por Gayle Towell
Tenho orgulho de compartilhar que meu recente artigo técnico apresentado na APEX EXPO, intitulado “Repensando a Relação de Área: Um Modelo Baseado em Física para Prever a Eficiência de Transferência da Pasta de Solda em Estênceis Finos”, recebeu o Prêmio NextGen de Melhor Artigo. Além disso, sou muito grato à AIM por me dar o apoio, o incentivo e a liberdade para explorar o tipo de questões técnicas que levaram a este trabalho.
Aplicando conhecimentos de Física à soldagem
Este prêmio reconhece o melhor artigo escrito por profissionais da área de tecnologia de última geração com menos de cinco anos de experiência. Muitos ficam surpresos ao saber disso, mas estou neste setor há apenas três anos. Dito isso, não entrei exatamente logo após terminar a faculdade.
Tenho formação em matemática e física e passei anos lecionando para alunos de graduação e coordenando laboratórios de física antes de migrar para a redação técnica e, posteriormente, assumir minha função na AIM. Devo dizer que encontrei meu lugar ideal no mundo da soldagem para a fabricação de eletrônicos. Afinal, esse campo está repleto de ciência fundamental: mecânica, dinâmica dos fluidos, termodinâmica, comportamento dos materiais e muito mais. Também está repleto de variáveis de produção do mundo real que tornam esses fundamentos complexos, interessantes e úteis.
Este artigo surgiu dessa interseção entre os princípios fundamentais e a fabricação prática: um desafio comum na impressão, uma questão na qual eu não conseguia parar de pensar e uma análise mais detalhada da física por trás disso.
Uma observação que precisa de explicação
Em aplicações de impressão ultrafina, muitos observaram que os estênceis finos parecem exigir limites de relação de área maiores do que as orientações convencionais sugerem. O conhecido limite de 0,60 não é suficiente. Especialmente quando se chega a espessuras de estêncil de 1 a 2 mil, é necessário um valor mais alto para garantir uma transferência confiável da pasta.
É bom saber disso, mas me incomodava não conseguir explicar completamente por que.
Meu instinto foi voltar aos fundamentos do próprio modelo de razão de área. A relação de área é derivada de um equilíbrio de forças: a força que puxa a pasta de solda para a placa contra a força que a mantém dentro da abertura do estêncil. Tradicionalmente, esse modelo leva em conta a adesão entre a pasta e a placa, e a adesão entre a pasta e as paredes do estêncil. Mas, quando analisei o diagrama de forças, percebi que faltava algo.
A força da gravidade.
Gravidade!
A gravidade pode parecer um fator de pouca importância na impressão com estêncil, mas um rápido exercício mental ajuda a colocar as coisas em perspectiva: suponha que você fizesse o processo de impressão de cabeça para baixo. Você esperaria os mesmos resultados? Não. Por quê? Por causa da gravidade.
Quando todos os estênceis tinham espessura semelhante, era fácil não perceber isso. No entanto, as forças de adesão variam proporcionalmente à área da superfície. A força gravitacional varia proporcionalmente ao volume. Assim, quando os estênceis começam a ficar mais finos, surge uma discrepância. E, uma vez que a gravidade é incluída no modelo, a discrepância começa a fazer sentido: estênceis mais finos exigem maiores relações de área, pois há menos auxílio gravitacional para facilitar a liberação da pasta.
Surge um novo modelo
A partir daí, desenvolvi uma relação de força modificada que incorpora a força gravitacional ao modelo tradicional de razão de área. O resultado é um limite de relação de área dependente da espessura do estêncil, em vez de um único limite único para todos os casos. No artigo, apliquei o modelo a dados já publicados e constatei que ele era consistente com as tendências observadas de eficiência de transferência em diferentes espessuras de estêncil, tipos de pasta, projetos de abertura e revestimentos de estêncil.
Essa parte foi especialmente empolgante. Não se tratava apenas de um exercício teórico interessante. Isso explicava algo que os profissionais já haviam observado e fornecia uma estrutura que poderia, no futuro, servir de base para orientações mais precisas sobre o projeto de estênceis para a impressão de pasta de solda ultrafina.
Da curiosidade à orientação prática
O fato de este trabalho ter recebido um prêmio foi um reconhecimento significativo de seu valor potencial para o setor. Acima de tudo, porém, vejo este artigo como um lembrete de que mesmo os desafios já conhecidos da indústria podem se beneficiar de um novo olhar sobre a ciência subjacente.
A impressão de pasta de solda não é novidade. A razão de área também não é novidade. Mas, ao fazer uma pergunta básica de física e analisá-la cuidadosamente, ainda podemos encontrar oportunidades para aprimorar nosso entendimento, refinar as melhores práticas e contribuir com algo útil para o setor.
Sou grato por trabalhar em uma empresa que incentiva a curiosidade técnica e me dá espaço para desenvolver meu potencial. Para mim, esse projeto é um exemplo claro de como a ciência básica, a experiência prática em fabricação e um pouco de liberdade intelectual podem se unir para criar algo útil.
Referências
Härter, S., Niemann, J., Franke, J., Schake, J. e Whitmore, M. (2016). O efeito da forma da área e da relação de área no desempenho da impressão de pasta de solda. Anais da SMTA International, 25 a 29 de setembro de 2016, Rosemont, IL, EUA.
