13 maggio 2022
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La ricerca porta soluzioni e svela nuove vie. Nuova Crema Saldante Balver Zinn: JEAN - 151 SAC305

Il rapido sviluppo della tecnologia elettronica obbliga i produttori di creme saldanti ad un continuo lavoro di ricerca per realizzare prodotti che possano garantire un processo di saldatura al passo con i tempi.
L’estrema miniaturizzazione e l’elevata densità dei componenti, la grande differenziazione dei PCB in termini di dimensione, numero di layer e layout sono solo alcuni dei fattori che determinano la necessità di individuare un processo di rifusione sempre più preciso e complesso.
Nonostante l’avanzata tecnologia dei forni di rifusione, delle macchine e delle lamine serigrafiche è ormai fondamentale individuare una crema saldante che sia in grado di soddisfare tutte le esigenze del processo di saldatura SMT.
Per ottimizzare il processo di serigrafia è necessario migliorare la capacità di durata della crema sullo stencil. Diversi studi hanno dimostrato che assicurare una tenuta affidabile tra lo stencil e il PCB, oltre a ottimizzare il riempimento dell'apertura e garantire un rilascio efficiente della pasta dopo la separazione, influisce notevolmente sulla resa del processo.

(Vedi foto: deposizione della crema)

 

Il ruolo del flussante utilizzato nella composizione delle paste saldanti è di cruciale importanza. Il flussante deve rendere la crema omogenea, proteggere la polvere dall’ossidazione e non deve essere chimicamente reattivo. Queste sono le condizioni che preservano le proprietà reologiche, la viscosità dinamica, la stabilità dei contorni e la tissotropia della pasta saldante che è condizionata anche dall’uso di diversi tipi di lega e formati delle polveri.

(Vedi foto: topografia delle sfere di diverse tipologie di leghe)

 

Deve inoltre avere buone proprietà adesive ed essere stabile alle alte temperature per consentire un'attivazione sufficiente nelle zone di picco di calore nei processi lead-free. Combinando tra loro resine ad alta e bassa fusione con solventi ad elevato punto di ebollizione è possibile migliorare le proprietà della crema, raggiungendo maggiore stabilità alle alte temperature e riducendo il fenomeno di "hot slump".
È importante che la crema saldante garantisca la massima stabilità e aderenza al PCB nonostante l’incremento di temperatura per un periodo di tempo più lungo. Infatti, se le pareti della crema saldante non sono sufficientemente stabili c’è il rischio che si rompano all’aumentare della temperatura durante la rifusione (hot slump) aumentando le probabilità di formazione dei “solder balling”.


La crescente esigenza di formulare creme saldanti con svariate tipologie di lega e con diversi formati di polveri richiede al flussante utilizzato di essere anche affidabile, privo di residui, poco reattivo e soprattutto versatile.
Uno dei recenti progetti di ricerca dei laboratori BALVER ZINN aveva come obiettivo la formulazione di un flussante che potesse ridurre principalmente il fenomeno di “solder ball”.
Lo studio è iniziato con l’utilizzo di un nuovo flussante denominato JEAN-151 in combinazione alla classica lega SAC305 (SnAg3.5Cu0.5), con polveri di formato T4 (20 - 38 µm). Questa lega ha un intervallo di fusione di 217-219° ed è adatta per rifusioni in ambiente aria, idrogeno e vapor phase.


Durante i test ci si è resi conto che il nuovo flussante superava ogni aspettativa, dimostrando di possedere caratteristiche di stampa stabili e riproducibili con un'eccellente definizione e stabilità dei contorni, un tack di 48 ore, una durata garantita sullo stencil di 24 ore. Le analisi effettuate hanno evidenziato una riduzione dei vuoti secondo lo standard IPC-610 di circa il 30% e una buona bagnatura di tutti i componenti, compresi i QFN, con ogni tecnologia di rifusione e su PCB con diverse finiture (ENIG, HASL con Pb e senza Pb, OSP, immersione stagno e immersione argento). Nei test con componenti 0402 e aperture più piccole non sono stati rilevati fenomeni di “mid-chip solder balling".  

(Vedi foto: Componenti MELF con presenza di solder ball / Componenti MELF senza presenza di solder ball).

Durante il processo di studio sulla shelf-life, diversi lotti sono stati analizzati alla data di produzione e dopo 6, 9 e 15 mesi ed i risultati dei test hanno dimostrato che anche nove mesi dopo la scadenza, la pasta JEAN-151 mostra prestazioni di stampa e saldatura simili a quelle del prodotto fresco. Questo ha permesso di estendere ad 1 anno la scadenza del prodotto.
La formulazione ben bilanciata del flussante JEAN-151 ha permesso di agire con un'ampia finestra di processo, indipendentemente dalla lega o dalla dimensione della polvere usata, con velocità di stampa da 30 a 120 mm/s anche con aperture da 0,15 mm. Questa estrema versatilità ha quindi permesso di associarlo a 8 diverse tipologie di leghe, oggi tutte prodotte da BALVER ZINN e distribuite in Italia da Cabelpiù Electronics.

SAC305 è largamente riconosciuta come lega standard nei processi di rifusione. Può essere utilizzata sia in applicazioni high-tech che industriali.

SN100CV® è una lega con base SN100C®, brevettata da Nihon Superior. L'aggiunta di bismuto comporta un aumento del 30% della forza, rendendola una lega ad alta resistenza e termicamente stabile per applicazioni industriali e high-tech.

La lega SABI (SnAg3.5In6NiGe) è altamente affidabile per le applicazioni high-tech. La presenza del 6% di indio le conferisce eccellenti proprietà di resistenza all’invecchiamento, con maggiore efficienza rispetto ad altre leghe. Inoltre, SABI è adatta a componenti sensibili al calore grazie al suo basso intervallo di fusione tra 202 e 210 °C.

SCAN-Ge071 (SnAg1Cu0.7NiGe) è una lega a base stagno-argento con aggiunta di nichel e germanio e un intervallo di fusione di 217 - 225°C. Grazie a quest’ultimo, SCAN-GE071 è ideale per minimizzare gli effetti di “tombstone” nella saldatura in vapor-phase. SCAN-Ge071 è il compromesso ideale tra SAC305 e SAC0307, ed è molto adatta per le applicazioni industriali.

SN100C® (SnCu0.7NiGe) è una lega stagno-rame eutettica stabilizzata al nichel. È la lega Lead Free più economica e può essere utilizzata per applicazioni industriali standard e high-tech.

SAC0307 (SnCu0.7Ag0.3) è adatta per applicazioni standard a basso costo, con limitato contenuto di argento. 

Le leghe stagno-piombo SnPb37 e SnPb36Ag2 sono utilizzate in elettronica da decenni. Estremamente affidabili, presentano eccellenti proprietà meccaniche e continuano ad essere utilizzate soprattutto nei settori aerospaziali e militari.


Tutte le creme saldanti JEAN-151 sono disponibili nei formati T3, T4 e T5 con la versione T6 in fase di sperimentazione.