Rapporti con la stampa, comunicazione internazionale: Cosa offre la saldatura con profili sottovuoto?

Introduzione

Dopo che nelle prime due parti è stata descritta l’influenza delle variazioni di apertura e dell’utilizzo del sottovuoto sulla quantità e la percentuale di Voids negli elementi strutturali BTC (Bottom Terminated Components), nella terza parte illustreremo un ulteriore vantaggio dell’utilizzo mirato del sottovuoto. Sfruttando la distribuzione uniforme del vapore in un ambiente sottovuoto, abbiamo raggiunto dei miglioramenti significativi nel processo di saldatura tridimensionale di un elemento strutturale MIB (Molded Interconnect Devices/ dispositivo di interconnessione stampato ad iniezione).

Utilizzo della tecnologia MID

La tecnologia MID viene utilizzata soprattutto laddove sia richiesta una forte miniaturizzazione, una grande libertà di personalizzazione geometrica e una forte riduzione del numero di elementi in un insieme di componenti. A tal proposito, durante la concezione e lo sviluppo, le proprietà che normalmente verrebbero suddivise tra più componenti elettriche e meccaniche, vengono raggruppate in un’unica componente MID. Quindi nell’ambito del progetto comune IEKU di BMBF (Nr.: V3EAAS010) è stato creato un sistema intelligente di sensori di pressione con autosufficienza energetica e alloggiamento esterno dotato di tecnologia MID. Nella figura 1 (sinistra) sono riportati tutti i singoli passaggi dei vari processi della tecnologia LPKF-LDS^® durante la fabbricazione di un dispositivo di interconnessione stampato ad iniezione. Grazie all’alloggiamento MID, è stato possibile creare un sensore molto compatto e con un numero ridotto di componenti.

Alloggiamento 3D dotato di tecnologia MID

La forma tridimensionale dell’alloggiamento fa sì che i punti di contatto tra il dispositivo di interconnessione stampato ad iniezione e le schede siano posizionati su più livelli (figura 1, a destra).

Come si può notare nella figura 2, durante la fase vapore l’alloggiamento è stato saldato nella peggiore delle forme, cioè a coppetta. Negli impianti tradizionali il suddetto orientamento dell’elemento strutturale aveva come effetto una forte deviazione del mezzo durante la fase vapore. Da qui ne derivavano punti di saldatura scaldati con tempistiche diverse, perdita del mezzo fuori dall’impianto e un influsso negativo sul profilo di saldatura. Per analizzare questo effetto, è stato dapprima effettuato un test con un profilo di temperatura privo di piombo durante la fase vapore.

Test di saldatura durante la fase vapore senza prevuoto

Per effettuare il test di saldatura, come riportato nella figura 2 (sinistra), sono stati internamente applicati dei termoelementi sui diversi livelli di montaggio dei componenti, come anche sulla parte superiore ed inferiore del bordo dell’alloggiamento. Inizialmente sono stati registrati i profili di temperatura sull’elemento strutturale durante l’iniezione del fluido fluorurato in condizioni di pressione ambiente e successivamente nell’ambiente sottovuoto principale. Come riportato nella figura 2 (destra), nei risultati delle misurazioni si possono notare marcate differenze nelle varie velocità di riscaldamento. Queste marcate differenze nello sviluppo del calore sull’elemento strutturale, possono essere riconducibili a due cause principali: da un lato lo strato di vapore che si crea durante la fase vapore, si sposta dal basso verso l’alto e muovendosi apporta una distribuzione di calore differito lungo tutta l’altezza dell’alloggiamento; dall’altro, in queste condizioni, non è possibile rimuovere completamente l’aria dalla parte inferiore. Questi due effetti influenzano temporalmente lo sviluppo dei gradienti di calore e quindi anche il comportamento di riscaldamento dell’elemento strutturale.

Tentativo di saldatura durante la fase vapore con prevuoto

Nel successivo passaggio di controllo, il test è stato ripetuto con lo stesso orientamento dell’elemento strutturale e identiche posizioni dei sensori, ma con l’utilizzo del prevuoto. All’inizio del processo di saldatura è stato creato un ambiente di prevuoto da 100 mbar e iniettato il fluido fluorurato. I valori di misurazione nella figura 3 riportano uno sviluppo di calore decisamente più uniforme sulle diverse parti degli elementi strutturali durante la fase vapore in ambiente sottovuoto. Questo permette un passaggio dalla fase liquida su diversi livelli di montaggio dei componenti.

Distribuzione del vapore del fluido fluorurato nella camera di processo

In un ambiente sottovuoto, durante la fase di preriscaldamento e di saldatura, invece di formarsi un fronte di vapore tendente verso l’alto, il vapore del liquido fluorurato si distribuisce uniformemente in tutta la camera di processo. In questo modo viene aggirato lo svantaggio del divario di temperatura negli impianti per la fase vapore tradizionali (più vicini si è alla fonte di calore, prima si riscalda) e negli impianti a convezione (più vicina è la fonte di calore, più velocemente e con temperatura più alta si riscalda). Ciò è possibile grazie alla mancanza di grandi masse d’aria da spostare e a una diffusione più rapida delle molecole gassose nell’ambiente disteso. Questi effetti condizionano positivamente il profilamento del processo di saldatura e quindi anche la qualità del punto di saldatura.

 Riepilogo

Attraverso l’utilizzo della saldatura durante la fase vapore combinata con un ambiente sottovuoto, oltre ad una riduzione del numero di Void, è possibile rimediare anche a divergenze dei profili di temperatura dovute all’impostazione geometrica. Come già riportato durante la misurazione del profilo di temperatura sull’alloggiamento MID, l’utilizzo del prevuoto ci ha permesso un notevole avvicinamento dei gradienti di riscaldamento su tutti i punti di misurazione e il piccolo Delta T, dovuto alla saldatura in fase vapore nella temperatura più alta, è stato mantenuto. Inoltre l’applicazione del prevuoto permette un riscaldamento più veloce ed omogeneo di insiemi di componenti con una massa termica più alta. Riassumendo, si può concludere che la saldatura sottovuoto durante la fase vapore rappresenti un ulteriore parametro molto flessibile per la valutazione di un profilo di saldatura ottimale, che inoltre evita la deviazione del liquido fluorurato in caso di lavorazione di elementi strutturali a forma di coppetta.