Il solder charge come alternativa al Bga

SISTEMI DI CONNESSIONE –

Le tecniche tradizionali di applicazione della saldatura sono diventate oggi poco funzionali e per soddisfare le crescenti richieste del mercato dei connettori mezzanine ad alta densità, i produttori di connettori hanno dovuto ideare nuove metodologie.

I tradizionali metodi di applicazione della saldatura per applicazioni con dispositivi muniti di un elevato numero di pin su schede mezzanine o Pcb modulari sono stati sfruttati fino al limite. Poiché la griglia di saldatura è modellata su impronte di 1,27 x 1,27 mm, l'area interessata dall'applicazione della pasta è eccessiva, approssimativamente pari a 1 x 1 mm. In termini pratici, questo non consente l'applicazione di una quantità di pasta sufficiente a garantire una buona giunzione saldata.

Il package Bga
Un metodo comune per risolvere questo problema consiste nell'utilizzare i componenti come portatori di materiale di apporto per la giunzione. L'industria dei semiconduttori ha affrontato questo problema alcuni anni or sono e, poiché i chip hanno generalmente una base piatta, questo ha dato origine al package Bga (Ball grid array). Questa tecnica è stata adottata da alcuni produttori di connettori, consentendo di ottenere eccellenti vantaggi in termini di densità, ma, sfortunatamente, comporta il rischio di falsi contatti. Uno dei maggiori ostacoli da superare è l'effetto di capillarità della saldatura durante la rifusione. A volte citato come scorrimento della saldatura (solder creepage), questo fenomeno si verifica quando il materiale d'apporto bagna il contatto piuttosto che la scheda. Le tecniche di controllo della bagnabilità della saldatura sono state sviluppate dai produttori di connettori Bga, ma ciascuna di esse presenta dei limiti. Altri modi di guasto comuni per il Bga sono l'assenza di connessioni, la coplanarità, i ponti di saldatura, i vuoti, le connessioni aperte, l'errata regolazione dei contatti sulla scheda Pcb e i legami intermetallici difettosi. A questo punto, è stata sviluppata una tecnologia di carica di saldatura per giunzioni standard Smt che prevede, in sostanza, il fissaggio di pezzetti di stagno su ciascuna estremità dei contatti. Questo metodo alternativo ottimizza i vantaggi in termini di densità già ottenuti con l'estremità Bga e risolve i problemi rilevati con tale metodo durante il trattamento e la fabbricazione, consentendo di ottenere un'interfaccia con il Pcb più affidabile, robusta e meno costosa.

Il concetto di solder charge
Il concetto di solder charge è piuttosto semplice in sé e si basa sulla presenza di una massa di lega per saldatura che viene estrusa attraverso un foro vicino all'estremità del terminale fino a riempire un volume sul lato opposto del pin stesso. Lo smusso sul lato carica di saldatura del foro consente la ritenzione e previene il riflusso della lega per saldatura dal terminale. Un processo di ablazione laser assicura l'assenza di scorrimento della lega per saldatura durante il processo di rifusione e che la massa della lega rimanga completamente a contatto della giunzione. Mentre un Bga viene applicato manualmente e quindi riscaldato per aderire al piedino a forma di j nella parte inferiore del connettore, la carica di saldatura è molto più precisa poiché utilizza attrezzature di stampaggio per l'adesione al terminale e lo stampo può avere una precisione di un millesimo di pollice. La tecnologia solder charge utilizza un processo di rifusione standard e per ogni prodotto è disponibile un profilo di riflusso che trae vantaggio dalla caratteristica di elevata densità. La carica di saldatura si diffonde leggermente oltre l'estremità del terminale fino ad interessare la pasta di saldatura sul ringrosso. I terminali scendono sul ringrosso di saldatura all'atto della fusione della massa saldante all'interno del forno di rifusione. Nella rifusione, la lega per saldatura si trasforma in un cordone di saldatura inclinato di forma rettangolare. Il cordone di forma tubolare ha una struttura molto più robusta di quello con forma sferica. Inoltre, la lega per saldatura non solo fornisce una copertura a 360 gradi attorno al terminale, ma raggiunge anche il foro nel piedino garantendo una maggiore forza di ritenzione. In aggiunta a quanto sopra, la carica di saldatura garantisce una notevole tolleranza per la compensazione della variabilità della planarità del Pcb, garantendo un migliore funzionamento dell'adesione al Pcb. Le prove interne hanno mostrato che il giunto con carica di saldatura che ne risulta è tre volte più resistente di quello tipo Bga.

Connettori in tecnologia solder charge
Due famiglie di prodotto che utilizzano ora la tecnologia solder charge sono i nuovi connettori scheda-scheda HD Mezz e Searay per applicazioni con dispositivi a molti piedini su schede mezzanine o schede per circuiti stampati modulari. Entrambi questi sistemi di connettori sono disponibili come second source presso Samtec. Fondamentalmente, questa possibilità come second source rafforza la capacità globale dei produttori di connettori di soddisfare la richiesta costante offrendo soluzioni di connettori interaccoppiabili, intercambiabili, interoperabili ed elettricamente identici. In risposta, questa relazione strategica offre ai progettisti la certezza di utilizzare prodotti scheda-scheda di alta qualità ed elevate prestazioni, supportate dai principali fornitori di soluzioni di interconnessione del settore. Con una capacità di trasmissione dei dati fino a 12,5 Gbps, i connettori HD Mezz consentono stack multipli di altezza compresa tra 16,00 e 38,00 mm e circuiti 91-403. Le loro 14 coppie differenziali per cm2 rappresentano probabilmente la più elevata densità di contatti sul mercato, con una corrente di alimentazione fino a 2,7 A per piedino. Inoltre, questi connettori possiedono un'interfaccia di accoppiamento affidabile con 2,00 mm di strisciamento e due punti di contatto per una trasmissione pulita del segnale e una maggiore durata.  Coprendo la gamma subito al di sotto dei prodotti HD Mezz, Searay consente applicazioni di basso profilo con stack di altezza compresa tra 7,00 e 15,00 mm. Con un'impronta comune per le applicazioni industriali, (1,27 x 1,27 mm), Searay viene assemblato in strisce da 10, 20 ... 50 contatti che ne fanno un accoppiamento "alla cieca" durevole a nastro. Questo design dei contatti aiuta a prevenire il rilassamento e il danneggiamento della superficie di accoppiamento. I prodotti Copper Flex offrono inoltre soluzioni di assemblaggio ad alta velocità.

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