Hintergrund:

Die durch thermische Ausdehnung verursachte Dimensionsfehleranpassung ist eine der Hauptursachen für Schäden an elektronischen Leiterplatten. Um dies zu vermeiden, werden in der Regel hohe Wärmeleitstoffe verwendet, um Wärme abzuleuen, und ein niedriges Ausdehnungsmaterial wird mit Silizium- und Keramikisolatoren mit niedriger Ausdehnungsrate kombiniert. Thermomechanische Analyse (TMA) wird seit langem zur Messung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE) von Leiterplatten, Elektronikkomponenten und anderen Komponenten verwendet. Es gibt ausgereifte und zuverlässige Standardprüfmethoden für die Veränderung der Temperatur der Verglasung, den Temperaturwendepunkt der Veränderung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten, die Weichung der Probe und die Erzeugung des Spannungsentlastungseffekts. Bei schichtförmigen Verbundprodukten kann die entsprechende TMA-Testmethode die Zeit einschätzen, die benötigt wird, um die schichtförmige Strukturzerstörung während des Erwärmungsprozesses zu regulieren. Das Design des TMA 4000 vereinfacht den oben genannten Prüfprozess erheblich und eignet sich hervorragend für die Messung der Ausdehnung kleiner Geräte mit geringer Ausdehnungsrate. Dieser Artikel bietet einige Testfälle für diese Standardmethoden.

TMA 4000 Testteil:

Die Datenprüfung erfolgt mit den folgenden Standard-TMA-Prüfverfahren:

• Stickstoffreinigung;

5 oder 10 ° C / min Heizgeschwindigkeit;

· Kontrollieren Sie die Temperatur des Ofenkühlbehälters bei 15 ° C durch den Kreislauf von Kühlwasser.

Testergebnisse:

Z-Achse thermische Ausdehnung von 0,33 mm dicken PC-Platten:

Das Testsignal des thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE ist proportional zur Höhe der analysierten Probe, so dass die Messung der Ausdehnung einer Probe mit einer Höhe von nur 0,33 mm eine hohe Anforderung an die Empfindlichkeit des TMA stellt. Im Experiment wurde IPC-TM-650 2.4.24c - "Messung der Temperatur der Glasumstellung und der thermischen Ausdehnung der Z-Achse mit TMA" als Kriterium 1 verwendet. Diese Standardmethode erfordert eine Höhe von mindestens 0,5 mm für eine mehrschichtige Leiterplattenprobe. Schneiden Sie ein kleines Stück als Testprobe an einem Winkel auf einer mehrschichtigen PCB-Leiterplatte (Abbildung 1) und messen Sie es in Richtung der X-, Y- und Z-Achsen mit Tausendminuten. Durch die Überlagerung zweier Schichten in Richtung der Z-Achse erreicht die Probenhöhe 0,66 mm. Die Probe wird auf einem kleinen Sapphir-Sockel gelegt und mit einer flachen Sonde eine geringe Kraft auf die Probe ausgeübt, so dass nicht nur Fehler durch die Verformung der Probe, die durch die Sonde verursacht wird, beseitigt werden, sondern auch die Schritte zur Vorbehandlung der Probe vermieden werden (siehe Abbildung 1, Abzug der Basislinie, um den Einfluss der Sockel zu beseitigen).

Abbildung 1. Probengeometrie

In der Regel wird nur eine einmalige Erwärmung durchgeführt und die Glasübergangstemperatur durch eine Verschiebungskurve erzielt; Bei besonderen Anforderungen muss die Probe sekundär erwärmt werden und der thermische Ausdehnungskoeffizient beiderseits von der Kurve der sekundären Erwärmung erhalten werden. In der Regel ist die Temperatur der Verglasung der Ausgangspunkt für die molekulare Bewegung, die mit einer Reduktion des Moduls und einer Erhöhung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE verbunden ist. Die von TMA erhaltene Verglasungsumstellungstemperatur Tg ist die extrusive geradlinige Schnittstelle der Ausdehnungsdaten über diesem Bereich und unter diesem Bereich. Wie in Abbildung 2 gezeigt.

Abbildung 2. PC-Chip Z-Achse Richtung Analyse

Explosionszeit:

Die Prüfung an der Z-Achsengröße dieser Probe erfolgte gemäß IPC-TM-650 Abschnitt 2.4.24.1, d.h. mit der Schichtzeitprüfmethode 1. In diesem Experiment wurde die Probe auf 265 ° C erhitzt, wie in Abbildung 1 gezeigt, und die Isotemperatur bis zur Zerstörung der Probenstruktur (allgemein als "Blastplatte" bezeichnet) durchgeführt, wie in Abbildung 3 gezeigt.

Abbildung 3. Zeitprüfung der Schichtzerstörung ("Sprengplatte")

Wärmeausdehnungskoeffizient der XY-Achse einer 0,33 mm dicken PC-Platte:

Die Ausdehnungsprüfung von PC-Chips auf der XY-Ebene erfolgt ebenfalls mit der IPC-Experimentalmethode: Linearer thermischer Ausdehnungskoeffizient von Elektronischen Isolierstoffen 2.4.41, die auf der ASTM-Methode D696 basiert und für kleinere Proben1 geeignet ist. Ebenso wurden die Proben vor der Analyse nicht chemisch gereinigt oder erodiert. Im Ausdehnungsmodus getestet, benötigt kein Basisabzug. Abbildung 4 zeigt die Ergebnisse der Analyse des thermischen Ausdehnungskoeffizienten CTE und der Verglasungstransformation Tg der XY-Ebene. Eine nicht offensichtliche Glasumstellungszone zeigt, dass Glasfaserfüllstoffe (ebenfalls Beschichtungen) die Ausdehnung der Leiterplatte effektiv unterdrücken.

Abbildung 4. PC-Chip XY-Achse Ausdehnung

Polyamid flexible Schaltung Substrate:

Polyamid (PI) ist ein hochtemperaturbeständiger Kunststoff, der für flexible Verbindungen zwischen Leiterplatten verwendet werden kann. Die leitfähigen Wege können darauf gedruckt werden, sind nicht anfällig für Leistungsschwächungen und die hohe Temperatur der Verglasung bedeutet, dass das Material in einem sehr breiten Temperaturbereich dimensionsstabil ist. Die Standardmethode, die in diesem Experiment verwendet wird, ist: IPC-TM-650 2.4.24.5 für die Glasübergangstemperatur und thermische Ausdehnung von High-Density Interconnect (HDI) und Mikroblindlochmaterialien - TMA-Methode 1.

Die 30 µm dicke Polyamid-Membranprobe wird mit einer Klinge entlang des Längs- und Querschnitts geschnitten. Mit speziellen Probengeräten wird sichergestellt, dass die Probe glatt und ohne Falten gehalten wird, und jede Probe wird im Zugmuster analysiert (die Probengeometrie ähnelt Abbildung 5).

Abbildung 5. Folienprobe im Zugmodus montiert

Durch wiederholte Erwärmung der Probe wird die thermische Stabilität gewährleistet. Die Ergebnisse der Analyse sind in Abbildung 6 dargestellt. Die Grundlinie wurde vor dem CTE-Test abgezogen, um den Dehnungseffekt der Probenvorrichtung zu beseitigen (die Grundlinie stammt aus den Ergebnissen der Tests von Quarzproben mit dem gleichen Dehnungskoeffizienten wie das Ofenmaterial).

Abbildung 6. Wärmeausdehnungskoeffizient und Verglasungstransformation der Polyamidfilm

Abbildung 7 zeigt die Daten, die Polyamid unter den gleichen experimentellen Bedingungen getestet wurde, aber die Proben für diese Analyse wurden in der Richtung der vertikalen Vertikal geschnitten.

Abbildung 7. Wärmeausdehnungskoeffizient in Querschnittsrichtung der Polyamidfolie

Die Analyse schwieriger Proben in der Elektronikindustrie mit dem TMA 4000 und den entsprechenden Standardmethoden hat gezeigt, dass das TMA 4000 eine einfache und präzise Messung ermöglicht. Die Technologie des TMA 4000 bietet bewährte Empfindlichkeit, Zuverlässigkeit und geringe Wartungskosten.

Referenzen:

Handbuch zur Prüfmethode IPC-TM-650, Institute for Electronic Circuit Interconnection and Packaging, 2215 Sanders Road, Northbrook, Illinois 60062-6135.