Siamo ormai talmente abituati alle prestazioni tecnologiche che non ci accorgiamo del loro progredire, o lo diamo per scontato, non dando così il giusto risalto alle novità che di volta in volta entrano a fare parte del nostro bagaglio culturale o che utilizziamo come quotidiani strumenti di lavoro. Nel settore della produzione di dispositivi elettronici, sono innumerevoli i cambiamenti che di anno in anno, a volte impercettibilmente, influiscono sul nostro modo di lavorare e con questo sulla nostra percezione del mondo che ci circonda. Sul finire degli anni '80 il montaggio dei componenti pth con i tavoli guidati costituiva l'automazione, oggi ci sono macchine che “infilano” con precisione micrometrica migliaia di componenti per ogni ora di lavoro. Si montano automaticamente anche tutti i dispositivi dalla geometria più strana, i cosiddetti componenti odd form, che una volta venivano montati a mano nella fase definita “di ripresa”. Le pick and place depongono a velocità elevatissima componenti dalle dimensioni minime, indistinguibili senza l'ausilio di un'ottica di ingrandimento. Non solo i sistemi di assemblaggio si sono evoluti secondo una curva che è salita quasi esponenzialmente, ma anche i materiali di consumo hanno migliorato le proprie caratteristiche, arrivando a garantire prestazioni che di anno in anno sono sempre più cresciute in termini di resa, di qualità e durata.
Prodotti ecocompatibili, ma di qualità
La volontà di preservare la salute umana nella consapevolezza che solo in un ambiente pulito il futuro potrà gratificarci e la ferma convinzione che la qualità si coniuga necessariamente con l'affidabilità, hanno costituito i motori dell'innovazione dei prodotti di consumo. Dai flussanti a base colofonica a quelli sintetici, per arrivare agli odierni prodotti a base acqua il percorso si è tinto sempre più di verde. La formulazione e il successivo utilizzo di prodotti voc-free è stato parte del motivo trainante (con il lead free) per lo sviluppo delle moderne tecnologie produttive.
La volontà di una crescita qualitativa verso un prodotto che sia parallelamente pulito e tecnologicamente prestante ha coinvolto anche il settore delle paste saldanti. Oggi abbiamo composti con un contenuto di elementi metallici perfettamente sferici, che praticamente non lasciano residuo e le cui caratteristiche reologiche rimangono stabili a distanza di ore dalla stesura della pasta sullo stencil. Colle e resine si sono diversificate fino a coprire una vasta gamma di necessità. Dall'iniziale ancoraggio dei componenti per il processo di saldatura a doppia onda, le colle sono ora utilizzate anche nella versione conduttiva e, in alcuni casi, sono indicate quali sostituti per coprire le esigenze del lead free. Le resine, originalmente sviluppate come leganti termo conduttivi, hanno oggi un'importanza rilevante nel settore del coating; come barriera protettiva costituiscono una valida protezione contro l'umidità, contro lo sporco e gli agenti chimici. Per applicazioni chip on board agiscono da copertura e agglomeranti, unendo a ciò la possibilità di contenere l'effetto disgregante che deriva dai diversi coefficienti termici di espansione.
Le resine
Col passare degli anni la resinatura delle schede e dei dispositivi elettronici è diventata una pratica sempre più frequente, tanto che oggi trova applicazione in un vasto numero di aziende. L'industria chimica offre una grande varietà di resine idonee alla protezione delle schede elettroniche. Lo scopo principale è quello di creare una barriera isolante attorno ai componenti elettronici così che il pcb possa funzionare in qualsiasi condizione operativa, senza subire danneggiamenti da parte di umidità, condizioni ambientali avverse o sollecitazioni meccaniche. Al termine della polimerizzazione il prodotto impiegato può essere rigido, flessibile, termo conduttivo, termoisolante o elettroisolante, di aspetto trasparente o coprente.
Le caratteristiche offerte dai diversi tipi di resina offrono la possibilità di scelta in base alla necessità primaria del progetto.
Per sommi capi si possono riassumere le principali caratteristiche delle resine più comunemente utilizzate: resine epossidiche, resine puliuretaniche e resine siliconiche.
Resine epossidiche
• buona resistenza all'umidità;
• buona resistenza a temperatura;
• buona tenuta contro gli shock termici;
• a polimerizzazione avvenuta assumono un aspetto rigido o semirigido.
Resine puliuretaniche
• buone proprietà elettriche;
• resistenti a umidità e shock termici;
• limitata resistenza alle alte temperature;
• meno costose delle epossidiche;
• assumono aspetto elastomerico.
Resine siliconiche
• ottime proprietà elettriche;
• ottima resistenza alle basse e alte temperature (shock termici inclusi);
• piuttosto costosi;
• aspetto finale gommoso.
Le resine poliuretaniche sono preferibili quando i pcb da proteggere contengono componenti delicati come ferriti o interruttori reed in ampollina di vetro.Nei composti uretanici la velocità di polimerizzazione più adatta la si ottiene regolando il tempo di utilizzazione e di gel. In fase di polimerizzazione i poliuretani sono meno esotermici rispetto agli epossidici. Le resine siliconiche, tendenzialmente più costose rispetto a quelle epossidiche o a quelle poliuretaniche, sono utilizzate di preferenza quando si opera a temperature costantemente elevate (sopra i 180 °C).
Le colle
Sebbene siano cambiate le condizioni tecnologiche che hanno visto per molti anni le colle rivestire un ruolo di co-protagoniste, con la pasta saldante nel montaggio SMD ci sono ancora nicchie in cui permane il loro utilizzo. Una similitudine tra colle e pasta saldante risiede nella reologia del materiale, che ne condiziona il comportamento durante la deposizione; gli adesivi per SMT sono formulati per ottenere un punto colla dalla dimensione e dal profilo controllati, durante e dopo la dispensazione. La viscosità diminuisce sotto lo stress provocato dalla deposizione, consentendo alla colla di fluire facilmente, per poi aumentare velocemente verso il valore iniziale a operazione conclusa. Questo comportamento tixotropico non è l'unico a influire sul profilo del punto colla, che è definito anche da parametri di processo quali il volume del deposito e - se si utilizza un dispensatore - dal diametro dell'ago, dalla sua altezza rispetto al substrato e dal tipo di valvole che si utilizza; se si depone per serigrafia saranno le variabili relative allo stencil, alle racle e ai parametri di stampa. Scopo dell'adesivo è sempre stato limitato al solo ancoraggio del componente durante la saldatura a onda, non svolgendo nessun ruolo dalla saldatura a fine vita del pcb. Le prestazioni richieste all'adesivo sono la capacità di sopportare lo shock termico che si verifica al passaggio sull'onda e di non subire nel tempo nessun degrado che possa compromettere la funzionalità del circuito, con particolare riferimento all'isolamento elettrico. L'utilizzo di adesivo epossidico è predominante su quello acrilico, ha una buona capacità adesiva su un'ampia gamma di substrati e un'elevata tenuta meccanica. Va conservato in frigorifero perché le sue capacità non degradino prima dell'utilizzo. Risente della presenza di umidità, il cui assorbimento si rivela dannoso nella fase di curing dato che, senza un adeguato profilo che ne consenta l'evaporazione, l'acqua può entrare in evaporazione esplosiva, pregiudicando la corretta formazione del giunto.
La polimerizzazione avviene in aria, utilizzando i forni comunemente impiegati per la rifusione della pasta; il profilo è piatto e superiore ai 120-130 °C.
Prodotti per il lavaggio
In questi ultimi anni si è assistito a una sensibile tendenza alla ripresa del lavaggio, soprattutto in seguito all'utilizzo delle leghe LF, che richiedendo una più alta temperatura di processo e che hanno comportato dei cambiamenti nelle formulazioni dei suoi contenuti chimici. In generale, la parte non metallica di una pasta saldante è composta da un misto di acidi organici e inorganici responsabili della disossidazione delle parti metalliche da saldare. Ci sono poi le resine che fanno da veicolo al powder metallico e agli acidi e che contribuiscono alla protezione dei metalli dall'ossidazione. I solventi sono responsabili della liquefazione delle resine e, prima ancora, conferiscono la tipica viscosità alla pasta; al composto sono aggiunti altri agenti che conferiscono le indispensabili proprietà tixotropiche e reologiche senza le quali sarebbe quantomeno difficile dar vita a un processo di serigrafia. Al termine della rifusione non tutto se ne è andato e sulla scheda rimangono i residui che alterano la conducibilità superficiale e continuano a “lavorare nel tempo” a tutto svantaggio della funzionalità del pcb, anche se questo è stato sottoposto a un processo di coating.
Per rimuovere i flussanti a base acqua si utilizza acqua in temperatura con un saponificatore, per un flussante colofonico si ricorre al lavaggio con solvente, con i flussanti no-clean a base sintetica e con basso residuo si utilizza invece il lavaggio a solvente o semiacquoso.
I detergenti si possono raggruppare in tre grandi famiglie:
• i solventi che godono di un'ampia finestra di processo e lavorano a temperatura ambiente;
• i tensioattivi o surfattanti sono sostanze che hanno la proprietà di abbassare la tensione superficiale di un liquido favorendone la penetrazione anche sotto componenti low stand-of; sono composti organici che sciolti in acqua favoriscono la solubilità dello sporco. Sono costituiti da una parte che si lega all'acqua e da una parte che si lega allo sporco. Operativamente si “infilano” sotto lo sporco e lo staccano dalla superficie a cui è attaccato, perché sia poi asportato dall'acqua di risciacquo;
• i prodotti Micro Phase annoverano contemporaneamente alcuni pregi dei solventi e dei tensioattivi. Hanno un'ampia finestra di processo, non contengono sostanze volatili e non lasciano residui, danno risultati costanti e non richiedono la sostituzione del bagno
Se i residui di flussante passano attraverso più fasi di saldatura (o le temperature in gioco sono troppo elevate) finiscono col cristallizzare e la loro rimozione diventa più difficoltosa;
quale detergente utilizzare dipende quindi dal tipo di residuo che si vuole rimuovere e dalla sensibilità dell'hardware presente sui pcb da lavare. Una soluzione abbastanza comune e sfruttabile su un'ampia gamma di flussanti è l'utilizzo di saponificatori in acqua deionizzata. La quantità di saponificatori dipende dal grado di contaminazione da rimuovere e dalla capacità pulente del prodotto. Il lavaggio acquoso ha uno spettro d'azione superiore rispetto al lavaggio semi-acquoso. Il lavaggio con solventi spesso difetta dell'azione meccanica dello spray proprio del lavaggio acquoso, perdendo così di efficacia. La pulizia con solvente dovrebbe essere utilizzata solo in presenza di un hardware intollerante all'acqua.
La pasta saldante
La scelta di una pasta saldante implica valutazioni di tipo economico e tecnologico. Una buona pasta saldante, anche se più costosa rispetto ad altre, consente in definitiva dei risparmi in termini di rilavorazione, di lavaggio e di sprechi di prodotto. Possedere delle buone caratteristiche reologiche comporta un migliore rotolamento sullo stencil, un regolare distacco dalla racla e dalla lamina e una migliore tenuta allo slumping. Se i giunti di saldatura risultano puliti dopo la rifusione, si evitano contaminazioni degli aghi nel test elettrico coi relativi falsi contatti. Tra i dati tecnici da valutare c'è anche la composizione e il metal load, ovvero la percentuale della parte metallica rispetto al peso totale, che usualmente si aggira attorno al 90%, percentuale che porta alla formazione di un giunto il cui volume è pari al 50% del volume iniziale. Dato che la componente metallica ha una densità decisamente superiore rispetto alle altre componenti, il suo contenuto percentuale influenza direttamente la viscosità. Stencil life e tack time sono altre caratteristiche tecniche importanti ai fini operativi, ma altrettanto importante è verificare che non siano contenuti alogenuri, elementi questi estremamente dannosi perché, se presenti nei residui post rifusione, abbassano i valori di resistenza superficiale.
