por Gayle Towell
Me enorgullece compartir que mi reciente artículo técnico presentado en la APEX EXPO, titulado “Rethinking Area Ratio: A Physics-Based Model for Predicting Solder Paste Transfer Efficiency for Thin Stencils” (Reconsiderando la relación de área: un modelo basado en la física para predecir la eficiencia de transferencia de pasta de soldadura en plantillas delgadas), recibió el premio NextGen al mejor artículo. Además, estoy muy agradecido con AIM por brindarme el apoyo, el aliento y el espacio necesarios para explorar el tipo de cuestiones técnicas que dieron lugar a este trabajo.
Aplicar los conocimientos de física a la soldadura
Este premio reconoce el mejor artículo escrito por profesionales de la tecnología de la próxima generación con menos de cinco años de experiencia. A muchos les sorprende saberlo, pero solo llevo tres años en esta industria. Dicho esto, no es que haya llegado directamente de la escuela.
Tengo formación en matemáticas y física, y pasé años enseñando a estudiantes universitarios y dirigiendo laboratorios de física antes de pasar a la redacción técnica y, posteriormente, dar un giro hacia mi puesto actual en AIM. Debo decir que he encontrado un hogar ideal en el mundo de la soldadura para la fabricación de componentes electrónicos. Después de todo, está lleno de ciencia fundamental: mecánica, dinámica de fluidos, termodinámica, comportamiento de los materiales y más. También está lleno de variables de producción del mundo real que hacen que esos fundamentos sean complicados, interesantes y útiles.
Este artículo surgió de esa intersección entre los principios fundamentales y la fabricación práctica: un reto habitual en la impresión, una pregunta que no podía dejar de pensar y un análisis más detallado de la física que hay detrás.
Una observación que requiere explicación
En aplicaciones de impresión ultrafina, muchos han notado que las plantillas delgadas parecen requerir límites de relación de área más amplios de lo que sugerirían las pautas convencionales. El umbral habitual de 0,60 no es suficiente. Especialmente cuando el espesor de la plantilla desciende a 1-2 mil, se necesita un valor más alto para garantizar una transferencia confiable de la pasta.
Es bueno saberlo, pero me molestaba no poder explicarlo del todo por qué.
Mi instinto fue volver a los fundamentos del modelo de relación de área en sí mismo. La relación de área se deriva de un equilibrio de fuerzas: la fuerza que atrae la pasta de soldadura hacia la placa frente a la fuerza que la mantiene dentro de la abertura de la plantilla. Tradicionalmente, ese modelo considera la adhesión entre la pasta y la placa, y la adhesión entre la pasta y las paredes de la plantilla. Pero cuando observé el diagrama de fuerzas, noté que faltaba algo.
La fuerza de la gravedad.
¡La gravedad!
La gravedad puede parecer un factor menor en la impresión con estarcido, pero un rápido experimento mental nos ayuda a poner las cosas en perspectiva: imagina que realizaras el proceso de impresión al revés. ¿Esperarías obtener los mismos resultados? No. ¿Por qué? Por la gravedad.
Cuando todas las plantillas tenían un grosor similar, esto era fácil de pasar por alto. Sin embargo, las fuerzas adhesivas varían proporcionalmente al área de la superficie. La fuerza gravitacional varía proporcionalmente al volumen. Por lo tanto, cuando las plantillas comienzan a ser más delgadas, surge una discrepancia. Y una vez que se incluye la gravedad en el modelo, la discrepancia empieza a tener sentido: las plantillas más delgadas requieren relaciones de área más altas porque hay menos ayuda gravitacional que facilite la liberación de la pasta.
Surge un nuevo modelo
A partir de ahí, desarrollé una relación de fuerzas modificada que incorpora la fuerza gravitacional al modelo tradicional de relación de áreas. El resultado es un límite de la relación de área que depende del espesor de la plantilla, en lugar de un umbral único válido para todos los casos. En el artículo, apliqué el modelo a datos publicados existentes y descubrí que era consistente con las tendencias observadas en la eficiencia de transferencia para diferentes espesores de plantilla, tipos de pasta, diseños de aberturas y recubrimientos de plantilla.
Esa parte fue especialmente emocionante. No se trataba solo de un ejercicio teórico interesante. Explicaba algo que los profesionales ya habían observado y ofrecía un marco que, con el tiempo, podría servir de base para directrices más precisas sobre el diseño de plantillas para la impresión de pasta de soldadura ultrafina.
De la curiosidad a la orientación práctica
El hecho de que este trabajo haya ganado un premio fue un reconocimiento significativo de su valor potencial para la industria. Sin embargo, más que nada, considero que este artículo es un recordatorio de que incluso los retos familiares de la fabricación pueden beneficiarse de una nueva perspectiva sobre la ciencia subyacente.
La impresión de pasta de soldadura no es algo nuevo. El coeficiente de área tampoco es algo nuevo. Sin embargo, al plantearnos una pregunta básica de física y analizarla con detenimiento, aún podemos encontrar oportunidades para mejorar nuestra comprensión, perfeccionar las mejores prácticas y aportar algo útil a la industria.
Me siento agradecido de trabajar para una empresa que fomenta la curiosidad técnica y me da espacio para desarrollar todo mi potencial. Para mí, este proyecto es un claro ejemplo de cómo la ciencia fundamental, la experiencia práctica en fabricación y un poco de libertad intelectual pueden combinarse para crear algo útil.
Referencias
Härter, S., Niemann, J., Franke, J., Schake, J. y Whitmore, M. (2016). El efecto de la forma del área y la relación de área en el rendimiento de la impresión de pasta de soldadura. Actas de SMTA International, del 25 al 29 de septiembre de 2016, Rosemont, IL, EE. UU.
