Effetto delle posizioni degli scudi termici sulla rilavorazione

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 15118 (2022) Citare questo articolo

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Questo studio ha analizzato l'efficacia delle posizioni di posizionamento dello scudo termico durante il processo di rilavorazione per evitare danni termici e meccanici ai componenti adiacenti della griglia a sfere e ai relativi giunti di saldatura sul gruppo della scheda a circuito stampato a doppia faccia. Sono stati utilizzati tre tipi di posizioni di posizionamento dello scudo termico: campione X, posizionamento individuale dello scudo termico su componenti adiacenti della posizione di rilavorazione; campione Y, a forma di U, e campione Z, uno scudo termico di forma quadrata posizionati rispettivamente nella posizione della fonte di calore. I risultati dei test di tintura e trazione, la termografia a infrarossi e le misurazioni della temperatura sono stati analizzati per comprendere la relazione tra la posizione dello schermo termico e il danno al giunto di saldatura durante la rilavorazione. Il posizionamento dello scudo termico nella posizione della fonte di calore sul componente rilavorato può ridurre le temperature di picco sulle posizioni adiacenti del componente rilavorato fino all'8,18%. Le temperature di picco del centro e dell'angolo del componente BGA possono essere mantenute rispettivamente al di sotto di 195 °C e 210 °C per migliorare la qualità del giunto di saldatura dei componenti di rilavorazione adiacenti riducendo i danni al giunto di saldatura di oltre il 50% delle crepe di saldatura. Ciò è utile per la gestione termica durante le rilavorazioni che comportano il posizionamento dei componenti di una serie di griglie a sfere ad alta densità sul gruppo di circuiti stampati a doppia faccia.

La rilavorazione dell'assemblaggio di circuiti stampati (PCBA) viene spesso utilizzata nell'industria manifatturiera come uno sforzo vantaggioso per ridurre gli sprechi e, di conseguenza, per aumentare le entrate totali dell'azienda. La rilavorazione del PCBA sta diventando sempre più cruciale in tempi di difficoltà nell'ottenimento di componenti, maggiore domanda di flessibilità e cicli di sviluppo prodotto brevi affinché il prodotto sia pronto per il mercato1,2. Il vantaggio principale della rielaborazione di un PCBA è che, a seconda dell'entità del danno, l'operazione può essere eseguita più rapidamente rispetto alla sua sostituzione3.

Il processo di rielaborazione dei componenti BGA (ball grid array) è noto come rilavorazione dell'array di aree. I giunti di saldatura sono nascosti sotto il corpo del componente, rendendo più impegnativa la rielaborazione dei dispositivi area-array4. La combinazione dei requisiti di temperatura operativa più elevati della saldatura senza piombo e della natura sensibile dei componenti area-array rende difficile la definizione di una procedura di rilavorazione per i componenti BGA senza piombo5. Nella progettazione di prodotti ad alta densità, più componenti BGA sono posizionati uno vicino all'altro; pertanto, le posizioni adiacenti dei componenti di rilavorazione presentano un rischio elevato di essere esposte a riflussi termici durante la rilavorazione6. Numerosi ostacoli possono essere superati solo introducendo metodi nuovi o rivisti, come profili termici più rigidi ed estrema precisione durante le procedure di rilavorazione PCBA7.

Uno scudo termico viene utilizzato per evitare danni termici o meccanici al componente, alla scheda a circuito stampato (PCB), alle posizioni adiacenti dei componenti di rilavorazione e ai giunti di saldatura. Lo scudo termico può ridurre al minimo il delta di temperatura tra i lati inferiore e superiore del PCBA durante il processo di riflusso dell'aria calda di rilavorazione per la rimozione e l'assemblaggio del BGA, riducendo così l'esposizione al trasferimento di calore ai componenti adiacenti8. Danni ai componenti e crepe nei giunti di saldatura possono essere causati dal riflusso involontario dei giunti di saldatura dei componenti adiacenti9. A causa dell'interazione tra la saldatura a base di stagno e i cuscinetti di rame, durante il processo di assemblaggio e durante la manutenzione dei giunti di saldatura si formerà un composto intermetallico (IMC). Le basse caratteristiche meccaniche della saldatura possono essere causate da uno strato IMC molto spesso. Inoltre, la forma dell'IMC ha un grande impatto sull'affidabilità dei giunti di saldatura11. A causa della loro intrinseca fragilità, l'IMC spesso si rompe facilmente e lo stress indotto dalla trasformazione longitudinale causato dalla reazione di volume inferiore che si accumula sull'interfaccia saldatura/IMC e all'interno dello strato IMC può causare il degrado delle proprietà meccaniche12. Lo scudo termico durante il processo di rilavorazione impedisce inoltre che gli strati IMC sui giunti di saldatura dei componenti adiacenti diventino troppo spessi, il che potrebbe influire sulla qualità e sull'affidabilità del giunto di saldatura13. Studi limitati hanno affrontato la gestione termica utilizzando uno scudo termico durante la rilavorazione che prevede il posizionamento di componenti ad alta densità su PCBA a doppia faccia14,15.