El proceso de dispensado de
pegamento, también llamado
adhesivado, es parte vital de la técnica de
montaje de componentes electrónicos SMD sobre el lado de
soldadura por ola de una placa de circuitos. Este
adhesivado se lleva a cabo antes de la colocación de los
componentes SMD y la función de las gotas de pegamento
es mantener adheridos los SMD a la placa hasta tanto
hallan sido soldados mediante un baño de ola. Para ello
luego de ser colocados los SMD y previo a la soldadura
tiene lugar el proceso de curado. |
Características de un
adhesivo SMD: La mayoría de los adhesivos
usados para montaje superficial son del tipo
epoxi por lo que deben ser almacenados en refrigerador (aprox. 5ºC) para prolongar su vida útil. |
Algunas de las propiedades
deseadas son: |
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buena dispensabilidad
:: perfil y tamaño de gota consistente
:: alta solidez(resistencia fuerza) tanto fresco como ya curado
:: curado rápido
:: flexibilidad y resistencia a shocks térmicos
:: permitir el dispensado a alta velocidad y tamaños muy pequeños de gota
:: excelentes propiedades eléctricas sobre la placa una vez curado
:: no debe hacerse ni dejar hilos
:: la gota no debe desplomarse durante el ciclo térmico de curado
:: colores que resalten sobre el substrato. Son muy comunes el rojo, naranja y amarillo
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| La resistencia mecánica de la juntura es crítica para la performance de un adhesivo SMD y está determinado por: |
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grado de adhesión al componente y a la PCB
:: tamaño y forma de la gota
:: nivel de curado
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| Por otro lado las principales causas de falla son: |
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curado inadecuado
:: volumen de gota inadecuado
:: nivel de adherencia pobre o malo
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| Características de una
buena gota: El cómo se formará la gota y el
tamaño y perfil resultante es determinado por las
características reológicas del mismo,
que son las que describen sus propiedades de
viscosidad y tensión
superficial. |
Los adhesivos para SMD están
diseñados para ser tixotrópicos y esta condición también determinará su forma. La característica tixotrópica es la que le confiere la capacidad de disminuir la viscosidad al hallarse bajo presión permitiendo un buen flujo, mas cuando el adhesivo alcanza la PCB rápidamente se reestructura y recobra su viscosidad original. |
Un ejemplo doméstico de un producto tixotrópico es la pasta dental, la cual fluye al presionar el envase pero que sin embargo queda firme una vez sobre el cepillo. |
La gota debe ser de forma cónica,
con pico o redonda hemisférica. No obstante el perfil
también es determinado por el volumen dosificado, el
diámetro de la boquilla y la distancia de la misma
respecto de la placa, por lo que para un mismo volumen
dosificado y jugando con estos parámetros es posible
lograr gotas flacas y altas hasta bajas y gordas,
condicionado esto a que el tamaño final de la gota (una
vez colocado el componente) no puede tener un diámetro
mayor que la distancia entre PAD´s (islas de soldadura)
y que la altura debe ser suficiente como para cubrir el
espacio entre la PCB y el componente, lo cual según el
componente oscila entre los 0,05mm y
los 0,3mm. |
La relación ancho/altura de la gota
es tipicamente de 1,5:1 a
5:1 (o alto/ancho=0,2 a 0,6). |
Sistemas de
dosificación: Básicamente las máquinas adhesivadoras para SMD se componen de: |
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un sistema de transporte y posicionamiento de las placas de circuito
:: un par de ejes de posicionamiento X e Y que posicionan al cabezal sobre la placa
:: un eje Z (sobre el cual se halla montado el cabezal dosificador)
:: uno o más cabezales dosificadores
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| Los ejes X e Y se van posicionando en las coordenadas programadas de antemano en la computadora que posee el sistema, y una vez en posición descenderá el eje Z llevando consigo al cabezal dosificador. Un sensor solidario a Z hará contacto con la placa y esta señal activará la dosificación de una gota de adhesivo en esta coordenada. |
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Z vuelve a subir y así
sucesivamente mediante nuevas coordenadas de X e Y se
irá completando el número de gotas programadas para
dicha placa de circuito. La capacidad de una máquina
adhesivadora de este tipo se mide en gotas por
hora o dph (dots per hour).
Dependiendo del número de cabezales por máquina y de la
tecnología de los mismos se pueden hallar en el mercado
dispensadoras que van desde las 3000dph
hasta 140.000dph, sujeto esto también a
la aplicación específica a desarrollar.
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Dentro de estos métodos llamados
de contacto debido al sensor de Z existen 3 diferentes métodos de dosificación que se detallan a continuación con sus ventajas y desventajas: |
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Método de "presión-tiempo": Consiste en una jeringa o cartucho hermético conteniendo el adhesivo y conectado a una fuente de aire comprimido a través de una electroválvula. El volumen dosificado dependerá de la presión de aire y del tiempo que éste se aplique a la jeringa. También dependerá del diámetro de la boquilla por la que saldrá el adhesivo y de la distancia respecto de la placa.
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| Ventaja: Fácil operación y preparación, limpieza simple. |
Desventaja: Mala repetibilidad. Se ve afectado por cambios de nivel en la jeringa y por cambios de la viscosidad del adhesivo. |
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Método de "bomba
a tornillo": Este sistema se basa en el
tornillo de Arquímedes y es uno de los denominados de
desplazamiento positivo. En este caso
la jeringa que contiene el adhesivo es presurizada en
forma permanente y el pegamento inyectado en una cámara
que contiene el tornillo de la bomba.
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El eje de dicho tornillo se halla solidario a un embrague electromagnético que al actuar lo une a un motor que se halla girando a velocidad constante. Mediante un encoder se determina el número de giros dados por el tornillo lo cual se traduce en volumen de adhesivo desplazado. El tornillo se detiene al desactivar el embrague electromagnético. |
Ventaja: Buena repetibilidad (±5%)y buen desempeño con diferentes adhesivos |
Desventaja: Mayor costo del sistema y mayor complejidad a la hora de la limpieza. |
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Método "bomba
lineal": También de desplazamiento
positivo esta bomba posee una cámara que es alimentada
por una jeringa presurizada como en el caso anterior. Al
momento de dosificar una válvula cierra la entrada de
pegamento y abre la salida a la boquilla dispensadora.
Dentro de esta cámara se halla un pistón que al avanzar
un determinado largo desplaza una cantidad exacta de
adhesivo que es dispensado sobre la placa.
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Ventaja: Mayor repetibilidad, insensibilidad a los cambios de viscosidad. |
Desventaja: Más caro pero no más rápido que otros sistemas. |
Los métodos de contacto antes descriptos se ven limitados en velocidad, ya que para compensar variaciones de altura una aguja de contacto debe tocar la placa en cada coordenada con el consiguiente movimiento del eje Z y sus tiempos de posicionamiento. |
Más aún se complica cuando la placa a adhesivar requiere una variedad de tamaños de gota que exceden el rango determinado por el diámetro de boquilla y el distanciador. En estos casos puede verse que aparecen máquinas con más de un cabezal para poder cubrir todos los rangos de tamaño de gota. |
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Método
"sin-contacto": Relativamente novedoso
este sistema no posee sensor de altura ni eje Z,
eliminándose así los correspondientes tiempos de sensado
y posicionamiento, lo que permite a los ejes X e Y
trabajar a mayor velocidad. Esta tecnología de
dispensado por chorro conocida como
jetting se basa en la inyección del adhesivo
dentro de una cámara donde es atemperado para lograr la
viscosidad óptima. Luego un diseño de bola y
asiento permite al adhesivo ocupar el espacio
dejado por la bola al retirarse del asiento. Cuando la
bola regresa la fuerza debida a la aceleración vence el
flujo del adhesivo, el cual es proyectado a través de la
boquilla hasta chocar contra la placa y formar así una
gota de adhesivo.
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Esto se lleva a cabo desde una altura de 1 a 3,5mm de la placa. Para gotas de mayor tamaño el sistema puede dispensar hasta 5 gotas sobre la misma coordenada para lograr el volumen deseado. |
Ventaja: Alta repetibilidad (±3%). Alta velocidad de dispensado. |
Desventaja: Más caro (pero más rápido que otros sistemas). |
Método
"serigráfico": Este último será visto en detalle cuando tratemos la serigrafía de pasta de soldar, pero podemos adelantar que, si bien la velocidad de adhesivado es mucho mayor al lograr dispensar todas las gotas con una sola pasada de la espátula por el clissé, se pierde la flexibilidad que tienen los sistemas antes descriptos de modificar individualmente el tamaño de una gota en particular o de corregir sus coordenadas. Esto en un sistema serigráfico motivaría la construcción de un nuevo clissé. |
Etapa de
"curado": Una vez adhesivada la PCB tiene lugar la colocación de componentes, lo cual se detallará en posteriores publicaciones, e inmediatamente el adhesivo debe ser curado, es decir debe solidificar para poder así sostener a los componentes SMD recién colocados. |
El curado se lleva a cabo típicamente en línea mediante hornos tipo túnel de rayos infrarrojos (IR) o bien de reflujo por convección forzada, lo cual también requerirá de un capítulo aparte para su análisis. |
Para bajas producciones el curado puede llevarse a cabo en hornos estáticos. |
La mínima temperatura para iniciar el curado es de 100ºC, oscilando en la práctica entre los 110ºC y los 160ºC. Por encima de esto se acelera el proceso pero se obtendrían junturas quebradizas. |
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