SAM vs. Keramik: Auswahl der richtigen Nanobeschichtung für Ihre Leiterplatten-Schablone

Mit der Weiterentwicklung von SMT-Designs werden in der Elektronik engere Rasterabstände und kleinere Bauteile eingeführt. Traditionelle Schablonendienste können für größere SMD-Pads verwendet werden, aber mit fortschreitender Innovation kommen nano-beschichtete Schablonen auf den Markt. Nanobeschichtungen sind hydrophob und oleophob und stoßen Wasser, Öl und Lötpaste-Flussmittel ab. Einige Vorteile der Verwendung dieser Beschichtungen sind eine verbesserte Transfer-Effizienz, ein reduzierter Bedarf (oder eine geringere Häufigkeit) der Unterseitenreinigung und eine verringerte Brückenbildung nach dem Drucken.

Es werden zwei Arten von Nanobeschichtungen auf SMT-Schablonen verwendet. Die erste ist die Self-Assembled Monolayer (SAM) Beschichtung. SAM-Beschichtungen werden manuell auf die Unterseite oder die Boardseite der Schablone aufgetragen, wo die Folie das PCB berührt. Die Dicke dieser Beschichtungen beträgt typischerweise 2–4 Nanometer und sie sind unsichtbar. SAM-Beschichtungen nutzen sich mit der Zeit ab und können erneut aufgetragen werden. Die Hauptvorteile dieser Beschichtungen sind die reduzierte Unterseitenreinigung und die geringere Brückenbildung. Den detaillierten Bestellprozess für nano-beschichtete Schablonen finden Sie hier. Die andere Art basiert auf Keramik. Lassen Sie uns beide im Detail besprechen.

Was sind SAM- und Keramik-Nanobeschichtungen?

In der PCB-Industrie werden hauptsächlich zwei Arten von Nanobeschichtungen verwendet:

1. Self-Assembled Monolayer (SAM) Beschichtungen:

Self-Assembled Monolayers (SAMs) sind molekulare Beschichtungen, die aus Phosphonsäuren bestehen, die an die Schablonenoberfläche gebunden sind. Diese Moleküle organisieren sich selbst zu einer einzigen Molekülschicht auf der Schablonenoberfläche. Sie binden chemisch an Metalle wie Edelstahl und Nickel.

• Auftrag: Wischen, benutzerfreundlich
• Dicke: ~2–4 nm
• Sichtbarkeit: Unsichtbar, durch Oberflächenenergie-Tinte getestet
• Haltbarkeit: Nutzt sich mit der Zeit oder durch Abrieb ab
• Wiederverwendbarkeit: Kann vom Benutzer erneut aufgetragen werden

2. Keramik-Nanobeschichtungen:

Keramik-Nanobeschichtungen sind anorganische, sprühbare Schichten, die aus Keramikpartikeln in einer Polymermatrix bestehen. Diese Beschichtungen werden von Schablonenherstellern mit Spezialgeräten aufgetragen und ausgehärtet, um eine dauerhafte Anti-Haft-Oberfläche zu schaffen.

• Auftrag: Sprühen und Aushärten (durch Hersteller)
• Dicke: ~2–4 µm
• Sichtbarkeit: Farblich/UV-detektiert
• Haltbarkeit: Hervorragende Abrieb- und Chemikalienbeständigkeit
• Wiederverwendbarkeit: Kann vom Benutzer nicht erneut aufgetragen werden

Experimentelle Studien haben gezeigt, dass keramisch nano-beschichtete Schablonen die Lötpastentransfer-Effizienz im Vergleich zu unbeschichteten Schablonen um bis zu 22 % verbessern können, insbesondere für kleine Bauteilflächen wie 01005 und 0,4 mm BGA. SAM-Beschichtungen zeigten hingegen gemischte Ergebnisse und verringerten manchmal die Transfer-Effizienz bei niedrigen Flächenverhältnissen.

Wahl zwischen SAM und Keramik:

Wählen Sie SAM, wenn:

• Sie Prototypen oder Kleinserien produzieren
• Sie eine schnelle und kostengünstige Beschichtung benötigen
• Ihre Schablone große Öffnungen hat

Wählen Sie Keramik, wenn:

• Sie in großer Stückzahl produzieren
• Ihr Board feine Pitch-QFNs, BGAs oder 01005 enthält
• Langfristige Haltbarkeit und Effizienz am wichtigsten sind

Fazit:

Die beiden Arten von Nanobeschichtungen sind Self-Assembled Monolayer (SAM) und Keramik-Nanobeschichtungen. Jede Beschichtungsart hat spezifische Vorteile, und es gibt einen signifikanten Kostenunterschied zwischen den beiden Beschichtungen. In diesem Artikel wurde die Auswirkung dieser beiden Beschichtungen im Vergleich zu einer unbeschichteten Schablone hinsichtlich des Lötpaste-Volumens, der Höhe und der Fläche untersucht. Beim Vergleich der Daten für das Druckvolumen der beschichteten Schablonen im Verhältnis zu einer unbeschichteten Schablone zeigte die keramische Nanobeschichtung eine Verbesserung des Druckvolumens bzw. der Transfer-Effizienz bei fast allen getesteten Bauteilen.

Die Self-Assembled Monolayer-Beschichtung zeigte jedoch eine Verringerung der Paste-Höhe, wodurch die Druckhöhe für das 0,4 mm Pitch CSP-Bauteil um mehr als 1 mil unter der Folienstärke lag. Für Bauteile größer als 01005 zeigte die Self-Assembled Monolayer-Beschichtung eine leichte Verbesserung gegenüber der unbeschichteten Schablone, während die keramische Nanobeschichtung die gleiche oder nur geringfügig höhere Druckhöhe als die unbeschichtete Schablone aufwies.

Die Gesamtergebnisse führen zu dem Schluss, dass keramische Nanobeschichtungen verwendet werden sollten, um die Druckeigenschaften zu optimieren, wenn das Aperturflächenverhältnis unter 0,66 liegt. Für Schablonen mit allen Aperturflächenverhältnissen über 0,66 sind sowohl keramische als auch Self-Assembled Monolayer-Nanobeschichtungen vorteilhaft.