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Mittwoch, 07 Juli 2021 11:59

„Merkwürdig, wie vieles noch nicht entdeckt wurde“

von Prof. Rahn
Geschätzte Lesezeit: 3 - 6 Minuten

Die Erfindung der Rakel geht schon einige Jahre zurück. In der Seefahrt war sie, mit Leder bespannt, zum Reinigen der Deckplanken bereits so bekannt, dass sie sogar in Richard Henry Danas 1840 Memoiren ‚Two Years Before the Mast' Erwähnung fand. Seither machte sie eine steile Karriere: Nicht nur als Auto-Scheibenwischer, sondern auch beim Lötpastendruck hat sie sich bewährt.

Abb. 2: Mögliche RakelformenAbb. 2: Mögliche RakelformenBei all den bezüglich Rakel für Lötpastendruck erteilten oder angemeldeten Patenten – die doch eine gewisse Erfindungshöhe aufweisen (sollten!) – wundert es nicht, dass man die Übersicht verliert. Viele Firmen haben sich auf dieses Element als einen wichtigen Beitrag im Reflowlöten gestürzt und nicht nur Neues auf den Markt gebracht, sondern über ihre innovativen Produkte auch beinahe unglaubliche Versprechungen verbreitet.

Da ist einerseits das Material des Wischblattes, das von den verschiedenen Gummihärten und -qualitäten über die gleiche Vielfalt von Kunststoffmaterialien zu den unterschiedlichsten Metallen und Herstellungsmethoden [2] reicht. Dann streitet sich die ‚Fachwelt' auch über die Form, das heißt ob man mit gerundetem oder scharfem Ende drucken solle. Da man nicht nur Unterhemden fertigt, hat sich auch hier die Welt zu Untersuchungen bereit erklärt und die Unterschiede bei den verschiedenen Vorgehensweisen nachgewiesen. Demnach deponiert man mit gerundeten Rakeln mehr Paste als mit scharfen – was nicht unbedingt wünschenswert sein muss.

Im Prinzip ist die Rakel das Werkzeug beim Druckvorgang, das die Paste über das Gewebe oder die solide Schablone schiebt – beziehungsweise rollen lassen soll. Hier gibt es zwei grundsätzlich unterschiedliche Gedankengänge: Einerseits die einfache Rakel, vor der die Paste geschoben wird, andererseits das geschlossene System mit zwei Blättern, in dem auf mysteriöse Weise die Paste nach unten gedrückt wird.

plus 2021 06 0044Abb. 3: Biegsame Rakel beim Druckvorgang

Wie man sich leicht vorstellen kann, ist das einfache Blatt weit preiswerter zu haben als geschlossene Systeme, die obendrein noch mit einer Vielzahl von Patenten belegt sind – obgleich sich hier die Preise im Laufe der Zeit nicht ganz ohne Grund drastisch gemildert haben.

Abb. 4: v. l.n.r. a) normale Rakel b) Kleben der Paste c) profilierte RakelAbb. 4: v. l.n.r. a) normale Rakel b) Kleben der Paste c) profilierte Rakel

Abb. 5: Beispiel eines der zahlreichen Modelle von geschlossenen Pastendrucksystemen (Speedline Technologies Inc.) Abb. 5: Beispiel eines der zahlreichen Modelle von geschlossenen Pastendrucksystemen (Speedline Technologies Inc.) Außer bei wirklichem Siebdruck haben sich Gummi- oder Kunststoffrakel im Druck von Lotpaste weitgehend rar gemacht. Vorherrschend sind inzwischen Metallschablonen im Verbund mit verschiedenen Metallblättern. Diese kommen in so zahlreichen Variationen vor, dass eine Entscheidung eher auf gut Glück als auf Information beruhen dürfte.

Die Erfinder haben sich zum Thema einiges einfallen lassen. So machte in den 90er Jahren die vibrierende Rakel Furore. Wie beim vibrierenden Abheben der Schablone erhoffte man sich, dass eine Verdünnung der Paste an der Rakel (ihrer rheologischen Eigenschaften wegen) Vorteile erbrächte. Es scheint, diesem Versuch war kein großer Erfolg beschieden, denn solche Systeme sind nicht nur aus der Literatur verschwunden.

Stattdessen diskutierte man nun, ob steife oder biegsame Rakel von Vorteil seien, was auf die frühere Verwendung von Gummi und Kunststoff schielt. Neben dem höheren Druck auf die Paste und damit einem besseren Füllen der Aussparungen sollte es sich auch den nun öfter auftretenden Unebenheiten anpassen.

Was liegt da näher, als auch die Form der Rakel zu überdenken. Gründe dafür finden sich zuhauf, wie etwa das Rollen oder das ‚Einpressen' in die Aussparungen der Schablone oder gar das Aufsteigen der Paste an der Rakel, sollte der Einrichter mal wieder (aus Faulheit?) zu viel vor die Rakel gekleckert haben?

Abb. 6: Geschlitzte Rakel-PatentzeichnungAbb. 6: Geschlitzte Rakel-Patentzeichnung

Unebenheiten auf der Schablone werden häufiger, weil teilweise drastisch verschiedene Rastermaße gedruckt werden müssen wobei dann empfohlen wird auf der nämlichen Schablone unterschiedliche Dicken zu verwenden (‚stepped stencil') und andererseits vermehrt Paste in Kavitäten eingebracht wird. So kann sich dann hier auch der Erfindungsgeist unserer Ingenieure erneut austoben, wie etwa bei geschlitzten Rakeln oder aber segmentierten, die in direkter Konkurrenz zu anderen Pastenauftragsmethoden stehen wie etwa Dispensen oder Jetting (Sprühen mit 3D-Druckern).

Abb. 7: Schablone zum Pastendruck in Kavitäten auf der LeiterplatteAbb. 7: Schablone zum Pastendruck in Kavitäten auf der Leiterplatte

Abb. 9: Prinzip eines virbrierenden RakelblattsAbb. 9: Prinzip eines virbrierenden RakelblattsDass damit immer sensiblere Einstellungen vonnöten sind, versteht sich von selbst. Allein das Ausrichten der Klappen an der Rakel, damit sie genau in die Aussparungen treffen, ist nicht ganz einfach. Auch der Druck, der ja durch die Schlitze nicht mehr vom Gesamtrakel ausgeübt wird, sondern nur noch von einem engeren Segment, muss berechnet oder durch Experimente austariert werden. Ganz zu schweigen von den Schwierigkeiten beim Reinigen der Rakel und der Schablone. Die Frage, warum sich geschlossene Systeme nicht durchgesetzt haben, stellt sich ebenfalls. Das hat anscheinend weniger mit den Kosten zu tun, die sich viele Firmen durchaus leisten können, sondern mit Versprechungen, die nicht erfüllt wurden – und solchen selten im Vorfeld durchdachten Details, wie die Konsistenz der Paste, denn diese Systeme funktionieren eben nur, wenn flüssigere Pasten eingesetzt werden. Bei dem Mangel an Lot auf den Feinraster-Pads sind jedoch gedünnte Pasten alles andere als wünschenswert.

Die zusätzliche Problematik wie sie sich jetzt mit Kavitäten auf den Leiterplatten ergibt, begünstigt die Verbreitung solcher geschlossenen Systeme ebenfalls nicht.

Vergleiche bei unterschiedlichem Druckvorschub zeigten auch auf, dass die versprochenen 150 mm/s kein akzeptables Druckbild ergaben. Erst bei herkömmlichen 20 bis 25 mm/s fanden sich gleichmäßige Pastendepots, ein Resultat, das man auch mit einer normalen Rakelklinge erzielt.

Das sollte aber die Erfinder nicht daran hindern weiter viel Geld für nutzlose Patente den Anwälten anzudienen und den Dschungel der Marketingbehauptungen weiter zu verdichten.

Literatur und Anmerkungen:

R. Mohanty et al.: Effect Of Squeegee Blade On Solder Paste Print Quality, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!
D. He et al.: The behavior of solder pastes in stencil printing with vibrating squeegee, IEEE Transactions, 1998
Inventors: Ping Chow Teoh et al.: Flexible Self-Level Squeegee Blade, United States Patent, 5,713,276, Date of Patent: Feb. 3, 1998
P. Vallabhajosyula et al.: Reservoir Printing In Deep Cavities, Proceedings of SMTA International, Sep. 25–29, 2016, Rosemont, IL, USA
D. Geiger; G. Thein: 3D Assembly Processes a Look at Today and Tomorrow, IPC APEX EXPO Conference Proceedings
W. O. Alger et al.: Challenges of Manufacturing with Printed Circuit Board Cavities, IPC APEX EXPO Conference Proceedings
D. He: Modelling and Computer Simulation of the Behaviour of Solder Paste in Stencil Printing for Surface Mount Assembly, Ph.D. Thesis 1998, T. I.M.E. Research Institute Department of Aeronautical, Mechanical and Manufacturing Engineering University of Salford, Salford, UK

Referenzen:

[1] Manfred Hinrich (1926–2015), deutscher Philosoph und Aphoristiker
[2] Vergleiche etwa: United States Patent 5746127, Electroformed squeegee blade for surface mount screen printing

Zur Person

Prof. Rahn ist ein weltweit tätiger Berater in Fragen der Verbindungstechnologie. Sein neues Buch über ‚Spezielle Reflowprozesse' erschien vor Kurzem beim Leuze Verlag. Er ist erreichbar unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!, wohin auch Anfragen über In-Haus Seminare gerichtet werden können.

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  • Ausgabe: 6
  • Jahr: 2021

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