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56 PCB giugno 2012 ▶ PRODUZIONE - SALDATURA ELETTRONICA Uno spray flux per ogni esigenza Il tema della flussatura sulle saldatrici a onda è sempre attuale, non solo per il materiale di consumo, ma soprattutto per il metodo migliore da impiegare. A dispetto della contrazione dei lotti ci sono aziende che investono nella ricerca di soluzioni capaci di rimodernare saldatrici non più attualissime di Dario Gozzi La corretta quantità di flussante deve essere applicata in modo omogeneo sull’intera superficie del pcb per ottenere una salda- Fig. 1 - Centralina di controllo dell’atomizzatore Easy Spray tura corretta di tutti i giunti, perché un’incorretta o una mancanza anche parziale di flussante produrrà sicuramente dei difetti di saldatura. Al contrario un’eccessiva quantità produrrà void e solder ball. È inoltre desiderabile flussare le pareti interne di ogni foro per assicurare la risalita della lega e la formazione del giunto anche sull’altro lato del pcb. L’applicazione del flussante avviene coi due metodi canonici dello spray e della schiuma. Flussatura a schiuma o con pietra porosa Fino alla metà degli anni novanta la flussatura a schiuma era il metodo più comunemente utilizzato sulle saldatrici a onda. Un’onda di schiuma è ottenuta facendo passare dell’aria compressa, ma a bassa pressione (inferiore a un bar), attraverso una pietra porosa immersa nella vaschetta del flussante, che a dispetto del suo nome è costituita da polipropilene o ceramica (più affidabile e facile da pulire). La dimensione dei pori di apertura (10 μm o 20 μm) determina la dimensione delle bolle che sono spinte all’interno di un camino alla cui sommità si forma appunto l’onda di schiuma (la dimensione dell’apertura è pari a quella dell’onda di stagno). Il pcb transita sulla cresta dell’onda, dove al contatto le bolle scoppiano bagnandone la superficie. Il flussante utilizzato deve essere idoneamente formulato, contenente additivi che aiutino la creazione di una schiuma stabile con bolle di ridotte dimensioni. Normalmente è a basso valore di viscosità, dato dal
modesto contenuti di solidi. Il diluente può essere a base alcolica o a base acqua; il secondo preferibile, se lunghezza e potenza dell’unità di preriscaldo lo consentono, perché conforme all’esigenza VOC-free. L’impostazione dell’altezza dell’onda di schiuma arriva normalmente ai 15-20 mm e dipende dalla lunghezza dei reofori dei componenti. Altezza e stabilità delle bolle dipendono sia dal livello di flussante all’interno della vaschetta di contenimento che dalla regolazione della pressione dell’aria. Nella regolazione della flussatura si parte regolando l’aria d’ingresso perché inizi la formazione delle bolle al di sopra della pietra porosa, e si prosegue fino a quando si ottiene l’altezza desiderata al di sopra della bocca d’uscita e parallelamente si stabilizza la dimensione delle bolle. La quantità di flussante depositato sulla superficie del pcb non può essere controllata direttamente dall’impostazione dei parametri di lavoro del flussatore, ma dipende essenzialmente dalla velocità di transito della scheda e dalla viscosità del flussante che a sua volta è funzione del contenuto di solvente. La dinamica con cui si realizzano le bolle induce l’evaporazione del solvente alcolico che deve essere di conseguenza aggiunto in misura tale da riportare la densità al valore originale. (La viscosità è una grandezza che esprime la resistenza del fluido allo scorrimento. La viscosità di un fluido diminuisce al diminuire della densità). Una seconda controindicazione della flussatura a schiuma risiede nell’inconveniente della formazione di fanghiglia sul fondo della vaschetta. Il pcb, nel suo percorso Fig. 2 - Particolare della testa dell’atomizzatore verso l’interno della saldatrice, dopo la pietra porosa incontra la lama d’aria che ha il compito di rimuovere il flussante in eccesso. Con la sua ricaduta nella vaschetta il flussante trasporta anche i residui di lavorazioni precedenti e di polvere depositatisi sulla sua superficie, che si raccolgono e accumulano sul fondo. Spray flux Dall’introduzione della tecnologia SMT la flussatura spray flux ha guadagnato terreno per la possibilità di “sparare” finissime gocce di flussante nei più reconditi interstizi tra i package dei componenti, indipendentemente da quanto possa essere alta la densità dei componenti, laddove le bolle della schiuma si infrangerebbero sui corpi dei componenti senza riuscire a bagnare le zone di formazione dei giunti di saldatura. Molti sistemi di spray flux utilizzano serbatoi in pressione che inviano il flussante all’ugello di spruzzo, dove viene atomizzato dall’aria in pressione o da un dispositivo a ultrasuoni. Il miglior beneficio di un sistema di questo genere è che il flussante passa direttamente dal serbatoio all’ugello, senza pericolo di essere contaminato. Non serve neppure disporre di un complicato sistema di controllo. La testa è solidale con un asse che corre perpendicolarmente alla scheda, l’interpolazione dei due assi assicura la copertura della superficie del pcb. In funzione che la movimentazione sia pneumatica o motorizzata, i limiti della corsa dell’ugello sono impostati meccanicamente o elettronicamente, in quest’ultimo caso controllati a computer. Lo spray flux lavora di concerto con un sensore che intercetta la scheda in ingresso e avvia la flussatura. L’ammontare della quantità di flussante depositato varia direttamente con la velocità del convogliatore, ma può essere controllata mediante i parametri del flussatore. Come questo avvenga dipende dai singoli costruttori, in generale più è sofisticato il sistema e maggiore è la flessibilità, ma parallelamente si sale anche di costo. I principali problemi che si possono incontrare sono legati alla costruzione del nozzle, che se non ben dimensionato in un caso può rilasciare gocce troppo grosse e nell’altro avere un’apertura troppo fine dando problemi di occlusione. Altra parte sensibile è il controllo della velocità di movimento e dell’affidabilità del servomeccanismo che la controlla, che se bassa obbliga a una continua manutenzione. Diversi costruttori hanno trovato soluzioni differenti a questi problemi, ma per quanto buone sono usualmente anche costose. Comune a tutti i sistemi spray flux è la necessità di un efficiente sistema di aspirazione di quelle particelle in sospensione che inevitabilmente si formano atomizzando il flussante. A queste non deve essere consentito di ricadere sul lato top PCB giugno 2012 57
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