Was das Versprechen „ohne Schablone" auslässt
Eine Frage, die inzwischen regelmäßig in Anfragen auftaucht: Wenn digitales Jet-Dispensing die Schablone und die Wartezeit auf das Werkzeug einspart, warum dann überhaupt noch eine Schablone fertigen?
Die Frage ist berechtigt, doch die Werbeaussage deckt meist nur die Werkzeugseite ab. Ziel des Pastenauftrags war nie, Paste irgendwie auf die Leiterplatte zu bringen, sondern ein kontrolliertes Volumen auf jedem Pad, positionsgenau und von Charge zu Charge reproduzierbar. Schablone und Jet erreichen dieses Ziel über zwei grundverschiedene physikalische Mechanismen — mit entsprechend unterschiedlichen Konsequenzen.
Das Ergebnis vorweg: Die Entscheidung liegt in der Leiterplatte, nicht im Marketingtext. Pitch, Flächenverhältnis, die Spreizung des Pastenbedarfs bei Mischbestückung, Planarität der Oberfläche, Losgröße und Umrüsthäufigkeit. Wer diese Größen durchrechnet, hat das Verfahren im Wesentlichen bestimmt.
Der physikalische Unterschied
Schablonendruck im Kontakt. Ein Rakel drückt die Paste in die Öffnungen der Schablone, während die Folie auf der Leiterplatte aufliegt; beim Trennen löst sich die Paste auf die Pads. Das Volumen pro Pad ergibt sich aus der Geometrie der Öffnung (Öffnungsfläche × Folienstärke), und alle Pads der Leiterplatte werden im selben Rakelhub fertiggestellt.
Jet-Dispensing ohne Kontakt. Ein Kopf schießt eine dosierte Menge auf jedes Pad, ohne die Leiterplatte zu berühren und ohne Schablone. Das Volumen pro Punkt bestimmen Maschinenparameter, das Gesamtergebnis ist die Summe einzelner Schüsse.
Daraus folgt alles Weitere. Die Schablone löst die Frage der Volumenkonsistenz bereits beim Schneiden der Öffnungen: Sind die Löcher richtig, ist die Verteilung festgelegt, und die tausendste Leiterplatte sieht dieselbe Geometrie wie die erste. Das Jet-Verfahren verlagert diese Frage auf Maschinenzustand und jeden einzelnen Schuss — im Gegenzug entfällt jedes Werkzeug.
Zuerst das Flächenverhältnis, nicht die Maschine
Die erste Hürde auf dem Schablonenweg ist das Flächenverhältnis (Area Ratio): Öffnungsfläche geteilt durch Wandfläche der Öffnung. Branchenweit gilt die IPC-Daumenregel, es bei 0,66 oder darüber zu halten. Darunter überwiegt die Reibung an der Öffnungswand die Haftung am Pad, die Paste bleibt in der Öffnung, und es entstehen zu geringe Depots bis hin zu offenen Lötstellen.
Die technische Reihenfolge lautet daher:
- Kleinstes Pad der Leiterplatte heranziehen, in der Regel das feinste BGA oder QFN.
- Flächenverhältnis gegen eine angestrebte Folienstärke rechnen. Verfügbar: 0,08 / 0,10 / 0,12 / 0,15 / 0,20 mm.
- Verhältnis ≥ 0,66 → der Schablonenweg trägt; Folienstärke festlegen.
- Verhältnis zu klein → Folie dünner wählen und neu rechnen; erst danach weitersuchen.
Zwischen Schritt 3 und 4 steckt eine oft übersehene Nebenwirkung: Eine dünnere Folie dient dem kleinsten Pad, reduziert aber das Volumen auf allen Pads gleichzeitig. Trägt die Leiterplatte zusätzlich große Pads, Schirmrahmen oder Leistungsbauteile mit hohem Pastenbedarf, werden diese unterversorgt. Genau das ist der Kernkonflikt bei Mischbestückung; Abschnitt fünf löst ihn auf.
Auf der Bestückungsseite liegen unsere registrierten Grenzen bei 0,2 mm Mindest-Pitch für BGA und 0,3 mm für QFN/QFP, kleinstes bestücktes Bauteil 01005. Das Öffnungsdesign muss innerhalb dieses Rahmens bleiben.
Vier Fälle, in denen die Schablone weiterhin die Antwort ist
Erstens: gleichmäßiger Pastenbedarf über die Leiterplatte. Ähnliche Bauteiltypen, keine Stelle mit auffällig dickem oder dünnem Depot. Ein Hub, gesamte Leiterplatte — dagegen kommt weder Durchsatz noch Konsistenz eines anderen Verfahrens an.
Zweitens: mittlere bis hohe Stückzahlen und Wiederholaufträge. Die Schablone ist wiederverwendbares Werkzeug. Sind die Öffnungen geschnitten und verifiziert, erbt jede weitere Charge dieselbe Geometrie, statt mit dem Maschinenzustand zu driften. Die Taktzeit beim Jetten wächst linear mit der Padzahl.
Drittens: SPI als geschlossener Regelkreis über die gesamte Leiterplatte. SPI misst das abgesetzte Volumen Pad für Pad nach dem Druck. Auf dem Schablonenweg lässt sich eine Abweichung meist auf eine bestimmte Öffnung oder den Rakelhub zurückführen — das Stellobjekt ist identifizierbar, der Regelkreis konvergiert.
Viertens: Mischbedarf, den eine Stufenschablone auffangen kann. Siehe Abschnitt fünf.
Wo Jet-Dispensing wirklich überlegen ist — und was es kostet
In der Branche wird gejettet aus Gründen, die sich klar benennen lassen:
- Keine Werkzeugwartezeit. Häufige Revisionen, Einzelstücke und kleine Vorserien rechtfertigen keine neue Schablone pro Änderung.
- Punktuelles Nachlöten und Rework. Für eine Handvoll Pads die ganze Leiterplatte zu drucken, lohnt nicht.
- Unregelmäßige oder vertiefte Bereiche. Unebene Oberflächen, durch bereits bestückte Teile verdeckte Pads, Kavitäten — überall, wo die Folie nicht dicht aufliegen kann.
- Unterschiedliche Volumina auf derselben Leiterplatte. Dosierung pro Punkt kann das von Natur aus.
Die Kosten sind ebenso konkret: Die Taktzeit skaliert mit der Punktzahl, eine Leiterplatte mit tausend Pads liegt nicht in derselben Größenordnung wie ein Rakelhub. Und die Konsistenz von Punkt zu Punkt hängt am Maschinenzustand — Pastenzustand, Düsenzustand, Temperatur. Stabilität entsteht durch Wartung und Prozessüberwachung, nicht durch eine im Werkzeug fixierte Geometrie.
Ausdrücklich: Wir liefern Schablonenfertigung und Bestückung auf dem Schablonenweg, kein Jetting und kein Dispensing als Dienstleistung. Die Ausführungen zum Jetten sind ein Verfahrensvergleich, der Ihnen die Zuordnung Ihrer Leiterplatte erleichtern soll. Lautet das Ergebnis Jetting, liegt die Ausführung bei Ihrer eigenen Linie oder einem Lieferanten mit dieser Ausstattung.
Der dritte Weg bei Mischbestückung: Stufen- und Trennschablonen
Zurück zum Konflikt aus Abschnitt drei: Ein QFN mit 0,3 mm Pitch verlangt ein dünnes Depot, ein Leistungspad auf derselben Leiterplatte ein dickes; eine einzige Folienstärke bedient beide Enden nicht. Der Schablonenweg kennt dafür zwei Lösungen, ohne den Kontaktdruck aufzugeben:
Stufenschablone (Step Stencil). In derselben Folie werden Bereiche unterschiedlicher Stärke ausgeführt: dünn im Feinstpitch-Bereich, die volle Stärke bei den großen Pads. Der Preis ist die Dichtung des Rakels beim Überfahren der Stufe — um die Stufe muss ausreichend Abstand bleiben, Feinstpitch- und Großpad-Bereiche dürfen auf der Leiterplatte also nicht zu dicht beieinanderliegen. Das ist eine Fertigungsrestriktion, die bereits ins Layout gehört.
Trennschablonen. Ober- und Unterseite lassen sich auf einer Schablone oder auf zwei getrennten ausführen; auch unterschiedliche Volumenanforderungen können auf mehrere Schablonen und Druckgänge verteilt werden. Wir fertigen Oberseite, Unterseite oder beide auf einer bzw. auf getrennten Schablonen. Der Preis sind ein zusätzlicher Druckgang und eine weitere Ausrichtung.
Was passt, hängt von der Höhe des Unterschieds, dem räumlichen Abstand der Bereiche und davon ab, ob die Losgröße eine zweite Schablone trägt. Diese Beurteilung erfordert die Gerber-Daten und gehört in die technische Prüfung.
Nachweisbarkeit: Ist die Beweiskette schon vorhanden?
Hier liegt der größte Unterschied — und der wird in Anfragen am seltensten angesprochen.
Auf dem Weg Schablonendruck plus Bestückung bei uns existiert eine fertige Nachweiskette für die Qualität des Pastenauftrags:
- SPI: Volumenprüfung Pad für Pad nach dem Druck, Fehler werden vor der Bestückung abgefangen.
- 2D-AOI inline: Position und Polarität nach dem Bestücken.
- 3D-AOI nach dem Ofen: Form der Lötstelle nach dem Löten.
- Röntgen: BGA, QFN und andere Gehäuse mit verdeckten Lötstellen — Lunker und Brücken. Unter Stickstoffreflow liegt das Ziel für den Lunkeranteil bei < 10 %.
- ICT / FCT: elektrische und funktionale Prüfung.
- Bewertungsmaßstab durchgehend IPC-A-610 Class 3; auf der Leiterplattenseite zusätzlich 100 % elektrischer Test (Flying Probe oder Adapter).
Der Wert dieser Kette liegt darin, dass sie vorhanden, berichtsfähig und in ihren Kriterien definiert ist. Beim Wechsel auf Jetting bleiben SPI, AOI und Röntgen als Methoden anwendbar, doch für die Prozessfähigkeit der Einzeldosierung müssen Sie gleichwertige Kriterien und eine Überwachung selbst aufbauen — wann ein Einzelvolumen gut ist, wie viele Punkte geprüft werden, in welchem Intervall der Maschinenzustand verifiziert wird. Machbar, aber zusätzlicher Aufwand, der in der Vorserie oft noch nicht steht.
Anders gesagt: Jetting spart Werkzeugzeit und Werkzeugkosten und verlangt dafür den Nachweis der Prozessfähigkeit. In der Vorserie geht dieser Tausch häufig auf, in der Serie meist nicht.
Anfrage und Unterlagen für den Schablonenweg
Fällt die Entscheidung auf die Schablone, sind die Eingaben klar:
- Dateien: Gerber RS-274X (Schablonenlage + Lötstopplage + Konturlage), alternativ ODB++ oder DXF.
- Vorab festzulegen: Folienstärke (0,08–0,20 mm), mit oder ohne Rahmen, Rahmengröße (gängig 370×470, 420×520, 450×550, 550×650, 584×584 mm), Lage (Ober-, Unterseite oder beide auf einer bzw. getrennten Schablonen).
- Optionen: Politur (Schleifpolitur als Standard, elektrolytische Politur als Option zur Verbesserung der Auslösung), Nano-Beschichtung (senkt die Wischhäufigkeit, verlängert die Nutzungsdauer).
- Material: Edelstahlfolie als Standard, Nickel (galvanisch abgeformt) und Kapton/PET (Handdruck) nach Bedarf.
Menge und Preis werden nach Prüfung der Gerber-Daten, der Menge und der Prozessanforderungen bestätigt — dieser Schritt lässt sich nicht überspringen, weil Flächenverhältnis, Stufenbedarf und Aufteilung erst aus den Daten hervorgehen. Sonderrahmen, Übergrößen und spezielle Beschichtungen werden im Einzelfall bewertet.
Vollständige Spezifikation und Anfrage über den SMT-Schablonenservice; Bestückungsseite unter PCBA-Bestückung; das Öffnungsdesign muss zu Leiterbreite, Bohrung und Konturtoleranz der Leiterplatte passen, siehe Fertigungstoleranzen und Fertigungsmöglichkeiten; Prüf- und Freigabekriterien unter Qualitätssicherung.
FAQ
Ist Jetting ohne Schablone günstiger?
Phasenabhängig. Eingespart werden Werkzeugkosten und Wartezeit, was Einzelstücke, Kleinserien und häufige Revisionen begünstigt. Die Taktzeit beim Jetten wächst jedoch linear mit der Padzahl, sodass die Taktkosten in der Serie die einmaligen Werkzeugkosten übersteigen. Der Vergleich lautet nicht „Schablonenkosten gegen null", sondern „Schablonenkosten plus stabiler Takt" gegen „keine Schablonenkosten plus punktweiser Takt plus selbst aufgebaute Prozesskriterien".
Welcher Weg passt zu einem QFN mit 0,3 mm Pitch?
Zuerst das Flächenverhältnis rechnen, mit dem kleinsten Pad gegen eine Folienstärke aus 0,08–0,20 mm. Ab 0,66 trägt die Schablone. 0,3 mm Pitch liegt innerhalb unserer Bestückungsgrenzen (QFN/QFP mindestens 0,3 mm, BGA 0,2 mm) und ist mit dünner Folie meist erfüllbar. Kommen große Pads mit hohem Bedarf hinzu, führt der Weg über Stufen- oder Trennschablone, nicht über einen Verfahrenswechsel.
Wann lohnt eine Stufenschablone?
Wenn der Pastenbedarf in zwei deutliche Klassen fällt und die zugehörigen Bereiche räumlich ausreichend getrennt liegen. Um die Stufe braucht das Rakel Dichtfläche; liegen Feinstpitch und große Pads zu dicht, greift das Stufenkonzept nicht und die Trennschablone ist stabiler. Die Machbarkeit bestätigt die Technik nach Sichtung der Gerber-Daten.
Bieten Sie Jetting als Dienstleistung an?
Nein. Wir bieten Schablonenfertigung und SMT-Bestückung auf dem Schablonenweg. Der Jetting-Teil dieses Beitrags ist ein Verfahrensvergleich zur Einordnung Ihrer Leiterplatte; lautet das Ergebnis Jetting, erfolgt die Ausführung auf Ihrer Linie oder bei einem entsprechend ausgerüsteten Lieferanten.
Was tun, wenn das Flächenverhältnis nicht reicht?
In dieser Reihenfolge: Folie dünner wählen, Öffnungsform optimieren, elektrolytische Politur zur besseren Auslösung prüfen, und erst zuletzt das Paddesign selbst hinterfragen. Führt die dünnere Folie zu Unterversorgung großer Pads, geht es weiter mit Stufen- oder Trennschablone. Entsprechende Empfehlungen gehören zur Gerber-Prüfung.
Welche Dateien braucht die Anfrage?
Gerber RS-274X mit Schablonenlage, Lötstopplage und Konturlage, alternativ ODB++ oder DXF. Dazu Folienstärke, mit/ohne Rahmen, Rahmengröße, Lage und Menge. Fehlt die Konturlage, lässt sich die Rahmenzuordnung nicht bestätigen; fehlt die Lötstopplage, ist die Zuordnung von Öffnung zu Pad nicht prüfbar — diese beiden Punkte verursachen die meisten Rückfragen.