Perché passiamo all’uso della tecnologia a radiazioni infrarosse per i chip privi di piombo
Se avete già avuto a che fare con i processi di essiccazione e cottura dei semiconduttori, conoscete sicuramente il metodo tradizionale: mettere tutto in un forno a convettore e aspettare che il processo termini. Ma le cose stanno cambiando. Con l’aumento dell’interesse per standard “verdi” e privi di piombo, si osserva una forte tendenza verso l’uso della tecnologia a radiazioni infrarosse.
Il vantaggio di questa tecnologia è che è possibile raggiungere la temperatura desiderata sul wafer o sul substrato, senza dover riscaldare l’intera stanza.
Eliminazione delle perdite energetiche
Pensate a un forno a aria calda tradizionale: in pratica si tratta di una grande scatola di metallo che spreca tantissima energia semplicemente per riscaldare le proprie pareti e l’aria all’interno. È quindi poco efficiente.
Con le radiazioni infrarosse invece non si riscalda l’aria, ma vengono emesse radiazioni elettromagnetiche che agiscono direttamente sul materiale da trattare. In questo modo le molecole presenti nel rivestimento o nella pasta di saldatura vengono messe in vibrazione. Il processo è molto veloce: i tempi di riscaldamento passano da minuti a secondi.
Per questi scopi si utilizza solitamente l’irraggiamento a onde corte. Questo permette al calore di penetrare più in profondità nel materiale, in modo che anche la parte inferiore del giunto di saldatura venga riscaldata allo stesso ritmo della parte superiore. In questo modo si evita l’effetto negativo in cui la superficie si indurisce troppo rapidamente, intrappolando i solventi al suo interno.
Gestione del calore nei saldatori privi di piombo
Ecco la parte complicata: i saldatori privi di piombo richiedono temperature molto più alte per fondersi rispetto ai saldatori tradizionali a base di piombo.
Quando si cerca di raggiungere tali temperature con un forno a convettore, spesso si finisce per surriscaldare il substrato del PCB. Questo provoca deformazioni nel componente, il che rappresenta un grosso problema per chi si occupa del controllo qualità.
Le radiazioni infrarosse invece permettono di controllare meglio il calore. È possibile regolare la lunghezza d’onda in modo che corrisponda esattamente a quella assorbita dal materiale. Il calore viene distribuito esattamente dove è necessario. Questo è vantaggioso sia per il componente stesso che per l’ambiente.
La realtà
Tuttavia, le radiazioni infrarosse non sono una soluzione magica. Non basta semplicemente premere un interruttore per ottenere risultati ottimali. Poiché il calore viaggia in linea retta, bisogna fare attenzione ai “punti oscuri” creati dai componenti di altezze diverse: quelli più alti potrebbero impedire al calore di raggiungere quelli più bassi.
Per risolvere questo problema, è necessario utilizzare un sistema di lampade multiple o dispositivi in grado di ruotare i componenti. Inoltre, è importante prestare attenzione alle ventole di raffreddamento: se non sono adeguatamente dimensionate, il calore residuo potrebbe causare problemi ai sensori di precisione.