Antecedentes:

El desajuste de tamaño causado por la expansión térmica es una de las principales causas de daños en la placa de circuito electrónico. Para evitar esto, generalmente se utilizan materiales de alta conductividad térmica para disipar el calor, y se utilizan materiales de baja expansión con pastillas de silicio de baja expansión e aislantes cerámicos. El análisis termomecánico (tma) se ha utilizado durante mucho tiempo para medir el coeficiente de expansión térmica (cte) de placas de circuito, componentes electrónicos y otros materiales constitutivos. Hay métodos de prueba estándar maduros y confiables para el punto de inflexión de la temperatura, el cambio del coeficiente de expansión térmica, el ablandamiento de la muestra y la generación del efecto de Liberación de estrés. Para los productos compuestos en capas, los métodos de prueba correspondientes de TMA pueden evaluar el tiempo necesario para que el material se rompa de manera regular durante el calentamiento. El diseño del TMA 4000 simplifica en gran medida el proceso de prueba anterior y es muy adecuado para medir la expansión de pequeños dispositivos con baja tasa de expansión. Este artículo proporciona algunos casos de prueba de estos métodos estándar.

Parte experimental del TMA 4000:

Las pruebas de datos utilizan los siguientes procedimientos de prueba TMA estándar:

· purga de nitrógeno;

· tasa de calentamiento de 5 o 10 ° C / min;

· controlar la temperatura de la ranura de enfriamiento del cuerpo del horno a 15 ℃ a través del agua de enfriamiento circulante.

Resultados de la prueba:

Coeficiente de expansión térmica del eje Z de la placa de PC de 0,33 mm de espesor:

La señal de prueba del coeficiente de expansión térmica Cte es proporcional a la altura de la muestra analizada, por lo que la medición de la expansión de una muestra de solo 0,33 mm de altura requiere una alta sensibilidad del tma. En el experimento se utilizó IPC - tm650 2.4.24c - "medición de la temperatura de transición vítrea y la expansión térmica del eje Z con tma" como criterio 1. Este método estándar requiere que la altura de las muestras de placas de circuito compuestas multicapa alcance al menos 0,5 mm. Cortar un pequeño trozo en una esquina de la placa de circuito PCB de varias capas como muestra de prueba (figura 1) y medirlo con un micrómetro en las direcciones de los ejes x, y y Z. La altura de la muestra alcanza los 0,66 mm debido a la superposición de dos capas en la dirección del eje Z. La muestra se coloca en una pequeña base de zafiro, utilizando una sonda plana para aplicar una pequeña fuerza a la muestra, lo que no solo elimina el error causado por la deformación de la muestra causada por la sonda, sino que también elimina el paso de pretratamiento de la muestra (véase la figura 1, deduciendo la línea de base para eliminar el impacto de la base).

Figura 1. geometría de la muestra

Por lo general, solo se realiza un calentamiento y la temperatura de transición vítrea se obtiene a través de la curva de desplazamiento; Si hay requisitos especiales, es necesario calentar la muestra por segunda vez y obtener el coeficiente de expansión térmica a ambos lados de la transición vítrea de la curva de calentamiento por segunda vez. En general, la temperatura de transición vítrea es el punto de partida del Movimiento molecular asociado a la disminución del módulo y el aumento del coeficiente de expansión térmica cte. La temperatura de transición vítrea Tg obtenida por TMA es la intersección lineal extrapolada de los datos de expansión por encima y por debajo de esta región. Como se muestra en la figura 2.

Figura 2. análisis de la dirección del eje Z del chip PC

Tiempo de explosión:

Las pruebas en el tamaño del eje Z de esta muestra se realizaron de acuerdo con el artículo 2.4.24.1 del IPC - tm650, es decir, el experimento del método de prueba de tiempo estratificado 1. En este experimento, la muestra que se muestra en la figura 1 se calienta a 265 ° C y luego se somete a una Isoterma hasta que la estructura de la muestra se destruye (comúnmente conocida como "placa explosiva"), los datos se muestran en la figura 3.

Figura 3. prueba de tiempo de falla de la estructura de la capa ("placa explosiva")

Coeficiente de expansión térmica del eje XY de la placa de PC de 0,33 mm de espesor:

La prueba de expansión del chip pc en el plano XY también utiliza el método experimental ipc: 2.4.41 coeficiente de expansión térmica lineal del material de aislamiento electrónico, que se basa en el método ASTM d696 y es adecuado para muestras de tamaño más pequeño 1. Del mismo modo, las muestras no fueron limpiadas químicamente ni erosionadas antes del análisis. Las pruebas en modo de expansión no requieren una deducción de base. La figura 4 muestra los resultados del análisis del coeficiente de expansión térmica Cte del plano XY y la transición vítrea tg. La zona de transición vítrea poco obvia muestra que el relleno de fibra de vidrio (también con recubrimiento) es eficaz para inhibir la expansión de la placa de circuito.

Figura 4. expansión del eje XY del chip de PC

Sustrato de circuito flexible de poliimida:

La poliimida (pi) es un plástico resistente a altas temperaturas que se puede utilizar para conexiones flexibles entre placas de circuito. El canal conductor se puede imprimir en él, no es fácil sufrir deterioro del rendimiento y la alta temperatura de transición vítrea significa que el tamaño del material es estable en un amplio rango de temperatura. El método estándar utilizado en este experimento es: IPC - tm650 2.4.24.5 para la temperatura de transición vítrea y el método de expansión térmica - TMA 1 para materiales de unión interna de alta densidad (hdi) y micro - agujeros ciegos.

Las tiras finas de la muestra de película de poliimida de 30 micras de espesor se cortan a lo largo de la dirección longitudinal y la sección transversal con una cuchilla. Las muestras se analizan en modo de estiramiento utilizando una plantilla especial para garantizar que la muestra esté plana y sin pliegues (la geometría de la muestra es similar a la figura 5).

Figura 5. las muestras de película se instalan en modo de estiramiento

La muestra garantiza la estabilidad térmica mediante calentamiento repetido, y los resultados del análisis se muestran en la figura 6. antes de probar el cte, se ha deducido la línea de base, eliminando así el efecto de expansión de la pinza de muestra (la línea de base proviene de los resultados de la prueba de muestra de cuarzo con el mismo coeficiente de expansión del material del cuerpo del horno).

Figura 6. coeficiente de expansión térmica longitudinal y transición vítrea de las películas de poliimida

La figura 7 muestra los datos de la prueba de poliimida en las mismas condiciones experimentales, pero las muestras analizadas en esta ocasión se cortan en una dirección perpendicular a la dirección longitudinal.

Figura 7. coeficiente de expansión térmica en la dirección de la sección transversal de la película de poliimida

Las muestras difíciles de la industria electrónica se analizaron utilizando el TMA 4000 y los métodos estándar correspondientes, y los resultados mostraron que el TMA 4000 se puede medir de manera simple y precisa. La tecnología utilizada por el TMA 4000 proporciona sensibilidad, fiabilidad y bajos costos de mantenimiento que pueden resistir la prueba.

Referencias:

1. manual de métodos de prueba IPC - TM - 650, Instituto de conectividad y embalaje de circuitos electrónicos, 2215 Sanders road, northbrook, Illinois 60062 - 6135.