par Gayle Towell
Je suis fier d'annoncer que mon récent article technique présenté à l'APEX EXPO, intitulé “ Rethinking Area Ratio: A Physics-Based Model for Predicting Solder Paste Transfer Efficiency for Thin Stencils ” (Repenser le rapport de surface : un modèle basé sur la physique pour prédire l'efficacité du transfert de pâte à souder pour les pochoirs fins), a remporté le prix NextGen du meilleur article. Je tiens par ailleurs à remercier l’AIM de m’avoir apporté son soutien, ses encouragements et la liberté nécessaire pour explorer les questions techniques qui ont conduit à ces travaux.
Mettre à profit ses connaissances en physique pour la soudure
Ce prix récompense le meilleur article rédigé par des technologues de la nouvelle génération comptant moins de cinq ans d’expérience dans le secteur. Beaucoup sont surpris de l’apprendre, mais je ne travaille dans ce secteur que depuis trois ans. Cela dit, je ne suis pas vraiment arrivé tout droit de l’école.
J'ai une formation en mathématiques et en physique et j'ai passé des années à enseigner à des étudiants de premier cycle et à diriger des laboratoires de physique avant de me tourner vers la rédaction technique, puis de rejoindre AIM. Je dois dire que j'ai trouvé ma place dans l'univers de la soudure pour la fabrication électronique. Après tout, ce domaine regorge de sciences fondamentales : mécanique, dynamique des fluides, thermodynamique, comportement des matériaux, et bien d’autres encore. Il est également riche en variables de production concrètes qui rendent ces principes fondamentaux à la fois complexes, intéressants et utiles.
Cet article est né de cette rencontre entre les principes fondamentaux et la pratique industrielle : un défi courant en matière d'impression, une question qui ne cessait de me préoccuper, et une analyse approfondie des principes physiques qui la sous-tendent.
Une observation qui mérite une explication
Dans les applications d'impression ultrafine, nombreux sont ceux qui ont remarqué que les pochoirs fins semblent nécessiter des limites de rapport de surface plus élevées que ne le suggèrent les recommandations habituelles. Le seuil bien connu de 0,60 n'est pas suffisant. En particulier lorsque l'épaisseur du pochoir descend à 1-2 mils, une valeur plus élevée est nécessaire pour garantir un transfert fiable de la pâte.
C'est bon à savoir, mais cela me dérangeait de ne pas pouvoir l'expliquer pleinement pourquoi.
Mon instinct m'a poussé à revenir aux fondements mêmes du modèle du rapport de surface. Le rapport de surface découle d’un équilibre des forces : la force qui attire la pâte à souder vers le circuit imprimé s’oppose à celle qui la retient à l’intérieur de l’ouverture du pochoir. Traditionnellement, ce modèle prend en compte l’adhérence entre la pâte et le circuit imprimé, ainsi que celle entre la pâte et les parois du pochoir. Mais lorsque j’ai examiné le diagramme des forces, j’ai constaté qu’il manquait quelque chose.
La force de gravité.
La gravité !
La gravité peut sembler être un facteur mineur dans l'impression au pochoir, mais une petite réflexion permet de remettre les choses en perspective : imaginez que vous réalisiez le processus d'impression à l'envers. Vous attendriez-vous aux mêmes résultats ? Non. Pourquoi ? À cause de la gravité.
Lorsque tous les pochoirs avaient une épaisseur similaire, ce phénomène passait facilement inaperçu. Cependant, les forces d’adhérence varient proportionnellement à la surface, tandis que la force gravitationnelle varie proportionnellement au volume. Ainsi, lorsque les pochoirs commencent à s’amincir, un écart apparaît. Et dès lors que la gravité est intégrée au modèle, cette divergence prend tout son sens : les pochoirs plus fins nécessitent des rapports de surface plus élevés, car la gravité contribue moins à faciliter le détachement de la pâte.
Un nouveau modèle voit le jour
À partir de là, j'ai développé une relation de force modifiée qui intègre la force gravitationnelle dans le modèle traditionnel du rapport de surface. Il en résulte une limite du rapport de surface qui dépend de l'épaisseur du pochoir, plutôt qu'un seuil unique valable pour tous les cas. Dans cet article, j'ai appliqué ce modèle à des données publiées existantes et j'ai constaté qu'il concordait avec les tendances observées en matière d'efficacité de transfert pour différentes épaisseurs de pochoir, différents types de pâte, différentes conceptions d'ouvertures et différents revêtements de pochoir.
Cette partie était particulièrement passionnante. Il ne s'agissait pas simplement d'un exercice théorique intéressant. Elle expliquait un phénomène que les professionnels avaient déjà observé et fournissait un cadre susceptible, à terme, d'étayer des recommandations plus précises en matière de conception de pochoirs pour l'impression de pâte à souder ultra-fine.
De la curiosité aux conseils pratiques
Le fait que ces travaux aient été récompensés constitue une reconnaissance significative de leur valeur potentielle pour le secteur. Mais avant tout, je considère cet article comme un rappel que même les défis bien connus du secteur manufacturier peuvent bénéficier d'un regard neuf sur les principes scientifiques sous-jacents.
L'impression de pâte à souder n'est pas une nouveauté. Le rapport de surface n'est pas non plus une nouveauté. Mais en posant une question fondamentale de physique et en l'étudiant attentivement, nous pouvons encore trouver des moyens d'améliorer notre compréhension, d'affiner les meilleures pratiques et d'apporter une contribution utile au secteur.
Je suis reconnaissant de travailler pour une entreprise qui encourage la curiosité technique et me donne la possibilité de m'épanouir. Pour moi, ce projet illustre parfaitement comment la science fondamentale, l'expérience pratique en matière de fabrication et un peu de liberté intellectuelle peuvent se conjuguer pour créer quelque chose d'utile.
Références
Härter, S., Niemann, J., Franke, J., Schake, J. et Whitmore, M. (2016). Influence de la forme et du rapport de surface sur les performances d'impression de la pâte à souder. Actes du congrès SMTA International, du 25 au 29 septembre 2016, Rosemont, Illinois, États-Unis.
