VDE/VDI-SCHULUNGSBLÄTTER FÜR DIE LEITERPLATTENFERTIGUNG. Mechanische Bearbeitung. Stanzen

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1 Seite 1 Allgemeines Das von Leiterplatten ist ein klassisches Fertigungsverfahren zur Erzeugung von Löchern, Innen- und Außenkonturen bei hohen Stückzahlen und bietet die Gewähr für eine kostengünstige und rationelle Fertigung. Aufgrund der fortschreitenden Miniaturisierung der Bauteile und der damit verbundenen starken Zunahme von Kleinstbohrungen ist das in den letzten Jahren stark zurückgedrängt worden. Es wird jedoch auch heute noch als kostengünstiges Verfahren bei Leiterplatten mit geeignetem Layout und hoher Stückzahl eingesetzt. Inhaltsverzeichnis Entscheidungskriterien Pkt. 1 Arbeitsvorbereitung Pkt. 1 Stanzwerkzeuge Pkt. 1 Schlußwort Pkt. 1

2 Seite 2 1 Entscheidungskriterien 1.1 Material 1.2 Leiterplattenlayout 1.3 Maßhaltigkeit / Qualität 1.4 Stückzahl 1.5 Termin 1.6 Produktionseinrichtung 1.1 Material Im Prinzip lassen sich alle bekannten Leiterplattenmaterialien stanzen.phenolharz-und Epoxydharzhartpapiere in kaschierter und in unkaschierter Form werden vor dem auf 60 C bis 80 C erwärmt, um ein Ausbrechen der Schnittkante zu vermeiden (laustanzbar). Glasfaserverstärkte Materialien werden kalt gestanzt. Bei der Werkzeugherstellung sind die Eigenschaften des zu stanzenden Materials zu berücksichtigen (Schnittspalt zwischen Stempel und Matritze). Die Materialdicke sollte 1,6 mm nicht überschreiten. 1.2 Leiterplattenlayout Um eine Leiterplatte stanzfähig zu machen, sollten schon bei der Layouterstellung folgende Regeln beachtet werden: nicht geeignet für durchkontaktierte Bohrungen ( Lochwandrauhigkeit ) Abstand Leiterbahn von Kontur => 0,5 mm Kupferfreistellung zur Außenkontur zur Vermeidung von Stanzgrat Verhältnis Lochdurchmesser bzw. Schlitzbreite zu Materialdicke =>1:1 Vermeidung von stegartig angebundenen Ausbruchabdeckungen (Matritzenstabilität des Stanzwerkzeuges). Eckige Innekonturen sind nur im Stanzverfahren herzustellen mit anschließendem Zurückdrücken ( als Deckel für Lötwelle oder Herstellung Starrflex ) Multilayer stanzen nicht empfehlenswert.

3 Seite Maßhaltigkeit / Qualität Mittenabstände Innenkontur zu Außenkontur Leiterbahnen zu Kontur bei Komplettschnitt: +/-0,02 mm bei Folgeschnitt : +/-0,05 mm bei Komplettschnitt: +/-0,05 mm bei Folgeschnitt : +/-0,10 mm bei Komplettschnitt: +/-0,15 mm bei Folgeschnitt : +/-0,20 mm Bei Bandstahlschnitten müssen Toleranzen von +/-0,40 mm berücksichtigt werden. Diese Angaben setzen voraus: fachlich einwandfreie Konstruktion ( Bauart ) und Anfertigung des Stanzwerkzeuges gewartetes Werkzeug geschliffenes Werkzeug geeignete Stanzmaschine sehr gute Wiederholgenauigkeit Beim wird nur das erste Drittel der Materialdicke "geschnitten",sodaß zwei Drittel der Materialstärke eine rauhe Oberfläche aufweisen, die Mikrorisse oder austretende Glasfasern erkennen lassen. Für Einschubtechnik und Mikroelktronik nicht empfehlenswert. 1.4 Stückzahl In der Regel wird das von Leiterplatten aus wirtschaftlichen Gründen geplant.und dem Bohren oder Fräsen vorgezogen. Um eine Amortisation der Werkzeugkosten zu erreichen, muß beispielsweise für eine Europakarte ( 160 mm x 100 mm ) eine Totalstückzahl von ca erreicht werden. 1.5 Termin Für die Konstruktion und Herstellung eines Stanzwerkzeuges wird in Abhängigkeitvon Komplexität und Bauart ein Zeitraum von 5 bis10 Wochen erforderlich. Für Änderungen müssen je nach Änderungsumfang 5 bis 20 Tage angesetzt werden. 1.6 Produktionseinrichtungen Stanzwerkzeuge erfordern je nach Werkzeugtyp den Einsatz in Exzenterpressen, Hydraulische Pressen, Pneumatische Pressen oder Kniehebelpressen.

4 Seite 4 Bei langen Schnittkonturen können Drücke von 100 t erforderlich werden, bei Bandstahlschnitten in der Regel weniger als 2 t. 2 Arbeitsvorbereitung Entsprechend der unter Pkt. 2 genannten Entscheidungskriterien wird in der Arbeitsvorbereitung das geeignete Herstellverfahren ausgewählt. In vielen Fällen sind auch Kombinationen von unterschiedlichen Bearbeitungen erforderlich oder sinnvoll. stanzen Lochbild, stanzen Kontur bohren Lochbild, stanzen Kontur bohren Lochbild, ritzen, stanzen Kontur bohren, Streifen schneiden, stanzen Kontur Bandstahlschnitte ( kostengünstig und schnell herzustellen ) werden in der Regel nur nur noch bei flexiblen Materialien ( Polyimid )eingesetzt. Bei starren Materialien kommen überwiegend Komplettschnitte und Folgeschnitte zum Einsatz. Erforderlich bei der Nutzenauslegung sind zusätzliche Referenzbohrungen, die beim als Werkzeugaufnahme dienen und gleichzeitig einen toleranzminimierten Bezug zum Leiterbild gewährleisten. Für eilige Entwicklungsmuster sind wegen der langen Herstellungszeit des Werkzeuges und des Änderungsrisikos häufig alternative Herstellverfahren einzuplanen. 3 Stanzwerkzeuge Beim Komplettschnitt erfolgt das der Löcher und das Schneiden der Kontur in einem Arbeitsgang. Der Hauptstempel, der die Außenform der Leiterplatte schneidet, ist gleichzeitig Schnittplatte für die eingestzten Stempel Stanznadeln). Komplettschnitte benötigen eine sehr genaue Führung und werden meist in Säulenführungsgestelle eingebaut. Folgeschnitte (Säulenführungsschnitt) mit Vorlocher werden überwiegend zum kleinerer Leiterplatteneingesetzt. Der Vortei dieser Werkzeugkonzeption besteht im Unterbringen vieler Stempel in einer Schnittplatte. Im ersten Schritt werden beim nur bestimmte Lochgruppen bzw. Innekonturen oder je nach geforderter Lochzahl alle Löcher gestanzt. Danach wird die Leiterplatte (oder der Zuschnitt) um ein Raster verschoben und beim zweiten Hub die Kontur ausgeschnitten, wobei gleichzeitig der Lochvorgang in der nächsten Leiterplatte durchgeführt wird. Das Positionieren des Zuschnittes im Werkzeug erfolgt entweder über Einhängestifte oder mit Sucherstiften. Einhängestifte müssen fest in der Schnittplatte verankert sein. Sie sind pilzförmig gedreht und in der Herstellung und Einbau kostengünstig. Bei Folgeschnitten mit

5 Seite 5 Vorlochern genügen oftmals Einhängestifte den Anforderungen an die Zentrierung nicht. Durch ungenaues Vorschieben der Zuschnitte und durch Spiel in den Referenzlöchern können vogegebene Toleranzen nicht eingehalten werden. Diese Fehler werden beim Einbau von Sucherstiften weitgehend vermieden. Die Sucherstifte greifen beim Herunterfahren des Werkzeuges in die vorgegebenen Referenzlöcher und positionieren die Leiterplatte. Erst dann erfolgt das. Der Einbau von Niederhaltern vermeidet die sogenannte Hofbildung um Löcher und Schlitze. Die Niederhaltekraft ist bei Hartpapieren so auszulegen, daß sie ca. 50 % der notwendigen Stanzkraft entspricht. Runde Lochstempel können gehärtet und geschliffen bezogen werden.sie werden mit oder ohne Kopf geliefert und können mit durchlaufendem Durchmesser oder abgesetzt sein. Die Durchmesser sind nach Toleranzfeld h 6 geschliffen. Bei abgesetzten Stanznadeln wird eine Rundlaufgenauigkeit von 5 mm verlangt. Ähnliche Genauigkeiten werden bei allen anderen Stempel-Matritzen-Passungen verlangt, sodaß Schnittspalte je nach zu stanzendem Material nahezu null betragen. Als Material wird hochwertiger Cr-Ni- Stahl oder Hartmetall verwendet. 4 Schlußwort Das ist die kostengünstigste Methode der Formgebung und der Herstellung von nicht durchkontaktierten Löchern und Durchbrüchen für die Massenproduktion. Der Einsatz und die Behandlung von Basismaterialien, die Planung, Konstruktion und Herstellung von Stanzwerkzeugen sowie das Arbeiten mit Werkzeug und Stanzmaschine erfordert ein einschlägiges Fachwissen. Dieses geht bei den typischen Leiterplattenherstellern immer mehr verloren. Durch die Weiterentwichlung von Bohrmaschinen, Fräsmaschinen und Ritzmaschinen sind sehr flexible Alternativen im Einsatz. Da in der Leiterplattenindustrie die innovativen Kräfte eher aus den Bereichen der Mikroelektronik mit einer zunehmenden Miniaturisierung der Bauelemente kommen, ist für die Stanztechnik eine abnehmende Bedeutung zu erwarten.