach dem Trocknen wird die Oberfläche auf Gleichmäßigkeit und Glätte geprüft.

Vorteile des Elektropolierens:

Elektropolierte Schablonen bieten eine hervorragende Druckpräzision, insbesondere für sehr kleine PCB-Pads. Die Kombination aus elektropolierten und nano-beschichteten Schablonen von JLCPCB verstärkt diese Vorteile zusätzlich und bietet eine überlegene Pastenfreigabe sowie eine lange Lebensdauer. Nachfolgend einige der Vorteile:

• Bessere Freigabe durch geringere Haftung der Paste an den Aperturwänden.
  
  • Fördert eine zuverlässige Übertragung der Lotpaste.
  
  • Verhindert Defekte und Lötbrücken.
  
  • Beschleunigt und verbessert die Gründlichkeit der Schablonenreinigung nach dem Einsatz.
  
  • Erhöht die Lebensdauer der Schablonen, insbesondere in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit.

Elektropolieren im Vergleich zu anderen Schablonen-Veredelungsmethoden

Normen und bewährte Verfahren:

IPC-Richtlinien:

• IPC-7525C: Richtlinien für das Schablonendesign empfehlen eine hochwertige Aperturveredelung für eine zuverlässige Pastenübertragung.

• IPC-A-610: Akzeptanzstandards heben die Bedeutung einer gleichmäßigen Lotablagerung für Produkte der Klasse 2 (kommerziell) und Klasse 3 (hohe Zuverlässigkeit) hervor.

Fazit:

Bei diesem Verfahren wird eine elektrolytische Lösung auf die Oberfläche des Schablonenmaterials aufgebracht, um dessen Ebenheit zu verfeinern. Dies kann die Konsistenz der Lotpastenapplikation verbessern, ist jedoch nicht in jedem Fall zwingend erforderlich.

（Dieser Elektropolierprozess wird von JLCPCB durchgeführt.）

Bei SMT-Schablonen wird das Laserschneiden aufgrund seiner Genauigkeit meist bevorzugt. Es bietet kurze Durchlaufzeiten und eine hohe Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Designs. Wenn Genauigkeit ein entscheidender Faktor ist, stellen elektropolierte PCB-Schablonen eine gute Wahl dar. Der Elektropolierschritt im Schablonenherstellungsprozess wird unverzichtbar, wenn Schablonen für Leiterplatten mit dicht gepackten Pitch-Bauteilen gefertigt werden. Elektropolierte Schablonen verbessern die SMT-Produktionsausbeute und senken die Defektraten, indem sie durch glattere Aperturwände die Pastenfreigabe verbessern und dadurch eine bessere Lotpastenapplikation während des Druckprozesses ermöglichen. Mit schneller Produktion und weltweitem Versand können Sie sich darauf verlassen, dass JLCPCB Ihr nächstes Projekt mit professionellen Werkzeugen unterstützt.