Antecedentes:

Incompatibilidade dimensional causada pela expansão térmica é uma das principais causas de danos na placa eletrônica. Para evitar isso, geralmente são usados materiais de alta condutividade térmica para dissipar o calor e materiais de baixa expansão em combinação com folhas de silício e isolantes cerâmicos de baixa expansão. A análise termomecânica (TMA) tem sido usada há muito tempo para medir o coeficiente de expansão térmica (CTE) de placas de circuito, componentes eletrônicos e outros tipos de materiais componentes. Existem métodos de teste padrão maduros e confiáveis ​​para a temperatura de transição da vitrificação, o ponto de inflexão da temperatura da mudança do fator de expansão térmica, a geração de amostras suaves e efeitos de liberação de tensão. Para produtos compostos em camadas, o método de teste correspondente da TMA avalia o tempo necessário para o material regular a destruição da estrutura em camadas durante o aquecimento. O design do TMA 4000 simplifica significativamente o processo de teste acima e é ideal para medir a expansão de pequenos dispositivos com baixas taxas de expansão. Este artigo fornece alguns casos de teste desses métodos padrão.

Parte experimental do TMA 4000:

Os testes de dados são realizados usando os seguintes procedimentos padrão de teste TMA:

• Limpeza de nitrogênio;

• taxa de aquecimento de 5 ou 10 ° C / min;

· Controle a temperatura do tanque de refrigeração do forno a 15 ° C através da água de refrigeração circulante.

Resultados do teste:

Coeficiente de expansão térmica do eixo Z da placa PC de 0,33 mm de espessura:

O sinal de teste do coeficiente de expansão térmica CTE é proporcional à altura da amostra analisada e, portanto, a medição da expansão de uma amostra com apenas 0,33 mm de altura exige uma sensibilidade elevada ao TMA. O IPC-TM-650 2.4.24c - "Medição da temperatura da transição de vidrificação e da expansão térmica do eixo Z com TMA" foi usado como critério 1 no experimento. Este método padrão exige que a altura da amostra de placa de circuito composto de múltiplas camadas seja de pelo menos 0,5 mm. Corte um pequeno pedaço em um ângulo na placa de circuito PCB de múltiplas camadas como amostra de teste (Figura 1) e medir em milímetros na direção dos eixos X, Y e Z. Na direção do eixo Z, a altura da amostra atingiu 0,66 mm devido à sobreposição de duas camadas. A amostra é colocada em uma pequena base de zafiro e uma pequena força é aplicada à amostra usando uma sonda plana, eliminando não apenas os erros causados ​​pela deformação da amostra causada pela sonda, mas também a etapa de pré-tratamento da amostra (ver Figura 1, deduzir a linha de base para eliminar o efeito da base).

Figura 1. Geometria da amostra

Normalmente, o aquecimento é realizado apenas uma vez e a temperatura de transição de vidro é obtida através da curva de deslocamento; Se houver requisitos especiais, a amostra deve ser aquecida secundariamente e o coeficiente de expansão térmica de ambos os lados da curva de aquecimento secundário é transformada em vidro. Geralmente, a temperatura de transição de vidrificação é o ponto de partida do movimento molecular associado à redução do módulo e ao aumento do CTE do coeficiente de expansão térmica. A temperatura de transição de vidrificação Tg obtida pelo TMA é a intersecção linear extravertida dos dados de expansão acima desta área e abaixo desta área. Como mostrado na Figura 2.

Figura 2. Análise da direção do eixo Z do chip PC

Tempo de explosão:

O ensaio sobre o tamanho do eixo Z desta amostra foi realizado de acordo com o disposto na secção 2.4.24.1 da IPC-TM-650, ou seja, o ensaio do método 1 de tempo em camadas. Neste experimento, a amostra foi aquecida a 265 ° C como mostrado na Figura 1 e, em seguida, foi realizada a isotemperatura até a destruição da estrutura da amostra (comumente conhecida como "placa explosiva"), com dados como mostrado na Figura 3.

Figura 3. Teste de tempo de destruição de estratos ("placas explosivas")

Coeficiente de expansão térmica do eixo XY da placa PC de 0,33 mm de espessura:

O teste de expansão de um chip PC no plano XY também usa o método experimental IPC: 2.4.41 coeficiente de expansão térmica linear para materiais de isolamento eletrônico, baseado no método ASTM D696 e aplicável a amostras de tamanho menor 1. Da mesma forma, as amostras não foram submetidas a nenhuma limpeza química ou erosão antes da análise. Testado em modo de expansão, não é necessária dedução de linha de base. A Figura 4 mostra os resultados da análise do coeficiente de expansão térmica CTE e da transformação de vidrificação Tg no plano XY. A área de transição de vidrificação não óbvia indica que o preenchimento de fibra de vidro (também com revestimento) inibe a expansão da placa de circuito de forma eficaz.

Figura 4. Expansão do eixo XY do chip PC

Circuito flexível de poliamida:

A poliimida (PI) é um plástico resistente a altas temperaturas que pode ser usado para conexões flexíveis entre placas de circuito. As vias condutoras podem ser impressas neles, não são fáceis de deteriorar o desempenho, e as altas temperaturas de transição de vidrificação significam que o material é dimensionalmente estável em um intervalo de temperatura muito amplo. O método padrão utilizado neste experimento é: IPC-TM-650 2.4.24.5 para temperatura de transição de vidrificação e expansão térmica de alta densidade de junção interna (HDI) e materiais de microburacos cegos - Método TMA 1.

Corte uma amostra de membrana de poliimida de 30 microns de espessura com uma lâmina ao longo da seção longitudinal e transversal. Usando uma fixação especial de amostragem para assegurar que a amostra se mantenha reta sem rugas, cada amostra é analisada em um padrão de alongamento (a geometria da amostra é semelhante à Figura 5).

Figura 5. Montagem de amostras de filme em modo de alongamento

A estabilidade térmica da amostra é garantida pelo aquecimento repetido, e os resultados da análise são mostrados na Figura 6. Antes do teste CTE, a linha de base foi deduzida para eliminar o efeito de expansão da fixação de amostra (a linha de base vem dos resultados do teste de amostra de quartzo com o mesmo coeficiente de expansão do material do forno).

Figura 6. Coeficiente de expansão térmica longitudinal e transformação da vidrificação da película de poliamida

A Figura 7 mostra os dados do teste de poliimida usando as mesmas condições experimentais, mas a amostra desta análise foi cortada da direção vertical com a vertical.

Figura 7. Coeficiente de expansão térmica na direção da seção transversal da película de poliamida

A análise de amostras difíceis da indústria eletrônica com o TMA 4000 e os métodos padrão correspondentes mostrou que o TMA 4000 pode ser usado para medições simples e precisas. A tecnologia do TMA 4000 oferece sensibilidade, confiabilidade e baixos custos de manutenção.

Referências:

Manual de Métodos de Ensaio IPC-TM-650, Instituto de Conexão e Embalagem de Linhas Elétricas, 2215 Sanders Road, Northbrook, Illinois 60062-6135.