Versatilità e qualità dei risultati: un'opportunità per ogni esigenza!
L’evoluzione del layout e della componentistica delle schede elettroniche, nonché l’aumento dei requisiti e delle aspettative in termini qualitativi, hanno spinto e guidato nella ricerca di tecnologie di saldatura che permettessero di superare i “limiti” della saldatura ad onda, tenendo conto anche dell’evoluzione delle leghe e dei flussanti.
Questo ha spinto i produttori a progettare, e gradualmente evolvere, sistemi di saldatura che permettessero agli assemblatori di schede, di svincolarsi almeno in parte, dal tipico approccio legato al “bagno d’onda”, puntando ad un miglioramento qualitativo del processo di saldatura.
Il nuovo approccio tecnologico presenta una serie di vantaggi, aprendo in generale nuove possibilità in termini progettuali e consentendo elevati incrementi della resa del processo stesso, permettendo quindi di realizzare schede migliori dal punto di vista costruttivo, mantenendo ovviamente il focus sui costi di realizzazione.
Se pensiamo, infine, a quanto spazio ha guadagnato l’elettronica in ambito automotive negli ultimi due decenni e prendiamo atto delle necessità della propulsione elettrica per la quale l’elettronica di potenza dovrà sempre in misura maggiore rispondere in termini di prestazioni, compattazione, resa e qualità, possiamo comprendere quanto un sempre maggiore affinamento del processo di saldatura selettiva, sarà necessario ed importante.
Approfondiamo di seguito le principali tecniche di saldatura selettiva automatica.
MiniWave & MultiWave / Laser / Ferro Caldo
Saldatura Selettiva MiniWave & MultiWave
Seica da numerosi anni ha iniziato una proficua collaborazione con uno dei principali fabbricanti di macchinari e soluzioni per saldatura in ambito schede elettroniche assemblate – Vitronics Soltec gruppo ITW EAE – società presente nell’elenco delle Fortune Top 200 per il settore Manifatturiero Industriale.
Vitronics Soltec vanta una lunga storia ed esperienza, avendo introdotto soluzioni di saldatura selettiva oltre un ventennio or sono, con sistemi MiniWave e MultiWave; l’esperienza accumulata dalla vendita di centinaia di sistemi nel mondo ha permesso di far evolvere i sistemi sino a quelli attuali, che impiegano le più avanzate tecnologie.
Saldatura MiniWave, con il sistema Vitronic Soltec Zeva M+, significa:
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proporre sistemi snelli e configurabili, dotati di crogioli con pompa elettromagnetica e nozzle di saldatura che possono essere di tipo wettable oppure non-wettable in funzione delle criticità e necessità dei processi;
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garantire accesso anche a componenti caratterizzati da passi ridotti, con allineamento fiducial e compensazione imbarcamento scheda;
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poter gestire flussaggio e preriscaldo in modo preciso e ripetibile, oltre a poter realizzare i programmi off-line partendo dai dati CAD della scheda;
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capitalizzare moderne tecnologie costruttive, quali ad esempio la produzione di alcuni tipi di nozzle con tecnica additiva (stampa 3D), per sempre meglio risolvere problematiche di processo e tempi;
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poter integrare i sistemi in linee automatiche e nella fabbrica, secondo i dettami di Industry 4.0.
La saldatura MultiWave, con il sistema Vitronics Soltec ZEVA V, è la migliore metodologia per portare i vantaggi della saldatura selettiva anche laddove il tempo ciclo ed i volumi produttivi pongono sfide importanti, con sistemi configurabili che permettono cadenze e qualità elevate, unitamente a cambi setup veloci e ridotto o nullo down-time per la manutenzione preventiva.
Saldatura Selettiva Laser
La compattazione in spazi ristretti, e talvolta all’interno di specifici “housing” delle schede elettroniche, crea spesso la necessità di dover saldare dei terminali, siano essi veri THT (ovvero passanti in un foro) oppure appoggiati su una piazzola FLAT, in zone oltremodo poco accessibili o vicine ad altri componenti già montati, oppure punti di saldatura particolarmente “affondati” all’interno dell’assieme stesso. In talune applicazioni industriali ed automotive, la scheda elettronica viene alloggiata all’interno del suo contenitore, dal quale fuoriescono una serie di terminazioni che, attraversando il circuito stampato in opportuni fori metallizzati, diventano veri e propri reofori da saldare.
Per fornire una soluzione a queste problematiche, Seica ha sviluppato la propria piattaforma di saldatura selettiva, FireFly Next Series, che adotta il LASER come sorgente di energia.
Il LASER, costituito da un fascio di onde elettromagnetiche aventi tutte una specifica lunghezza d’onda “collimato” – ovvero composto da flussi unidirezionali e paralleli – permette di veicolare l’energia in modo concentrato e ben definito in un punto.
La scelta della corretta lunghezza d’onda, permette di massimizzare il suo assorbimento da parte di alcuni materiali (nel caso della saldatura su schede elettroniche il metallo della lega e dei pad) ed al contempo di ostacolarlo per altri (il materiale non metallico di cui è composto il circuito stampato, FR4 o simili). In questo modo diviene possibile riscaldare e fondere il materiale di apporto, minimizzando il rischio di danneggiare il substrato dello stampato.
Grazie al LASER è quindi possibile veicolare l’energia in uno specifico punto senza necessitare di alcun contatto fra sorgente e destinazione, dosandola in modo opportuno (potenza e tempi) per ottimizzare il processo di saldatura al meglio.
La ricerca che Seica persegue da anni, ha permesso di sviluppare una struttura della propria testa di saldatura particolarmente evoluta che, partendo da una sorgente LASER LED, tramite un “beam shaper”, focalizza un fascio perfettamente verticale rispetto al circuito stampato, con un’impronta circolare “vuota” al centro.
Il risultato è quello di poter energizzare la corona circolare costituita dal pad senza correre il rischio di far transitare una porzione di energia attraverso il foro, ed evitare di danneggiare il componente sul lato opposto.
Sulla stessa testa saldante sono alloggiati:
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un pirometro, per la misura in tempo reale dell’emissione nel punto di saldatura;
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una telecamera, utile per allineare i fiducial del pezzo oltre che per vedere in tempo reale quanto accade su ogni singolo punto;
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un sensore per misurare la distanza fra sorgente LASER e scheda, per garantire precisione e ripetibilità di processo.
L’unità saldante è completata con un sistema di dispensazione del filo saldante proprietario Seica, ed incorpora una serie di accorgimenti per proteggere gli elementi ottici della testa saldante ed allungare gli intervalli di manutenzione.
Il sistema FireFly Next Series permette di alloggiare l’unità saldante rivolta verso l’alto oppure verso il basso e prevede un convogliatore a cinghia oppure la customizzazione dello stesso per una integrazione ideale con la linea e con la fabbrica. Quest’ultima risulta particolarmente efficace anche grazie ad una architettura software che non permette solamente di realizzare facilmente i programmi di saldatura, bensì crea una infrastruttura completa per la supervisione dell’intero processo, connessione con il MES e la raccolta dati di tracciabilità.
Saldatura Selettiva a Ferro Caldo
La saldatura cosiddetta “a ferro caldo” è probabilmente una della prime tecnologie di saldatura selettiva ed automatizza il processo tipicamente manuale di saldatura punto-punto, con l’ovvio scopo di velocizzarlo, ove possibile, ma soprattutto di renderlo maggiormente ripetibile e quindi qualitativamente migliore e costante.
I punti deboli di questo processo sono gli stessi esistenti per l’identica operazione manuale, quindi il fatto di avere un contatto fisico fra l’elemento saldante ed i pezzi, l’ossidazione del ferro saldante e la sua usura. Tutte problematiche ben conosciute, per risolvere le quali il sistema realizzato da Seica prevede tecnologie, materiali e soluzioni di rilievo.
La movimentazione dell’elemento saldante e del relativo dispensatore avviene a mezzo di un robot SCARA con 5 assi di libertà mentre la precisione di contatto è garantita da un Tip Position Corrector a 3 assi.
Il flussante contenuto all’interno del filo è ovviamente necessario per poter realizzare correttamente la saldatura, ma sappiamo che il suo comportamento, in relazione al suo riscaldamento ed attivazione, può essere causa del fenomeno detto “flux spatter”, ovvero la creazione di schizzi di flussante stesso che, staccandosi dal punto di saldatura, si vanno a depositare nelle aree circostanti, talvolta anche favorendo la creazione di solder ball.
La soluzione che il sistema prevede è un particolare “clean cut feeder” che prepara il filo mano a mano che viene svolto, in modo da permettere un uniforme riscaldamento del flussante affinché, nell’istante in cui viene liberato dal filo, più difficilmente possa essere causa di spatter.
Infine, un “cleaner” automatico permette di rimuovere le impurità, siano esse dovute ad ossidi che di altra natura, dall’estremità e dal corpo della punta saldante, per garantire la ripetibilità richiesta dalle produzioni in grandi volumi di qualità elevata.