Wie funktioniert das Elektropolieren bei Leiterplatten-Schablonen?

Um eine optimale Freisetzung der Lötpaste zu gewährleisten, müssen PCB-Schablonenhersteller über hochwertige Oberflächen verfügen. Eine Methode zur Verbesserung der Funktionalität von Schablonen ist das Elektropolieren. Wie verbessert Elektropolieren PCB-Schablonen und was ist das?

Die kontinuierliche Anwendung von Laserstrahlen während des PCB-Schablonenherstellungsprozesses führt dazu, dass die Öffnungs- oder Aperturwand rau wird. Dies geschieht, weil das Blechmaterial durch den Laserstrahl geschmolzen wird, was zu bestimmten Oberflächenunregelmäßigkeiten führt. Elektropolieren wird verwendet, um die Aperturwand zu glätten, um dieses Problem zu beheben. Die Vorteile des Elektropolierens für die SMT-Montage, seine Funktion bei der PCB-Schablonenherstellung und seine Funktionsweise werden in diesem Artikel behandelt.
JLCPCB bietet elektropolierte Schablonen als Teil seines Serviceangebots an, um glattere Aperturwände für eine verbesserte Lötpastafreisetzung und eine höhere Montagequalität zu gewährleisten.

Was ist Elektropolieren?

Elektropolieren ist ein elektrochemisches Oberflächenbearbeitungsverfahren, bei dem eine dünne Metallschicht entfernt wird, wodurch ein leitfähiges Werkstück glatter, rauer und frei von Mikngraten und anderen Oberflächenfehlern wird. Elektropolieren wird auch als „Umkehrung des Galvanisierens“ bezeichnet, da Metall auf mikroskopischer Ebene aufgelöst wird.

Grundprinzip des Elektropolierens:

• Anodischer Prozess: In einem Elektrolytbade wird die Schablone als Anode (+) angeschlossen.
• Kathode (-): Üblicherweise aus Blei oder Edelstahl.
• Elektrolyt: Säurehaltige Flüssigkeit, häufig eine Kombination aus Schwefel- und Phosphorsäure.
• Angelegte Spannung: Wenn Metallionen einem Gleichstrom (DC) ausgesetzt werden, lösen sie sich bevorzugt von den Oberflächenhöhen.

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

Warum Elektropolieren erforderlich ist:

Es ist eine der modernen Technologien, die zur Herstellung hochwertiger Schablonen entwickelt wurde. Traditionell werden Laser verwendet. Durch das Fokussieren auf Edelstahl werden sie durch die hohe Intensität des Lasers aufgelöst, um Löcher und Aperturen in laser-geschnittenen Schablonen zu erzeugen.

Dadurch hat die Laser-Schablone Metallrückstände am Rand der Öffnung, und die Kanten der Lochwand sind nicht gerade und glatt, was das Auftragen der Lötpaste erschwert. Um diesen Nachteil der Laser-Schablone zu beheben, wird Elektropolieren eingesetzt.

Die Qualität des Lötpastendrucks wird direkt von der Schablonenleistung beeinflusst, insbesondere bei feinen Rasterabständen (0,4 mm oder kleiner). Mikroskopische Grate oder Rauheiten an den Rändern der Öffnungen werden häufig von laser-geschnittenen Schablonen hinterlassen, was Folgendes verursachen kann:

• Lötpaste kann hängen bleiben
• Unregelmäßige Paste-Freisetzung
• Defekte wie unzureichendes Löten oder Brückenbildung

Hersteller können durch den Einsatz von Elektropolieren für polierte Aperturwände konsistentes, fehlerfreies Drucken sicherstellen, was besonders für feine Rasterabstände oder SMT-Montage mit hohem Volumen wichtig ist.

Herstellungsprozess einer elektropolierten Schablone:

1. Mithilfe des einfachen Prozesses mit dem Edelstahlmaterial wird eine Schablone erstellt.
2. Um sie zu elektropolieren, muss sie in eine Elektrolytlösung eingetaucht werden, was in einer elektrochemischen Zelle erfolgt.
3. Ein Gleichstrom wird auf die Schablone angewendet, wodurch Metallionen von der Oberfläche der Schablone gelöst werden.
4. Nachdem diese Metallionen aufgelöst wurden, kann gesagt werden, dass eine obere raue Schicht entfernt wurde. Dies beseitigt Instabilitäten beim Pastenauftrag und erzeugt eine glatte, polierte Oberfläche.

Wissenschaft hinter elektropolierten Schablonen:

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

• Schritt 1: Was durch die elektrolytische Lösung bewirkt wird, ist: Sie hinterlässt positive Ladungen auf der Schablone und überträgt negative Ladungen auf die Lösung.
• Schritt 2: Die Schablone wird einem Gleichstrom ausgesetzt, der die Metallionen entfernt und in Richtung des negativen Pols zwingt.

Die gesamte Oberfläche, insbesondere die laser-geschnittenen Aperturwände, wird während dieses Verfahrens glatt und frei von Oberflächenunregelmäßigkeiten. Nickelbeschichtung wird ebenfalls manchmal verwendet, um glatte Aperturwände und Öffnungen zu erzeugen, hat jedoch den Nachteil, dass die Gesamtaberturgröße verringert wird und Änderungen am Artwork erforderlich sind.

Exakter Prozess des Elektropolierens einer Schablone:

1. Vorbereitung der PCB-Schablone Um Staub und Fett zu entfernen, wird die laser-geschnittene Edelstahl-Schablone gründlich gereinigt. Die Schablone wird in die saure Elektrolytlösung eingetaucht und als Anode angeschlossen.
2. Elektrochemische Materialentfernung Bei Anwendung von Gleichstrom löst sich das Metall anodisch unter kontrollierten Bedingungen. Die Spitzen (Oberflächenunregelmäßigkeiten) lösen sich schneller als die Vertiefungen (Täler), was zu einer gleichmäßigen Glättung führt.
3. Nachbehandlung nach dem Elektropolieren Die Schablone wird elektropoliert und anschließend mit deionisiertem Wasser gereinigt. Nach dem Trocknen wird die Oberfläche auf Gleichmäßigkeit und Glätte überprüft.

Vorteile des Elektropolierens:

Elektropolierte Schablonen bieten eine hervorragende Druckpräzision, insbesondere für kleine PCB-Pads. Die Kombination aus elektropolierten und nano-beschichteten Schablonen von JLCPCB verbessert diese Vorteile weiter, indem sie eine überlegene Paste-Freisetzung und langlebige Leistung bietet. Einige Vorteile im Überblick:

• Bessere Freisetzung durch geringere Pastehaftung an den Aperturwänden
• Zuverlässige Übertragung der Lötpaste
• Vermeidung von Fehlern und Lötbrücken
• Beschleunigung und Verbesserung der Gründlichkeit der Nachreinigung der Schablonen
• Erhöhung der Lebensdauer der Schablonen, insbesondere bei hoher Luftfeuchtigkeit

Elektropolieren vs. andere Schablonen-Oberflächenverfahren

Standards und bewährte Verfahren:

IPC-Richtlinien:

• IPC-7525C: Schablonendesignrichtlinien empfehlen hochwertige Aperturendbearbeitung für zuverlässige Pasteübertragung.
• IPC-A-610: Akzeptanzstandards betonen die Bedeutung einer konsistenten Lötpasteablagerung für Class-2-(kommerziell) und Class-3-(hochzuverlässig) Produkte.

Fazit:

Dieses Verfahren wendet eine elektrolytische Lösung auf die Oberfläche des Schablonenmaterials an, um dessen Ebenheit zu verfeinern. Dies kann die Konsistenz der Lötpastenanwendung verbessern, ist jedoch nicht in jedem Fall erforderlich.

(Dieser Elektropolierprozess wird von JLCPCB durchgeführt.)

Bei SMT-Schablonen wird überwiegend Laser-Schneiden bevorzugt, aufgrund seiner Genauigkeit. Sie bieten schnelle Bearbeitungszeiten und Anpassungsfähigkeit an verschiedene Designs. Wenn Genauigkeit entscheidend ist, bieten elektropolierte PCB-Schablonen eine gute Wahl. Der Elektropolierschritt im Schablonenherstellungsprozess wird besonders wichtig, wenn Schablonen für PCBs mit dicht gepackten Pitch-Komponenten erstellt werden. Elektropolierte Schablonen verbessern die SMT-Produktionsausbeute und verringern die Fehlerquote, indem sie die Paste-Freisetzung durch glattere Aperturwände verbessern und so die Lötpastenausbringung beim Auftragen erleichtern.

Mit schneller Produktion und weltweitem Versand können Sie sich auf JLCPCB verlassen, um Ihr nächstes Projekt mit professionellen Werkzeugen zu unterstützen.