Por Timothy O'Neill e Karl Seelig
O termo "squircle" é um portmanteau, ou mistura, de "square" (quadrado) e "circle" (círculo). Ele se parece com um quadrado com cantos arredondados. Matematicamente, essa forma é conhecida como superelipse. Quando se trata de design de estêncil SMT, uma definição mais vaga é usada com frequência, e a forma real é conhecida como um quadrado arredondado, gerado pela separação de quatro quadrantes de um círculo e conectando-os com uma linha reta.
Como se vê, o esquilo é um formato eficaz para maximizar o volume de pasta de solda em espaços apertados e melhorar a eficiência da transferência.
As propriedades das aberturas de esquilo
O design de esquilo incorpora os recursos positivos das aberturas circulares e quadradas.
Recursos de abertura de círculo
Devido ao seu design suave e arredondado, as aberturas circulares não têm cantos que se sobrepõem às almofadas nem zonas mortas de pasta. Mas é muito mais difícil obter volume suficiente de pasta em espaços apertados usando círculos. Isso ocorre porque a área de um círculo com um determinado diâmetro é menor do que a de um quadrado com o mesmo comprimento lateral (usando as fórmulas para a área de um círculo versus a área de um quadrado: (π/4)d2 < d2).
Além disso, os círculos têm a mesma tensão superficial em todo o diâmetro da abertura. Durante a separação, isso pode aumentar a quantidade de pasta de solda que permanece na abertura. Imagine uma bolha de sabão em uma superfície plana; a tensão superficial igual a mantém estável. Essa mesma característica desestimula a saída da pasta da abertura circular.
Recursos de abertura quadrada
Um quadrado tem o benefício inerente de maximizar o volume de pasta em espaços apertados. No entanto, ao imprimir pasta de solda, as partículas tendem a se aglomerar nos cantos afiados da abertura, resultando em maior variação de depósito para depósito. Também é provável que essa variação aumente com o tempo se a eficácia da limpeza do estêncil diminuir e o acúmulo de pasta aumentar.
Os quadrados têm, inerentemente, áreas de superfície maiores do que os círculos da mesma dimensão maior, portanto, devem depositar mais pasta, mas se esses cantos que retêm a pasta se sobrepuserem às bordas do pad, eles também criarão problemas de vedação que podem aumentar ainda mais a alta variação.
Aberturas de esquilo
O squircle combina o benefício volumétrico das aberturas quadradas com os benefícios de liberação de pasta das formas arredondadas, o que também evita regiões de acúmulo de pasta. Ele traz o melhor dos dois mundos para uma parte extremamente desafiadora do processo de impressão.
Comparação experimental de formas de abertura
Testes extensivos de impressão no laboratório de aplicações da AIM em Juarez, no México, usando um estêncil com formas de aberturas quadradas, circulares e em forma de esquilo, confirmam o forte argumento do esquilo como uma solução para muitos desafios de impressão. Ao testar aberturas com a mesma dimensão principal (diâmetro ou comprimento lateral) e proporções de área semelhantes, pudemos comparar diretamente as eficiências de transferência e os volumes reais de depósito.
A FIGURA 4 mostra as eficiências de transferência medidas e os coeficientes de variação calculados de cada tipo de abertura. Observe que a eficiência de transferência é ligeiramente menor no quadrado do que no círculo, mas apenas por alguns pontos percentuais. O quadrado também tem uma variação ligeiramente maior com a pasta Tipo 4 e é equivalente aos dados da pasta Tipo 5. O esquilo tem consistentemente a maior taxa de transferência e uma variação comparável ou menor do que a dos quadrados ou círculos.
A FIGURA 5 mostra o volume médio depositado por cada formato de abertura. Observe que, embora o quadrado tenha apresentado menor eficiência de transferência, sua área maior resultou em volumes mais altos do que o círculo. Mas o esquilo depositou os maiores volumes de todas as aberturas. Em todos os casos, a pasta Tipo 5 produziu consistentemente volumes marginalmente maiores, mas não o suficiente para justificar uma transição para ela em um ambiente de produção em que surgiriam problemas de custo, armazenamento separado e refluxo.
Notas finais
É importante observar que, nesses experimentos, as taxas de transferência são muito altas e as taxas de variação muito baixas em comparação com os resultados típicos de testes de impressão semelhantes. Esses testes de impressão foram realizados em um ambiente ideal, usando um estêncil nanorrevestido de polímero. É razoável esperar tendências semelhantes em ambientes de produção, mas com taxas de transferência mais baixas e taxas de variação mais altas. Também é razoável considerar o uso de nanorrevestimentos em estênceis com proporções de área reduzidas devido às melhorias de qualidade (frequentemente documentadas) que eles proporcionam.
Os dados coletados, mas não mostrados aqui, também indicam que o esquilo é mais robusto contra os efeitos do envelhecimento em temperatura ambiente e longos períodos de pausa (>60 min.) entre as impressões.
Embora nosso estudo ressalte o potencial do squircle, são necessárias mais pesquisas para explorar suas aplicações em diversas condições e materiais de montagem. No entanto, os resultados iniciais são promissores, posicionando os esquilos como um aprimoramento viável para as práticas de design de estêncil.
Baseado no artigo "Squaring the Circle", publicado originalmente na montagem de circuitos.