In un post precedente ho parlato della formazione di grandi cavità nel piano di massa nell’assemblaggio elettronico e ho fatto riferimento a uno strumento statistico chiamato “diagramma di Ishikawa”. Questo strumento aiuta a mappare un processo e fornisce un eccellente supporto visivo che contribuisce a evidenziare le potenziali cause dei difetti e gli effetti che le variabili di processo possono avere. Questo particolare diagramma di Ishikawa ha mostrato che il design dello stencil può avere un effetto significativo sulla formazione di cavità. Oggi approfondirò ulteriormente questo argomento e parlerò di come sia possibile ridurre al minimo la formazione di grandi vuoti di saldatura nel piano di massa nell’assemblaggio elettronico, variando il design dello stencil.
La progettazione dello stencil può avere un impatto notevole sui livelli di formazione di vuoti sotto i componenti con terminazione inferiore (BTC). La quantità di pasta saldante depositata sulla scheda e la posizione in cui viene depositata possono determinare una differenza tra una percentuale di vuoti del 5-10% e una del 40-60%. È importante tenere conto di questi effetti prima di progettare lo stencil e i modelli delle aperture.
Uno degli aspetti più critici da considerare è lo spessore dello stencil. Abbiamo constatato, in numerosi studi condotti qui presso Indium Corporation e in innumerevoli prove effettuate presso i nostri clienti, che lo spessore dello stencil svolge un ruolo considerevole. In genere, uno stencil più spesso produce meno vuoti. Quando la distanza di separazione di un particolare componente è maggiore (a causa di un deposito di pasta saldante più spesso, dovuto a uno stencil più spesso), le sostanze volatili del flussante hanno più spazio per degassare e sfuggire al confinamento sotto il componente. Sono stati condotti studi che hanno evidenziato una differenza statistica tra uno stencil di 4 mil di spessore e uno di 5 mil e, in tutti i casi, lo stencil da 5 mil ha garantito prestazioni migliori in termini di formazione di vuoti. Ma cosa accadrebbe se si utilizzasse uno stencil da 6 o 7 mil? Beh, in genere uno stencil da 6 o 7 mil comporterebbe un rapporto di area troppo elevato perché la pasta possa essere stampata correttamente attraverso le aperture. Per questo motivo, e per alcuni altri, spesso non è fattibile utilizzare uno stencil più spesso. Tuttavia, esiste un punto in cui uno stencil più spesso comporterebbe effettivamente una formazione di vuoti peggiore, quindi non possiamo dare per scontato che questa nozione si applichi a tutti i modelli.
È possibile massimizzare il volume/l'altezza della pasta saldante anche attraverso soluzioni diverse dall’aumento dello spessore dello stencil. Migliorare l’efficienza di trasferimento della pasta saldante dallo stencil alla scheda può influire sul volume/sull’altezza del deposito di pasta saldante e potrebbe migliorare le prestazioni in termini di assenza di vuoti sotto i componenti QFN. La qualità dello stencil, la composizione metallica dello stencil, l’età, l’usura e l’eventuale presenza di rivestimenti come i nanorivestimenti possono tutti avere un effetto notevole sull’efficienza di trasferimento della pasta saldante. Non tutti i fornitori di stencil offrono la stessa qualità di prodotto. Alcuni stencil possono presentare problemi legati ad aperture di dimensioni errate, tagliate in posizioni sbagliate o con un angolo theta distorto. Se le aperture non corrispondono correttamente ai pad, la pasta saldante non verrà trasferita adeguatamente sulla scheda con il massimo volume e la minima variazione. Anche la metallizzazione da cui è ricavato lo stencil può influire sull’efficienza di trasferimento della pasta saldante sulla scheda. Alcuni metalli presentano una tensione superficiale inferiore rispetto ad altri, facilitando il passaggio della pasta saldante attraverso lo stencil e il suo rilascio. Lo stesso risultato si può ottenere utilizzando alcuni materiali con rivestimento nanometrico. L’età dello stencil presenta in genere una correlazione diretta con il suo grado di usura. Se lo stencil è usurato o danneggiato, le aperture potrebbero risultare deformate o arrotondate, compromettendo il modo in cui la pasta viene trasferita attraverso lo stencil.
La progettazione delle aperture è un altro aspetto da tenere in considerazione per ridurre la formazione di vuoti sotto i componenti con terminazione inferiore. Molti fornitori di componenti riportano raccomandazioni relative alle aperture nelle schede tecniche dei prodotti. Queste rappresentano in genere un buon punto di partenza, ma le modifiche alle dimensioni e alla forma delle finestre, nonché al numero e alle dimensioni delle griglie delle finestre, possono potenzialmente ridurre ulteriormente la formazione di vuoti di saldatura. Ogni componente è diverso e, pertanto, non esiste una soluzione universale per la progettazione delle aperture. In genere, un numero maggiore di aperture è preferibile rispetto a uno minore. Le griglie di apertura più sottili sono in genere preferibili a quelle più spesse. Tuttavia, proprio come per lo spessore dello stencil, esiste un punto in cui un numero eccessivo di aperture e una griglia troppo sottile iniziano ad aumentare la formazione di vuoti. Una forma rettangolare è migliore di una quadrata, circolare o ovale? Ogni componente reagirà in modo leggermente diverso, quindi è importante effettuare alcune ricerche e, se possibile, alcune prove prima della produzione per verificare quale soluzione offra le migliori prestazioni nel proprio processo.
Restate sintonizzati per il mio prossimo approfondimento su come le finiture dei PCB possano influire sulla formazione di cavità sotto i componenti con terminazioni inferiori.
