Der ultimative Leitfaden zu PCB-Schablonen: Alles, was Sie wissen müssen

Will ist Experte für elektronische Bauteile, Leiterplattenproduktion und Montagetechnik und verfügt über umfassende Erfahrung in der Produktionsüberwachung und Qualitätskontrolle. Unter dem Motto „Qualität sichern“ bietet Will seinen Kunden die effektivsten Produktionslösungen.
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PCB-Schablonen-Leitfaden

Die Leiterplattenmontage ist kein einfacher Prozess, insbesondere in der Druckphase. Jeder kleine Fehler kann zu Schäden an der Leiterplatte oder sogar zu einem Ausfall führen. Während Fehler in der Regel durch die Montage von Lötstellen verursacht werden, LeiterplattenpadsDie PCB-Schablone kann das Fehlerrisiko bei der Bauteilbestückung reduzieren. Durch den Einsatz von PCB-Schablonen können alle Lötstellen gleichzeitig auf der Platine angebracht werden, was nicht nur viel Zeit spart, sondern auch Lötfehler vermeidet. Daher ist es wichtig, sich mit PCB-Schablonen gut auszukennen. In diesem Leitfaden erklären wir Ihnen alles Wissenswerte darüber, einschließlich Schablonentypen, Überlegungen zum PCB-Schablonendesign und dem Herstellungsprozess.

Was ist eine PCB-Schablone?

Was ist eine PCB-Schablone?

Eine PCB-Schablone, auch Stahlgitter genannt, unterstützt vor allem die Lotpastenabscheidung. Sie überträgt eine exakte Menge Lotpaste an eine präzise Stelle auf der unbestückten Leiterplatte. Die Schablone besteht aus einem Schablonenrahmen, einem Drahtgitter und einem Stahlblech. Die Schablone weist zahlreiche Öffnungen auf, die den zu bedruckenden Stellen auf der Leiterplatte entsprechen. Die Lotpastendepots befinden sich nach dem Entfernen der Schablone entsprechend der Form der Schablonenlöcher auf der Leiterplatte. Die PCB-Schablone hilft uns, Lotpaste an den vorgesehenen Stellen einer unbestückten Leiterplatte abzugeben, sodass die elektrische Verbindung der Lötstelle zwischen Pad und Bauteil perfekt hergestellt werden kann.

Woraus besteht eine PCB-Schablone?

  • Rahmen

Siebrahmen werden hauptsächlich in bewegliche und feste Rahmen unterteilt. Bei beweglichen Rahmen wird die Stahlplatte direkt mit dem Rahmen verbunden, wodurch der Schablonenrahmen wiederholt verwendet werden kann. Bei festen Rahmen wird das Drahtgeflecht mit Klebstoff am Rahmen befestigt. Ein stabiler Rahmen wird durch eine gleichmäßige Stahlspannung erreicht, die typischerweise zwischen 35 und 48 N/cm² liegt.

  • Blatt

Materialien wie Kupfer, Edelstahl, Nickellegierungen und Polyester können verwendet werden. Für die Schablonen werden typischerweise hochwertige Edelstahlbleche der Güteklasse 301/304 verwendet, die über hervorragende mechanische Eigenschaften verfügen und so die Lebensdauer der Schablonen deutlich verlängern.

  • Mesh

Das Netz fixiert die Stahlplatten und Rahmen. Es werden Netze aus Edelstahl oder Polymerpolyester verwendet. Edelstahldraht mit einer Maschenweite von etwa 100 Maschen bietet ausreichend stabile Spannung, kann sich jedoch mit der Zeit verformen und an Spannung verlieren. Polyesternetze sind langlebiger und haben eine längere Lebensdauer.

  • Klebstoff

Der Klebstoff verbindet den Gitterrahmen mit dem Stahlblech. Er spielt eine wichtige Rolle in der Schablone, da er eine starke Haftung gewährleistet und starker Reinigung mit verschiedenen Plattenreinigern standhält.

Arten von Leiterplattenschablonen

  1. Die gerahmte PCB-Schablone

Es handelt sich um eine lasergeschnittene Lötpastenschablone, die fest auf dem Schablonenrahmen montiert ist. Ein Netzrand spannt die Schablonenfolie im Rahmen. Die gerahmte PCB-Schablone eignet sich für den Siebdruck in großen Mengen und kann bis zu einem Rastermaß von 16 mil oder weniger angewendet werden. Die gerahmte Schablone zeichnet sich durch glatte Öffnungswände, gute Druckleistung und saubere lasergeschnittene Öffnungen aus, die auch extremer Beanspruchung standhalten.

  1. Rahmenlose Schablone

Rahmenlose PCB-Schablonen, auch Folien genannt, sind lasergeschnittene Schablonen, die nicht dauerhaft in den Rahmen eingeklebt werden müssen. Sie werden mit wiederverwendbaren Schablonenrahmen, sogenannten Schablonenspannsystemen, verwendet. Rahmenlose SMT-Schablonen bieten höhere Qualität und überlegene Leistung zu geringeren Kosten als gerahmte Schablonen. Sie eignen sich für Prototyp einer Leiterplattenanordnung oder Kleinserienproduktionen, was auch zur Reduzierung des Lagerplatzbedarfs beiträgt.

  1. Prototyp-Leiterplattenschablone

Prototypenschablonen werden nach CAD- oder Gerber-Dateien, bei der Herstellung einer PCB-Prototypvorlage muss die Vorlage mit dem entworfenen übereinstimmen PCB-PrototypEs reduziert das Fehlerrisiko beim Handlöten von Prototyp-Leiterplatten und vermeidet mühsame manuelle Prozesse. Daher kann die Verwendung solcher Schablonen die Qualität der Leiterplatten verbessern und den Montagezyklus von Leiterplattenprototypen deutlich verkürzen.

  1. Galvanogeformte Schablone

Die galvanisch geformte Schablone ist eine nickelbasierte Schablone, die über einen Gitterrand dauerhaft auf dem Schablonenrahmen befestigt ist. Die galvanisch geformte Schablone bietet die besten verfügbaren Lötpasten-Freisetzungseigenschaften und eignet sich daher ideal für Fine-Pitch-SMT-Anwendungen von 12 bis 20 mil sowie Flip-Chip, Wafer-Bumping und µBGA. Galvanisch geformte Schablonen haben im Vergleich zu anderen Schablonen einen niedrigeren Reibungskoeffizienten, da sie aus Nickel bestehen und außerdem eine längere Haltbarkeit der Schablonen bieten.

Die Vorteile von PCB-Schablonen

Da Leiterplatten immer komplexer werden, kann der traditionelle Leiterplattenmontageprozess, bei dem elektronische Bauteile vor dem Löten manuell platziert werden, die Anforderungen an die Platzierung und das Löten einer großen Anzahl kleiner Bauteile auf kleineren Leiterplatten nicht mehr erfüllen. Wir benötigen Leiterplattenschablonen für die maschinelle Bauteilplatzierung und das Auftragen von Lötpaste. Dies bietet zahlreiche Vorteile, wie die folgenden:

Erstens helfen uns PCB-Schablonen dabei, die Genauigkeit beim Platzieren der Komponenten auf der Platine zu verbessern, die Feinabstimmungspräzision beim Drucken zu gewährleisten und somit die Möglichkeit von Fehlern zu verringern.

Zweitens können Hersteller durch die Verwendung von SMT-Schablonen mehr Kosten sparen und die Durchlaufzeit verkürzen, da Leiterplattenschablonen weniger Arbeit und Zeit benötigen, um die Leiterplattenbestückungsprozess.

Drittens erleichtert die Schablone das gleichmäßige Auftragen des Lots auf alle Pads der oberflächenmontierten Vorrichtung und gewährleistet eine hohe Genauigkeit bei der Padplatzierung.

Wie erstellt man eine PCB-Schablone?

So erstellen Sie eine Leiterplattenschablone

In diesem Teil erklären wir Schritt für Schritt den Vorgang zum Erstellen einer PCB-Schablone. Er umfasst 9 Schritte:

Schritt 1: Material und Vorbereitung für die Leiterplattenschablone

Materialien

– Cricut-Maschine
– Sure-Cuts-A-Lot-Software
– Gerber-Viewer-Software
– Folien für Overheadprojektoren, die Sie in jedem Bürobedarfsgeschäft kaufen können
– Ein Windows XP / Vista-Computer

Vorbereitung

Ihr Cricut benötigt eine bestimmte Firmware-Version. Sie können die Firmware aktualisieren/downgraden, indem Sie Cricut Design Studio herunterladen und den Anweisungen unter „Hilfe“ folgen, um die Firmware zu aktualisieren. Weitere Informationen finden Sie in den FAQ zu Sure-Cuts-A-Lot.

Schritt 2: Leiterplattenlayout vorbereiten und Abmessungen bestimmen

Es kann einiges Ausprobieren erfordern, um eine anständige Lötpaste herzustellen. PCB-Schablonen sind nicht sehr präzise. Sie schneiden abgerundete Kanten und ignorieren Formen, die kleiner als etwa 18 mil (0.46 mm) x 50 mil (1.27 mm) sind. Stellen Sie jedoch sicher, dass alle Ihre Bauteil-Pads größer sind. Um sicherzustellen, dass ein Pad noch genügend Fläche für Lötpaste bietet, vergrößern Sie es. Das PCB-Layoutprogramm KiCAD EDA Suite ermöglicht es, alle Footprint-Pads gleichzeitig zu ändern. Lot hat die erstaunliche Eigenschaft, sich beim Reflow-Verfahren mit Metallteilen zu verbinden. Solange Ihre Leiterplatte über einen präzisen Lötstopplack verfügt, werden Lötmetallteile zum Verbinden gefunden. Machen Sie sich also nicht zu viele Gedanken über die Pads (sagen wir im Prinzip +/- 20 %).

Sie benötigen die genauen Abmessungen Ihrer Leiterplattenvorlage für später. Verwenden Sie das Abstandstool Ihrer Leiterplattenlayout-Software, um den Abstand zwischen den äußersten Bauteilpads zu bestimmen. Dabei geht es nicht um die Größe der Leiterplatte, sondern um den Abstand zwischen den äußersten Padkanten. Im folgenden Beispiel hat die Leiterplatte eine Breite von 2.3, „aber der Pad-Abstand von Kante zu Kante beträgt 2.142“.

Sie können Entfernungen messen, indem Sie Zeichnungen aus dem Pulldown-Menü der Ebene auswählen und im rechten Werkzeugmenü auf die Schaltfläche „Abmessungen“ klicken. Dies ist die vierte Schaltfläche von unten.

Schritt 3: Gerber-Dateien erstellen

Zeichnen Sie Ihr PCB-Layout mit der Gerber-Lötpastenschablone.

Wenn Sie KiCAD verwenden, wählen Sie „Zeichnen“ aus dem Menü „Datei“. Wählen Sie im Plot-Fenster „SoldP_Cmp“ für die Lötpastenkomponentenebene aus und klicken Sie auf die Schaltfläche „Plotten“.

Schritt 4: Öffnen Sie die Gerber-Datei zur Konvertierung

Öffnen Sie die Datei im Gerber-Viewer. Wählen Sie im Menü „Datei“ die Option „Ebene(n) öffnen“.

Schritt 5: Gerber in SVG-Datei exportieren

Exportieren Sie die Datei anschließend im SVG-Format. Wählen Sie im Menü „Datei“ die Option „Exportieren“ und anschließend „SVG …“.

Schritt 6: Erstellen von Schablonen mit Cricut

Importieren Sie die SVG-Datei in Sure-Cuts-A-Lot, indem Sie im Menü „Datei“ die Option „SVG importieren …“ auswählen.

Schritt 7: Größe des Designs ändern

Klicken Sie im Eigenschaftenfenster auf „Proportionen beibehalten“ und stellen Sie die Breite der Schablone auf den zuvor notierten Wert ein.

Schritt 8: Folie und Maschine vorbereiten

Nehmen Sie ein Blatt Transparentfolie und schneiden Sie es auf die Größe der Cricut-Schneidematte zu. Heften Sie die zugeschnittene Folie in die Schneidematte ein. Legen Sie die Schneidematte in die Maschine ein und drücken Sie die Taste „Papier einlegen“. Stellen Sie die Anlaufscheibe des Cricut ein. Das Geschwindigkeitsrad dreht sich auf „Hoch“ oder „Mittel“ und die Schnitttiefe auf „5“ oder „6“. Detaillierte Anweisungen finden Sie im Cricut-Handbuch. Sie werden feststellen, dass einige Versuche erforderlich sind. Geschwindigkeit und Druck können die Schnittgenauigkeit verändern, und eine größere Schnitttiefe beschleunigt den Wechsel der Schneidematte.

Schritt 9: Schneiden Sie Ihre PCB-Schablone

Schneiden Sie das Design aus. Wählen Sie „Design ausschneiden“ aus dem Menü „Cutter“.

Überlegungen zum PCB-Schablonendesign

PCB-Schablonendesign

  1. Dicke der Schablonen

Beim PCB-Schablonendesign ist die Schablonendicke ein entscheidender Faktor für die Menge der aufzutragenden Lötpaste. Zu viel Lötzinn führt zu Lötbrücken, zu wenig Lötzinn schwächt die Lötstellen. Normalerweise beträgt die Schablonendicke 4 bis 8 Tausendstel.

  1. Öffnungsgröße

Die Schablonenöffnungen müssen kleiner als die Größe des PCB-Pads sein, um Probleme wie Brückenbildung und Lötperlen zu vermeiden. Andernfalls kann die Lötpaste beim Entfernen der Schablonen an den Öffnungswänden haften bleiben. Daher sollte die Innenfläche der Öffnungswand zwei Drittel kleiner als die Fläche des PCB-Pads sein, um solche Probleme zu vermeiden.

  1. Schablonenmaterial

Das verwendete Schablonenmaterial ist ein weiterer Faktor, der bei der Entwicklung von Leiterplattenschablonen berücksichtigt werden muss. Es beeinflusst die Fähigkeit, die Lötpaste von der Öffnung zum Leiterplattenpad abzugeben. Das am häufigsten verwendete Material ist Edelstahl. Für einige Leiterplattendesigns mit Fine-Pitch-Bauelementen müssen jedoch andere Materialien wie Nickel verwendet werden, das 50 % teurer ist als Edelstahl.

  1. Schablonenausrichtung

Eine gute Ausrichtung der Schablone ist entscheidend für einen präzisen Lötpastendruck. Für einen perfekten Druckeffekt müssen wir Passermarken sowohl auf der Leiterplatte als auch auf der Schablone anbringen. Diese Passermarken gewährleisten die korrekte Ausrichtung von Schablone und Leiterplatte.

Letztendlich erfordert die Herstellung von PCB-Schablonen fortgeschrittene Fähigkeiten und Fachkenntnisse. Wenn Ihnen die Kenntnisse fehlen, wird die Zusammenarbeit mit einem vertrauenswürdigen PCB-Schablonenhersteller empfohlen. MOKO Technology ist spezialisiert auf PCBA-DiensteWir bieten Leiterplattenfertigung, SMT-Schablonenerstellung, Leiterplattenmontage, Tests und Versandservices an. Wir verfügen über umfassende Erfahrung in der PCBA-Auftragsfertigung. Kontaktieren Sie einen renommierten Leiterplattenschablonenhersteller wie MOKO, um Ihr Leiterplattenprojekt zu starten!

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