Guida allepastesaldanti

2

Da molti anni Nordson EFD crea nuove formule, produce edistribuisce paste saldanti SolderPlus® per dosatura, paste saldantiSolderPlus® per serigrafia e paste flussanti FluxPlus™ a una clientelasparsa in tutto il mondo.

Le paste Nordson sono fabbricate in conformità ai più rigidistandard di qualità e garantiscono ai clienti un'eccezionaleomogeneità tra un lotto e l'altro e una notevole efficienza.

Le formule con cui sono realizzate le paste saldanti Nordson EFDSolderPlus® sono specifiche per la dosatura e garantiscono unrendimento ineguagliabile. Assieme alle soluzioni per dosaturaNordson EFD, assicurano una resa eccezionale.

Questo documento illustra i concetti fondamentali delle pastesaldanti. Numerose sono le scelte possibili per le formule delle pastesaldanti, ma le paste saldanti Nordson EFD per applicazionigeneriche soddisfano i requisiti della maggior parte degli usi.

Per requisiti particolari, Nordson EFD propone una vasta gamma diformule specialistiche. Per scoprire la pasta saldante più adatta allavostra applicazione, rivolgetevi a un rappresentante specializzatoNordson EFD per ottenere un consulto gratuito.

La scelta della pasta saldante corretta

3

4

Nella scelta di una lega saldante, quattro sono le considerazioni piùimportanti: contenuto di piombo, temperatura di fusione, dimensionedelle particelle di polvere della lega e resistenza delle giunzioni.

Il contenuto di piombo, la temperatura di fusione e la resistenza ingenere vengono valutati contemporaneamente. Il grafico delle leghe(Figura 1) contiene dati statistici su fusione e resistenza e lacomposizione di 18 tipiche leghe saldanti.

A temperature inferiori al "solidus", la lega è totalmente solida. Atemperature superiori al "liquidus", la lega è totalmente liquida. Atemperature intermedie, la lega assume uno stato plastico, nétotalmente solido né totalmente liquido, con resistenza prossima allozero. Per una bagnatura ottimale, occorre una temperatura di picco dialmeno 15 °C superiore al liquidus. Se un giunto da saldare deverimanere fisicamente integro durante un'operazione successiva, adesempio un secondo processo di rifusione, la temperatura di piccodell'operazione successiva deve essere inferiore a quella del solidusdella prima lega.

I valori di resistenza alla trazione della lega saldante indicati sono validia 25 °C a una determinata velocità di deformazione per un particolareinvecchiamento del campione di lega. La resistenza alla trazione siriduce all'aumento della temperatura. In prossimità del solidus, laresistenza alla trazione si avvicina allo zero.

Quando si utilizzano i valori della resistenza per effettuare una scelta,tali valori costituiscono un utile termine di confronto per determinare seuna lega è migliore di un'altra. A questi va aggiunto un fattore 2 osuperiore come margine di sicurezza per la variabilità della giunzione eper compensare eventuali imprecisioni nel valore della resistenza allatrazione riportato. Occorre, inoltre, tenere presente che le leghe consolidus maggiore sono più resistenti ad elevate temperature. Esempio:A 210 °C la lega Sn95 Ag5, il cui solidus è 221 °C, è più debole dellalega Sn5 Pb95, il cui solidus è 308 °C, anche se la resistenza allatrazione della lega Sn95 Ag5 a 25 °C è maggiore.

Una volta scelta la lega, l'elemento successivo da valutare è ladimensione delle particelle. Il grafico delle dimensioni delle polveri(Figura 2) confronta le dimensioni delle particelle con i tipici requisiti didosatura e stampaggio. Le dimensioni indicate per forme ad ala digabbiano, circolari e quadrate e le dimensioni dei punti di dosaturarappresentano il valore minimo consigliato per le polveri. Se il valore èpiù piccolo, per l'applicazione deve essere utilizzata una polvere con lasuccessiva dimensione più piccola.

L'uso di polveri troppo grosse implica difficoltà di dosatura estampaggio, che possono comprometterne la qualità. L'uso di polveripiù sottili implica costi superiori.

1. La scelta della lega

Le caratteristiche delle leghe devono essere attentamente valutate per determinare la lega più adattaa soddisfare tutti i requisiti del prodotto.

5

Grafico delle leghe

Lega: Solidus (°C)

Liquidus (°C)

Resistenzaalla trazione

(psi

Senzapiombo

Sn42 Bi57.6Ag0.4

137 139 4641 4

Sn42 Bi58 138 8000 4

Sn43 Pb43 Bi14 144 163 6120

Sn62 Pb36 Ag2 179 189 6700

Sn63 Pb37 183 6700

Sn60 Pb40 183 191 6200

Sn96.5 Ag3.0Cu0.5

217 219 8900 4

Sn96.3 Ag3.7 221 8900 4

Sn95 Ag5 221 245 10100 4

Sn100 MP 232 1800 4

Sn99.3 Cu0.7 227 n/a 4

Sn95 Sb5 232 240 5900 4

Sn89 Sb10.5Cu0.5

242 262 12000 4

Sn90 Sb10 250 257 n/a 4

Sn10 Pb88 Ag2 268 290 4900

Sn10 Pb90 275 302 4600

Sn5 Pb92.5Ag2.5

287 296 4210

Sn5 Pb95 308 312 4190

Grafico delle dimensioni delle polveri

DimensioniTipo

Dimensionidelle polveri(micron)

Ala digabbianoDistanza diseparazione

(mm)

Aperturaquadrata/circolare(mm)/(pollici)

Diametropunti didosatura(mm)/(pollici)

II 45-75� 0.65 / 0.025 0.65 / 0.025 0.80 / 0.030

III 25-45� 0.50 / 0.020 0.50 / 0.020 0.50 / 0.020

IV 20-38� 0.30 / 0.012 0.30 / 0.012 0.30 / 0.012

V 15-25� 0.20 / 0.008 0.15 / 0.006 0.25 / 0.010

VI 5-15� 0.10 / 0.004 0.05 / 0.002 0.10 / 0.004

Figura 1

Figura 2

6

Sia le specifiche che gli usi industriali hanno contribuito alle attualiconvenzioni di denominazione dei flussanti. La convenzione inquesto settore comprende cinque categorie basilari di flussanti tracui scegliere: R, RMA, RA, NC e WS. Il riepilogo seguente spiegal'impatto delle specifiche sulle categorie.

Esistono quattro categorie di flussante tra cui scegliere, comedefinito dalla specifica militare QQ-S-571E:

• R (Rosin, cioè colofonia)• Colofonia o RMA (Resin Mildly Activated)• Colofonia o RA (Resin Activated)• Non colofonia o non resina, che in genere nel settore sono

denominate WS (Water Soluble, cioè idrosolubili).

Ogni categoria di flussante è disponibile in vari livelli di attività; ilimiti di ogni tipo sono definiti da risultati di appositi test.

Anche l'IPC ha un sistema di classificazione dei flussanti. Il sistemautilizza quattro caratteri per descrivere il flussante, come indicatonello standard J-STD-004. Questi quattro caratteri descrivono ilprodotto considerando il tipo di materiale (ad es. colofonia einorganico), con un'approssimazione del livello di attività e delcontenuto di alogenuri. Esempio: una pasta saldante colofonicasenza alogenuri con bassa attività è classificata ROL0. RO sta perRosin (colofonia), la L (Low) indica una bassa attività e il numero 0indica l'assenza di alogenuri rilevabili.

Tipo di flussante:• RO: Rosin (colofonia)• OR: Idrosolubile

Livello di attività:• Basso (Low): L• Medio: M• Alto (High): H

Alogenuri rilevabili• No: 0• Sì: 1

Lo standard dell'IPC, inoltre, ha aggiunto la categoria di flussanteNC (No Clean). Questa nuova categoria di flussante è definita dalresiduo non appiccicoso e dalla conformità al test SIR (SurfaceInsulation Resistance), che valuta la resistenza all'isolamentosuperficiale a 1 x 108 Ω.

Ognuna delle cinque categorie di flussante può essere descrittabrevemente denotandone l'attività, le qualità fisiche dei residui e imetodi di pulizia utilizzabili per rimuovere il flussante.

Il flussante R (Rosin o colofonia) è costituito da colofonia esolvente. La colofonia ha un'attività molto bassa ed è adatta soloper superfici pulite e facilmente saldabili. La classificazione IPCgeneralmente è ROL0. Il residuo R è duro, non corrosivo, nonconduttivo e può essere lasciato su molti prodotti assemblati. Ilresiduo può essere rimosso con un solvente adeguato.

Il flussante NC (No Clean) è costituito da colofonia, solvente e unapiccola quantità di attivatore. Il flussante NC generalmente presentaun'attività da bassa a moderata ed è adatto a superfici facilmentesaldabili. La classificazione IPC generalmente è ROL0 o ROL1.

2. Scelta del tipo di flussante

È necessario identificare i tipi di flussante che rappresentano scelte valide. Questo processo vieneeffettuato per eliminazione, scartando i flussanti con caratteristiche inadatte.

7

Il residuo di flussante NC è pulito, duro, non corrosivo, nonconduttivo, ed è progettato per poterlo lasciare in molti tipi diprodotti assemblati. Il residuo può essere rimosso con un solventeadeguato. Alcuni flussanti NC sono più difficili da rimuovererispetto ai flussanti RMA.

Il flussante RMA (Rosin Mildly Activated) è costituito da colofonia,solvente e una piccola quantità di attivatore. Il flussante RMAgeneralmente presenta un’attività piuttosto bassa ed èparticolarmente adatto a superfici facilmente saldabili. Laclassificazione IPC generalmente è ROL0, ROL1, ROM0 o ROM1. Ilresiduo di flussante RMA è pulito e morbido. Per lo più non ècorrosivo e non conduttivo. I requisiti di pulizia si basanosull'attività del flussante e sul prodotto su cui è utilizzato. Moltiflussanti RMA superano il test SIR come flussanti NC. Il residuopuò essere rimosso con un solvente adeguato.

Il flussante RA (Rosin Activated) è costituito da colofonia, solventee attivatori aggressivi. Il flussante RA ha un'attività simile o piùelevata del flussante RMA per superfici moderatamente onotevolmente ossidate. La classificazione IPC generalmente èROM0, ROM1, ROH0 o ROH1. Il residuo del flussante RA èconsiderato corrosivo. I prodotti sensibili alla corrosione oall'eventualità di conduzione elettrica attraverso il residuo devonoessere puliti immediatamente dopo l'assemblaggio. Il residuo puòessere rimosso con un solvente adeguato.

Il flussante WS (Water Soluble o idrosolubile) è costituito da acidiorganici, tissotropo e solvente. Il flussante WS presenta un'attivitàestremamente variabile, dall'assenza totale di attività a un'attivitàmolto elevata per la saldatura delle superfici più difficili, ad esempiol'acciaio inox. Data l'estrema variabilità dell'attività del flussanteWS, occorre valutare attentamente le specifiche del prodotto perevitare rischi di corrosione e conduttività elettrica. Laclassificazione IPC normalmente comincia con OR (organico). Ilivelli di attività sono L, M, H e il contenuto di alogenuri è 0 o 1. Perdefinizione, il residuo può essere rimosso con acqua.

Grafico comparativo dei flussanti

Il grafico comparativo dei flussanti illustra graficamente il tipicointervallo di attività di ogni categoria di flussante e gli intervalli diattività rapportati tra loro. Si noti che i livelli di attività sisovrappongono nei vari gruppi di flussante.

Matrice della saldabilità

Finitura RMA RA WS NCAttivitàelevataWS

Aluminio 6 6 6 6 6Rame al berillio 4 4 4 4 6Ottone % 4 % % 4Bronzo % 4 % % 4Cadmio 4 4 4 s 6Cromo non saldabile

Rame 4 4 4 4 6Acciaio galvanizzato 6 s s 6 4Oro 4 4 4 4 6Kovar s 4 4 6 6Magnesio non saldabile

Acciaio dolce 6 s 6 6 4Monel 6 s s 6 4Nichelcromo 6 6 6 6 4Nichel 4 4 4 s 6Ferro al nichel / Alloy42 s 4 s 6 4Argento al nichel 4 4 4 s 6Palladio 4 4 4 4 6Platino 4 4 4 4 6Argento 4 4 4 4 6Solder Plated 4 4 4 4 6Acciaio inox 6 6 6 6 %Stagno 4 4 4 4 6Titanio non saldabile non saldabile

Zinco 6 s s 6 4

Legenda: 4 consigliato s superfici bagnate pulite

6 non consigliato % specifica della lega

La matrice della saldabilità mostra la compatibilità dei vari tipi diflussante con i metalli comuni. Per l'ottone, il bronzo e l'acciaio inoxesiste una sufficiente varietà di composti in lega, per cui occorreverificare attentamente il tipo di flussante da utilizzare.

8

3. Caratteristiche particolari dei flussanti

Nella scelta di una pasta è opportuno valutare determinati requisiti, ad esempio la difficile saldabilitàdelle superfici, le condizioni di rapida rifusione, i metodi di pulizia e il riempimento dei vuoti nellagiunzione.

L'ultimo fattore da considerare per la scelta della pasta saldantedefinitiva implica la valutazione di ulteriori particolari caratteristiche.Due formule di flussante possono presentare rendimenti moltodiversi, anche se appartengono alla stessa classe QQ-S-571E e J-STD-004. Per ovviare a problemi tecnici di assemblaggio irrisolvibilicon altre forme di saldatura, è possibile adoperare paste saldanticon caratteristiche specifiche. Di seguito sono riportati alcuniesempi delle caratteristiche del flussante da cui dipende ilrendimento di una pasta saldante.

Ridotta contrazione: La contrazione della pasta saldante dopo ladeposizione per ridurre al minimo la perdita di definizione. Questacaratteristica è importante quando i supporti sono molto vicini edesiste il rischio che si creino ponti.

Residuo limitato: Il residuo di flussante rimane limitato nellaconcavità della saldatura dopo la rifusione. Questa caratteristica èparticolarmente importante nelle formule di NC laddove la giunzioneè visibile o la diffusione del flussante nelle zone circostanti puòcostituire un problema.

Assenza di alogenuri: Le paste saldanti prive di alogenuriappartengono alla classe dello standard IPC J-STD-004A che ha 0come quarto carattere. Esempio: ROL0. Gli alogenuri sono reperibiliin alcuni attivatori di flussanti. Sono utili per la rimozione degli ossidia causa del loro stato energetico elevato. Gli alogenuri sonomateriali che contengono un alogeno: cloruro, bromuro, fluoruro oioduro.

Residuo scarso: La quantità di flussante residuo dopo la rifusione èminore rispetto alle normali paste saldanti. Il flussante iniziale èminore o una percentuale maggiore evapora come parte delprocesso di rifusione.

Difficoltà di saldatura delle superfici: I metalli di difficile bagnaturae le superfici notevolmente ossidate possono richiedere un flussantepiù attivo o differenti attivatori per operare più efficacemente sul tipodi metallo da saldare. I componenti invecchiati, le finiture al piombo,ad esempio Alloy42 e simili, devono essere oggetto di particolarivalutazioni per la scelta di flussanti alternativi.

Riempimento degli spazi vuoti e/o superfici verticali: Il flussanteè progettato per tenere in posizione la lega fino al raggiungimentodel liquidus. Queste formule sono adatte per il riempimento di spazivuoti e di fori e per la saldatura di giunzioni su superfici verticali.

Nota: Sui circuiti stampati, la realizzazione di ponti forzati tra duesupporti adiacenti in luogo di una resistenza da 0 Ohmgeneralmente non riesce.

9

Riflusso rapido: Termine utilizzato per indicare che la pastasaldante si scalda in meno di 5 secondi. Una pasta saldante arapida rifusione non schizza quando si riscalda in 0,25 secondi. Itipici metodi di rifusione rapida sono rappresentati dalla saldatura allaser, a stilo, a impulsi elettrici e a induzione.

Immersione o pin transfer: Tecnica di applicazione con cui ilsaldante viene applicato immergendo un componente o un piedinonella pasta saldante. Al componente si applica uno strato sottile euniforme di pasta saldante. Questa tecnica è utile per l'applicazionedel saldante a prodotti generalmente inadatti allo stampaggio o alladosatura, ad esempio matrici di piedini.

24 ore: La durata dell'azione della pasta per stampaggio. Èprogettata per l'uso fino a 24 ore prima del decadimento dellastampa per inizio dell'essiccamento.

Bassa formazione di vuoti: IPC-7097A è la specifica perl'implementazione di processi di progettazione e assemblaggio dicartucce portaprocessori (BGA). I criteri di ispezione di BGA (BallGrid Array) e microBGA spesso richiedono una formazione di vuotiinferiore al 20%. Una pasta saldante a bassa formazione di vuoti ènecessaria per adempiere ai limiti molto rigidi relativi allaformazione dei vuoti per l'assemblaggio di prodotti di classe 3

10

Questa guida descrive i punti più importanti nella scelta di una pastasaldante. Esistono, tuttavia, altri dettagli relativi al rendimento delleleghe e dei flussanti che non sono stati considerati ma che possonorivelarsi particolarmente importanti nel processo di scelta della pastasaldante. È sempre opportuno rivolgersi al rappresentantespecializzato Nordson EFD per esaminare i requisiti e accertarsi discegliere la pasta saldante più adatta alle proprie esigenze.

L'obiettivo dell'operazione di assemblaggio è ottimizzare la qualità eil ritmo di produzione. La qualità si ottimizza scegliendo un flussanteche garantisce le migliori prestazioni con i materiali, le formegeometriche e i processi di riscaldamento impiegati nellarealizzazione di un prodotto. La produttività si ottimizza scegliendoun prodotto saldante che accelera al massimo il processo dilavorazione. Il compito di chi realizza formule per paste saldanticonsiste nella creazione di prodotti che forniscono il migliorecompromesso per entrambe le esigenze.

Al di là di quanto trattato in questa guida, rimangono molti dettaglida valutare nella scelta della lega e del flussante. Esistono differenzenelle caratteristiche della bagnatura, della deformazione delleplastiche e negli effetti della contaminazione delle leghe durante ilprocesso di saldatura che possono influire notevolmente sulla sceltadella pasta saldante. In definitiva, non tutte le paste saldanti createsono uguali, a differenza di quanto possa sembrare.

Con decenni di esperienza nella dosatura di fluidi di precisione enella creazione di formule per paste saldanti, Nordson EFD proponeun'ampia gamma di prodotti saldanti con un'eccezionaleomogeneità tra un lotto e l'altro, comprendente alcune delle pasteper dosatura più efficaci del settore.

Conclusioni

11

™

Per l’assistenza applicativa o per un sistema inprova gratuita in Italia chiamare 800.240330.

EFD è presente in oltre 30 paesi con reti di vendita e assistenza. Per maggiori informazioni, visitare il sitowww.nordsonefd.com

EFD International Inc., é una societá del gruppo NordsonCentro Direzionale Milano Oltre, Palazzo Tintoretto, Via Cassanese, 224, 20090 Segrate MI

Tel.: +39 02.216684456 Fax: +39 02.21871558italia@nordsonefd.com www.nordsonefd.com

Il disegno dell’onda è marchio di Nordson Corporation.©2012 Nordson Corporation 110812