Справочная информация:

Неправильное распределение размеров, вызванное тепловым расширением, является одной из основных причин повреждения электронных плат. Чтобы избежать этого, для охлаждения обычно используются материалы с высокой теплопроводностью, а материалы с низким расширением используются в сочетании с кремниевыми пластинами и керамическими изоляторами с низкой скоростью расширения. Термомеханический анализ (ТМА) уже давно используется для измерения коэффициента теплового расширения (КТЭ) линейных плат, электронных элементов и других различных компонентов. Существуют зрелые и надежные стандартные методы испытаний для температуры преобразования стеклования, температурного перегиба изменения коэффициента теплового расширения, смягчения проб и эффекта высвобождения напряжений. Для слоистых композитов соответствующий метод испытаний TMA позволяет оценить время, необходимое для разрушения слоистой структуры материала в процессе нагрева. Конструкция TMA 4000 значительно упрощает процесс тестирования и идеально подходит для измерения расширения небольших устройств с низкой скоростью расширения. В этой статье представлены некоторые примеры испытаний этих стандартных методов.

Экспериментальная часть TMA 4000:

Тестирование данных осуществляется с использованием следующих стандартных процедур тестирования TMA:

• продувка азотом;

· Скорость нагрева 5 или 10°C / мин.

Регулирование температуры в резервуаре для охлаждения корпуса печи при температуре 15°С с помощью циркулирующей охлаждающей воды.

Результаты тестирования:

Коэффициент теплового расширения оси Z для ПК толщиной 0,33 мм:

Тестовые сигналы CTE с коэффициентом теплового расширения прямо пропорциональны высоте анализируемого образца, поэтому измерение расширения только 0,33 мм для образцов с высоким уровнем расширения имеет высокие требования к чувствительности TMA. В эксперименте в качестве стандарта 1 использовался IPC - TM - 650 2.4.24c - « Измерение температуры стеклования и теплового расширения оси Z» с помощью TMA. Стандартный метод требует, чтобы образец многослойной композитной линейной платы имел высоту не менее 0,5 мм. Небольшой кусочек разрезать на углу многослойной платы PCB в качестве пробного образца (рисунок 1) и измерить микрометром в направлении осей X, Y и Z. Высота образца на оси Z достигала 0,66 мм в результате наложения двух слоев. Образцы помещаются на небольшой сапфирный фундамент, на который с помощью плоского зонда наносится крошечная сила, что не только устраняет ошибки, вызванные деформацией образца, вызванной зондом, но и устраняет шаги по предварительной обработке образца (см. рисунок 1, за вычетом базисного уровня для устранения эффекта основания).

Рисунок 1. Геометрия образца

Как правило, происходит только одно потепление и температура преобразования стекла достигается кривой смещения; При наличии особых требований образец должен быть подвергнут вторичному нагреванию и получить коэффициент теплового расширения по обе стороны от кривой вторичного нагрева. Обычно температура преобразования стеклования является отправной точкой молекулярного движения, связанного с уменьшением модуля и увеличением коэффициента теплового расширения CTE. Температура преобразования стекла Тг, полученная ТМА, представляет собой экстраполяционное прямое пересечение данных расширения выше и ниже этой области. Как показано на диаграмме 2.

Рисунок 2. Анализ направления Z - оси чипа PC

Время взрыва:

Испытания на размерах Z - оси этого образца проводились в соответствии со статьей 2.4.24.1 IPC - TM - 650, т.е. эксперимент по методу 1 стратифицированных временных испытаний. В этом эксперименте образец, показанный на рисунке 1, нагревали до 265°C, а затем проводили изотермию до разрушения структуры образца (широко известного как « взрывная пластина»), как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Разрушение структуры слоя ("взрывная пластина") испытание по времени

Коэффициент теплового расширения оси XY для ПК толщиной 0,33 мм:

Тестирование расширения чипа PC на плоскости XY также использует экспериментальный метод IPC: коэффициент линейного теплового расширения для электронных изоляционных материалов 2.4.41, основанный на методе ASTM D696 для образца меньшего размера 1. Аналогичным образом, образцы не подвергались химической очистке или травлению до их анализа. Тестирование в режиме расширения не требует базового вычета. На рисунке 4 показаны результаты анализа коэффициента теплового расширения CTE и Tg преобразования стекла в плоскости XY. Неочевидная зона стеклопреобразования показывает, что наполнители из стекловолокна (также покрытия) эффективно подавляют расширение линейной платы.

Рисунок 4. Расширение оси XY чипа PC

Полиамидная гибкая матрица:

Полиамид (PI) является высокотемпературным пластиком, который может использоваться для гибких соединений между платами. Каналы электропроводности могут быть напечатаны на них, что не может легко привести к ухудшению производительности, и высокая температура стеклования означает, что материал стабилен по размерам в широком диапазоне температур. Стандартным методом, используемым в этом эксперименте, является метод IPC - TM - 650 2.4.24.5, используемый при температуре стеклования и тепловом расширении - TMA 1 для внутренних соединений высокой плотности (HDI) и материалов с микрослепыми отверстиями.

Пробы полиамидной пленки толщиной 30 микрон были разрезаны лезвием вдоль продольного и поперечного сечений. Специальные приспособления для укладки образцов используются для обеспечения того, чтобы образец удерживался ровно без складок, и каждый образец анализируется в режиме растяжения (геометрия образца аналогична диаграмме 5).

Рисунок 5. Образец пленки устанавливается в режиме растяжения

Образцы обеспечивают стабильность теплового состояния при многократном нагревании, результаты анализа показаны на рисунке 6, а исходный уровень был вычтен до испытания CTE для устранения эффекта расширения зарядного приспособления (исходный уровень взят из результатов испытаний кварцевых образцов с таким же коэффициентом расширения материала печи).

Рисунок 6. Коэффициент продольного теплового расширения и преобразование в стекло полиамидных пленок

На рисунке 7 показаны данные о тестировании полиамида в тех же экспериментальных условиях, но образцы для этого анализа были вырезаны в вертикальном направлении.

Рисунок 7. Коэффициент теплового расширения в направлении поперечного сечения полиамидной пленки

Анализ сложных образцов электронной промышленности с использованием TMA 4000 и соответствующих стандартных методов показал, что TMA 4000 может быть легко и точно измерен. Технология, используемая в TMA 4000, обеспечивает проверенную чувствительность, надежность и низкие затраты на техническое обслуживание.

Ссылки:

1 "Руководство по методам испытаний IPC - TM - 650", Институт интерполяции и упаковки электронных линий, Сандерс - роуд, 2215, Нортбрук, Иллинойс 60062 - 6135.