Die Geheimnisse der Herstellung von nanobeschichteten Schablonen entschlüsseln

Herstellungsprozess von nanobeschichteten Schablonen

Die Herstellung von nanobeschichteten Schablonen umfasst eine Reihe von Präzisionsschritten, darunter Konstruktion und Entwurf, Laserschneiden, Polieren, Abscheidung der Nanobeschichtung und Qualitätskontrolle. Im Folgenden wird jeder Prozessschritt im Detail beschrieben:

1. Konstruktion und Entwurf

(1) Datenerfassung:

Exakte Daten werden aus kundenseitig bereitgestellten Design-Dateien (z. B. Gerber-Dateien, PCB-Layouts) oder physischen Mustern gewonnen. Dazu gehören die Schablonenabmessungen, Pad-Layouts, Öffnungsformen und -größen sowie spezifische Anwendungsanforderungen.

(2) CAD-Entwurf:

Mit professioneller CAD-Software wie AutoCAD werden die erfassten Daten in präzise 2D- oder 3D-Konstruktionszeichnungen umgewandelt. Diese definieren die Gesamtmaße der Schablone, die Lage, Form und Größe der Öffnungen und dienen als digitaler Bauplan für die nachfolgenden Prozessschritte.

2. Laserschneiden

(1) Materialvorbereitung:
Hochwertige Edelstahlbleche, in der Regel SUS 304, werden als Basismaterial ausgewählt. Das Material muss strenge Kriterien hinsichtlich Dickentoleranz, Ebenheit und mechanischer Festigkeit erfüllen.

(2) Maschineneinrichtung:
Die Laserschneidmaschinen werden auf Grundlage des Schablonendesigns kalibriert. Wichtige Parameter sind Laserleistung, Schneidgeschwindigkeit und Pulsfrequenz. Das Edelstahlblech wird sicher auf dem Arbeitstisch fixiert, um Schneidpräzision und Materialstabilität zu gewährleisten.

(3) Präzisionsschneiden:
Das Lasersystem emittiert einen hochenergetischen Strahl, der den Stahl lokal schmilzt oder verdampft und dabei den vorprogrammierten Öffnungspfaden folgt. Das Verfahren erzeugt hochpräzise Öffnungen mit Maßtoleranzen typischerweise innerhalb von ±0,05 mm.

3. Polieren

(1) Mechanisches Polieren:
Rotationspolierwerkzeuge oder Schleifpasten werden eingesetzt, um Grate zu entfernen und die Kantenglätte zu verbessern. Drehzahl und Druck werden an die Blechdicke und Materialeigenschaften angepasst, üblicherweise zwischen 1500–3000 U/min.

(2) Chemisches Polieren:
Die Schablone wird in eine chemische Lösung getaucht, die mikroskopische Oberflächenunregelmäßigkeiten selektiv auflöst. Der Prozess läuft typischerweise bei Temperaturen zwischen 40 °C und 80 °C über 5–15 Minuten, abhängig vom Oberflächenzustand und dem gewünschten Finish.

(3) Elektrochemisches Polieren (Elektropolieren):
Die Schablone dient als Anode in einer elektrolytischen Zelle. Unter kontrollierter Spannung (10–30 V) und Stromdichte (1–10 A/cm²) erfolgt eine anodische Metallauflösung. Die Bearbeitungszeit beträgt 5–30 Minuten. Das Elektropolieren verbessert die Oberflächenqualität und sorgt für eine gleichmäßige Behandlung auch bei komplexen Geometrien und Mikroöffnungen.

4. Nanobeschichtung

(1) Vakuumvorbereitung:
Nach dem Polieren wird die Schablone in eine Hochvakuum-Beschichtungskammer geladen. Typische Vakuumniveaus erreichen 10⁻³ bis 10⁻⁵ Pa, um eine gleichmäßige Abscheidung von nanoskaligen Schichten zu gewährleisten.

(2) Auswahl des Beschichtungsmaterials:
Geeignete Nanobeschichtungsmaterialien wie Titanlegierung (Ti), Titannitrid (TiN) oder Siliziumdioxid (SiO₂) werden je nach gewünschter Funktionalität ausgewählt. Diese Materialien werden als Targets oder Verdampferquellen in die Kammer eingebracht.

(3) Abscheidungsprozess:

Es gibt zwei Hauptverfahren:

• Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD): Atome werden durch Ionenbeschuss aus einem Festkörper-Target herausgelöst und als dünner Film auf der Schablonenoberfläche abgeschieden.
• Chemische Gasphasenabscheidung (CVD): Gasförmige Reaktanten reagieren auf der Schablonenoberfläche und bilden durch In-situ-Abscheidung eine nanoskalige Schicht.

Diese Beschichtungen verbessern die Schablonenleistung durch erhöhte Verschleißfestigkeit, Antihaftwirkung und präzisere Druckdefinition bei High-End-SMT-Anwendungen.

5. Qualitätskontrolle und Inspektion

(1) Visuelle Inspektion:
Die Schablone wird auf Oberflächenfehler wie ungleichmäßige Beschichtungen, Poren, Risse oder Delamination geprüft. Eine gleichmäßige, glatte und haftende Nanobeschichtung ist dabei unerlässlich.

(2) Maßprüfung:
Präzisionsmessgeräte (z. B. optische Mikroskope, Mikrometer, Dickenmessgeräte) überprüfen die Gesamtabmessungen der Schablone, die Öffnungsgrößen sowie die Beschichtungsdicke gemäß den Konstruktionsvorgaben.

(3) Funktionstests:

Die mechanischen und funktionalen Eigenschaften der Schablone werden getestet:

• Härteprüfung: Die Härte der Beschichtung wird mit Mikrohärteprüfgeräten ermittelt.
• Korrosionsbeständigkeit: Bewertung durch Salzsprühtest (ASTM B117 oder gleichwertig).
• Hydrophobizität: Bestimmung mittels Kontaktwinkelmessung zur Beurteilung des Benetzungsverhaltens.

Diese Tests stellen sicher, dass die nanobeschichtete Schablone die strengen Leistungsanforderungen der High-End-Elektronikfertigung erfüllt.

Die Herstellung von nanobeschichteten Schablonen ist ein hochpräziser Prozess, der moderne Werkstoffwissenschaft, Oberflächentechnik und Mikrostrukturierung vereint. Jeder Schritt – vom anfänglichen CAD-Design bis zur Endkontrolle – ist entscheidend, um optimale Schablonenleistung zu erzielen. So wird eine gleichbleibend hohe Qualität der Lotpastendeposition für Elektronikbaugruppen der nächsten Generation ermöglicht.