Nanobeschichtungen in der Leiterplattenherstellung: Warum sie herkömmliche Schablonen übertreffen

Nano-Coating ist eine dünne hydrophobe (wasserabweisende) und oleophobe (ölabweisende) Beschichtung, die auf der Unterseite und an den Kanten von Lotpastenschablonen verwendet wird. Dadurch wird die Oberfläche antihaftend, was die Anzahl der erforderlichen Reinigungszyklen im Lotpastendruckprozess reduziert. Nach dem Auftragen verbindet sich die weniger als 5 Nanometer dünne Beschichtung auf mikroskopischer Ebene mit der Schablonenfolie, ohne die Größe und Form der Schablone zu verändern.

Nano-Coating ist ein in der Industrie bewährter Prozess, der bereits ab dem ersten Druck eine sofortige und messbare Verbesserung zeigt. Es gibt zahlreiche Studien zu Nanomaterialien mit Eigenschaften, die für den Einsatz auf Schablonen geeignet sind. Nano-Beschichtungen wirken, indem sie die Oberflächenenergie des Schablonenmaterials reduzieren und verhindern, dass Lotpaste an unerwünschten Stellen haftet. Dadurch werden die gedruckten Lotpastendepots sauberer, gleichmäßiger und besser reproduzierbar. Dieser Artikel erläutert, was Nano-Coating ist, welche Typen verfügbar sind und wie es sich im Vergleich zu Standard-SMT-Schablonen hinsichtlich Druckqualität, Zuverlässigkeit und ROI verhält.

Vorteile von Nano-Coating:

1) Hydrophobe Eigenschaften:

Nano-Beschichtungen stoßen wasserbasierte Chemikalien (Flussmittel) ab und gewährleisten eine bessere Leistung in Umgebungen, in denen Feuchtigkeit die Effizienz der Schablone beeinträchtigen könnte.

2) Oleophobe Eigenschaften:

Durch das Abstoßen ölbasierter Chemikalien (Flussmittel) wird die Sauberkeit aufrechterhalten und die Kontamination während der Lotpastenapplikation reduziert.

3) Verbesserte Übertragungseffizienz:

Erhöht die Übertragungseffizienz, indem eine präzise Deposition sichergestellt und Defekte insbesondere bei Fine-Pitch-Bauteilen reduziert werden.

4) Reduzierte Unterseitenreinigung:

Die Kombination aus keramischen Beschichtungen und selbstorganisierten Monolagen (SAM) reduziert die Häufigkeit der Reinigung, spart Zeit und senkt Wartungskosten.

Wann nano-beschichtete Schablonen eingesetzt werden sollten:

Nano-beschichtete Schablonen sind ideal für:

• Hochdichte PCB-Designs mit Bauteilen wie 01005, 0201 sowie Fine-Pitch-BGAs oder QFNs

• Aperturflächenverhältnisse unter 0,66

• Umgebungen, in denen Druckkonsistenz und reduzierte Nacharbeit Priorität haben

• Hochvolumen- oder automatisierte SMT-Linien mit dem Ziel, den Durchsatz zu erhöhen und Stillstandszeiten zu reduzieren

Arten von Nano-Beschichtungen:

Es gibt zwei Haupttypen von Nano-Beschichtungen, die in der PCB-Industrie verwendet werden:

1. Self-Assembled Monolayer (SAM)-Beschichtungen:

• Dünne Beschichtung (2–4 Nanometer)
  • Durch Aufwischen auf die Schablonenoberfläche aufgebracht
  • In der Regel klar und unsichtbar
  • Einfach von Anwendern erneut aufzutragen
  • Reduziert Unterseitenreinigung und Brückenbildung
  • Weniger langlebig, nutzt sich mit der Zeit durch Abrieb oder Reinigung ab

2. Keramische Nano-Beschichtungen:

• Dickere Beschichtung (2–4 Mikrometer)
  • Durch Sprühen aufgebracht und mit Spezialausrüstung ausgehärtet
  • Enthält Farbstoff oder UV-Indikator zur Sichtbarkeit
  • Langlebig und abriebfest
  • Verbessert die Übertragungseffizienz, insbesondere bei Flächenverhältnissen < 0,66
  • Kann nicht vom Anwender erneut aufgetragen werden

Experimentelle Studien haben gezeigt, dass keramisch nano-beschichtete Schablonen die Lotpastenübertragungseffizienz im Vergleich zu unbeschichteten Schablonen um bis zu 22 % verbessern können, insbesondere bei kleinen Bauteilpads wie 01005 und 0,4-mm-BGA. SAM-Beschichtungen hingegen zeigten gemischte Ergebnisse und verringerten in einigen Fällen die Übertragungseffizienz bei niedrigen Flächenverhältnissen.

Die Wissenschaft hinter Nano-Coating:

Diese Technologie ist auch als Nanobeschichtung oder Nanotechnologie-Beschichtung bekannt. Dabei wird ein flüssiges Polymer, das Nanopartikel enthält, auf die Oberfläche der Schablonen aufgetragen. Diese Nanopartikel bestehen typischerweise aus Materialien wie Siliziumdioxid oder Titandioxid und bilden eine extrem dünne und transparente Schutzschicht. Diese geht eine Bindung auf Nanoskala ein, die typischerweise 125 µm oder 125.000 Nanometer beträgt.

Was Nano-Coating auszeichnet, ist seine Präzision und Haltbarkeit, die auf der besonders glatten und gleichmäßigen Oberfläche beruht, wodurch es sich ideal für komplexe Schablonendesigns eignet. Zudem bieten Nano-Beschichtungen Widerstandsfähigkeit gegenüber Verschleiß, Abrieb und chemischer Belastung.

Standard- vs. nano-beschichtete SMT-Schablonen:

Nachfolgend ein direkter Vergleich zwischen Standard-Edelstahlschablonen und nano-beschichteten Varianten:

Fazit:

Nano-Coating-Technologie bietet eine deutliche Leistungssteigerung gegenüber Standard-SMT-Schablonen. Faktoren wie ROI und Löttests werden auf der Seite zu nano-beschichteten Schablonen behandelt. Nanobeschichtungen sind nützlich, da sie die Reinigungsfrequenz reduzieren und die Gesamtausbeute verbessern. Obwohl die Anfangskosten höher sein können, amortisiert sich die Investition – insbesondere bei keramischen Beschichtungen – bereits nach wenigen hundert Leiterplatten. Für Elektronikdesigner und SMT-Prozessingenieure, die auf hohe Zuverlässigkeit und Präzision abzielen, sind nano-beschichtete Schablonen eine intelligente und zukunftsorientierte Wahl.