Serigrafia e Pasta di Saldatura per Assemblaggio PCB

La serigrafia è la soluzione principale per la produzione di schede elettroniche destinate a ricevere CMS *. Questa tecnologia è viene migliorata di continuo al fine di soddisfare la crescente é sempre piu’ pretenziosa richiesta dei clienti.

La serigrafia consiste nel creare una lastra metallica in cui viene tagliata la posizione dei campi di ricezione: le aree conduttive del circuito stampato. Quindi si posiziona questo stencil sulla scheda elettronica e si applica la pasta di saldatura raschiandola sullo stencil.

Semplice su carta, questa tecnologia rivela alcune complessità nell’applicazione: per un risultato di qualità, bisogna assicurarsi di aver depositato la giusta quantità di pasta per saldatura in tutti i punti del circuito. La qualità del trasferimento dipende dalla velocità dell’operazione, dalla qualità di fabbricazione dello stencil, dall’inclinazione del raschiatoio e dalle proprietà adesive della pasta per brasatura scelta. La sformatura è un passaggio fondamentale.

Un altro inconveniente: la fabbricazione dello stencil è costosa, a causa del costo di alcuni materiali, l’uso di un laser di taglio di grande precisione e, infine, le prestazioni del sistema meccanico che gestisce lo stencil.

Dal piano al taglio

Lo standard americano IPC 7525B è il riferimento per realizzare uno stencil, ma può essere adattato per soddisfare i requisiti specifici dell’assemblatore. Esso fornisce file che il produttore utilizzerà per tagliare un foglio di lamiera il cui spessore varia generalmente da 50 a 300 micron. Questo passaggio richiede una macchina di taglio laser, un investimento che si dimostra troppo oneroso (diverse centinaia di migliaia di euro) per un assemblatore, anche se questo è un grande consumatore di stencil. Tutto questo spiega la specializzazione di alcune aziende nella realizzazione di stencil.

Quale materiale per lo stencil?

Nell’80% dei casi, gli stencil sono realizzati su fogli di acciaio inossidabile di 127 micron di spessore, una soluzione adatta a schede moderatamente complesse. Ma la tendenza è sviluppare schede elettroniche che hanno passi sempre più fini, vale a dire che i campi che riceveranno i componenti sono sempre più piccoli e ravvicinati.

Per soddisfare queste nuove esigenze, il produttore deve utilizzare fogli metallici sempre più sottili e materiali più sofisticati dell’acciaio inossidabile. Per ottenere passi fini (inferiori a 0,5 mm) è necessario utilizzare DATUM FG (per « fine grain » in inglese), una miscela di nichel e acciaio inossidabile le cui proprietà consentono una più facile sformatura. Per ottenere passi ancora più sottili, lo stencil viene ricavato da fogli di nichel. Sebbene sia molto più difficile da lavorare, questo materiale offre alte prestazioni in fase di rilascio dello stampo. Lo svantaggio di questi materiali è il loro prezzo: uno stencil di nichel costa il doppio di uno stencil in acciaio inossidabile.

Di recente è apparso un nuovo materiale: l’ LT123 ** che si posiziona tra l’FG e il Nickel. Utilizzato su un sottile telaio di alluminio e teso su una tela di poliestere, uno stampino in LT123 può produrre diverse migliaia di schede e quindi essere un’alternativa al nichel. Disponibile in spessori che vanno da 80 a 150 micron, l’LT123 offre eccezionali proprietà di planarità e di riduzione dell’adesione che consentono di ottenere stencil ad altissima densità. La sua granulometria molto fine porta ad un eccellente rilascio della pasta di saldatura. L’LT123 è stato testato e adottato da diversi assemblatori. Si consiglia anche nel caso di stencil di spessore 80 e 100 micron, poiché offre una tenuta migliore rispetto agli stencil per telai autotensionanti.

Valutare la scelta della pasta per saldatura

Esistono vari tipi di paste saldanti, con o senza piombo. Le paste per saldatura contenenti piombo non sono più molto utilizzate, ad eccezione di alcune applicazioni speciali, come le schede militari. Prerogativa dell’assemblatore, la scelta della pasta ha conseguenze sui lavori preparatori del produttore il quale può essere costretto a apportare modifiche sullo stencil sulle larghezze dei campi.

Indipendentemente dai vincoli relativi al tipo di pasta richiesta, il produttore può anche dover modificare i campi rettangolari o quadrati per generare ad esempio ottagoni o angoli arrotondati, su richiesta del cliente.

Sovraspessore e incisione

Questa flessibilità si esprime anche nella capacità di produrre localmente spessori extra, per ottenere uno stencil multilivello.
Alcuni componenti richiedono più pasta di saldatura rispetto ad altri. Quando convivono sulla stessa superficie di una scheda , il produttore ha due opzioni:

–partire da un foglio con lo spessore corrispondente alla quantità minima di pasta per la brasatura e incollare o saldare in certi punti un secondo foglio per aumentare localmente il deposito di pasta, il taglio laser viene applicato a entrambi i fogli;

– oppure partire da un foglio dello spessore corrispondente alla quantità massima di pasta per saldatura e diminuire localmente lo spessore del foglio con un processo di incisione o piallatura.

Quale supporto per lo stencil?

I produttori che ordinano grandi serie di schede (settore automotive, per esempio) optano per stencil incollati sul telaio in alluminio: un foglio di nylon o metallo viene teso e incollato su un telaio di alluminio, lo stencil viene poi incollato sulla tela che sarà stata tagliata in anticipo. Un simile stencil costa poco più del doppio del prezzo di uno stencil con telaio autotensionante e lo stoccaggio è più ingombrante.

Questo costo elevato incoraggia gli assemblatori che realizzano il prototipo (fino a un migliaio di schede) a utilizzare stencil montati su telai autotensionanti. Questo tipo di telaio viene inserito nella macchina serigrafica in cui l’operatore deposita lo stencil. Il posizionamento dello stencil in alcuni telai autotensionanti presenta un alto rischio di taglio per l’operatore: 127 micron è un po’ come una lama di rasoio!

Per ridurre il rischio di lesioni, ASM DEK ha sviluppato Vector Guard, uno stencil per telaio autotensionante dotato di protettore in metallo attorno al foglio di acciaio inossidabile. Relativamente leggero, si posiziona facilmente.

Unico inconveniente, il prezzo: bisogna comprare la licenza per poter produrre stencil per i telai Vector Guard e gli stencil vergini sono venduti ad un prezzo molto alto.

Oggi esistono molte soluzioni che consentono alla serigrafia di soddisfare i requisiti di una produzione sicura e di qualità. Con incidenze sul prezzo degli stencil che possono essere significative!

* CMS: Componente per montaggio superficiale
** LT123 è il nome adottato da Laser Technologie per questo materiale

Ringraziamo Alain MILARD, direttore editoriale di Electronique MAG e dirigente di Laser Technologie France, per il suo contributo a questo articolo.