02.10.2020 by Dr. Natalie Rudolph, Gabriele Stock
Контрол на качеството на електронни възли чрез термомеханичен анализ
Основен източник на повреди в електронните възли е температурното разширение и проблемите, които то причинява. За да се гарантира, че базовите платки за електронни схеми отговарят на определено качество, бяха въведени стандартите на IPC, които изискват измерване на термичното разширение, стъклопрехода и точката на омекване. Научете как можете да спазвате стандарта с новото издание на TMA 402 F3 Hyperion® Polymer.
Основен източник на повреди в електронните възли е температурното разширение и проблемите, които то причинява. Термомеханичният анализ може да помогне за избягване на тези повреди на продукта.
FR4 - най-често използваният композит в електронната индустрия
FR4 (FR = огнеустойчив) и неговите производни (FR2, FR3, FR5) са най-широко използваните основни материали за електронни платки и електронни възли. Основният материал на FR4 е стъкловлакно, изтъкано в тънък, подобен на плат лист. След това стъклената тъкан се импрегнира с огнеустойчива епоксидна смола. Полученият евтин композит е твърд, изолира надеждно и се представя добре при повечето условия на околната среда. От друга страна, матрицата на епоксидната смола има по-ниска Tg и по-висок коефициент на термично разширение от подсилващата стъклена тъкан и има склонност да омеква и да се разширява, когато печатната платка премине през няколко термични цикъла в производствения процес и евентуално по време на употреба. Това може да доведе до частично отделяне на пресованата материална смес, което от своя страна води до повреди на съединенията или разслояване. Последицата обикновено е повреда на сглобката. Термомеханичният анализ (ТМА) е добър метод за измерване на топлинното разширение на основата на печатната платка, електронните компоненти и материалите на компонентите.
За да се уверим, че базовите платки отговарят на определено качество, бяха въведени стандарти на IPC, които изискват измерване на термичното разширение, точката на встъкляване и омекване [виж IPC-TM-650 2.4.24.1 Време до деламинация (метод TMA)].
CTE и Tg- две важни стойности за контрол на качеството на композитите FR4
Важна характеристика на материала за осигуряване на качеството на полимерни композити като FR4 е температурата на встъкляване, Tg. Това е температурната точка, при която структурата на епоксидната смола започва да омеква. Веднага щом се достигне стойността на Tg, материалът започва да се разширява повече - обикновено между 2 и 3 пъти повече, отколкото в твърдо състояние. Термомеханичният анализ (ТМА) е идеален инструмент за изследване на поведението при разширяване и температурата на омекване на различни материали, като полимери, еластомери и композити. Той осигурява фундаментална информация за коефициента на термично разширение (КТЕ), температурата на встъкляване, както и за вискозно-еластичните свойства. Той е много чувствителен метод и може да се използва за определяне на слаби физични преходи, които са свързани с промени в модула, втвърдяването или разслояването, които понякога не могат да бъдат открити чрез диференциална сканираща калориметрия (ДСК).
Това го прави предпочитан метод за контрол на качеството. Тестването на максималната температура на обработка на вашия FR4 намалява вероятността печатната платка (ПП) да бъде повредена по време на производството на компоненти.
Време до деламинация - видима повреда на продукта
По време на монтажа печатната платка е подложена на термично натоварване, например в пещта за запояване. Времето до разслояване е важно при избора на материал за дадено приложение. На фигурата по-долу е показано измерване на образец от FR4, при което е отчетено времето до разслояване. Бяха проведени две измервания. И в двата случая образецът е бил нагрят до температурата на изпитване. След това единият е поддържан при изотермична температура от 260 °C (съгласно стандарта IPC), а вторият - при изотермична температура от 300 °C. При първото измерване при 260°C (зелена линия) TMA не откри разслояване, тъй като кривата остава плоска до края на измерването. При по-високата температура от 300°C обаче деградацията на продукта е видима. При второто измерване се отчита време до деламинация 18,1 min след задържане при изотермична температура 300°C, която е достигната 28 min след началото на измерването. TMA ясно открива разслояването, докато физическата проверка на образеца показва само известно обезцветяване, както може да се види на снимките, направени на различните образци преди и след тестовете.
Този тест стана особено важен, откакто в Европейския съюз влезе в сила "Директивата за ограничаване на опасните вещества" 2002/95/ЕО (RoHS 1). В случая на електронно и електрическо оборудване това засяга например използването на оловни припои. Оборудването, произвеждано или продавано на пазара на ЕС, вече трябва да не съдържа олово. Това оказа голямо влияние върху необходимата термична стабилност на всички компоненти - включително FR4.
Процесите за производство на безоловни припои вече изискват температури на претопяване до 260°C. Предишните температури на претопяване бяха само 240°C. FR4, използван за това проучване, би бил подходящ както за оловни, така и за безоловни припои, тъй като ефектите на разслояване не бяха открити до достигане на температура от 300°C. Въпреки това не всички материали, които понастоящем се използват като базови материали за електронни платки и електронни възли, могат да издържат на новите изисквания на безоловните процеси.
Горепосоченото изследване с TMA показва колко важно е определянето на времето до деламинация, за да се избегне повреда на продукта и да се доставят на клиентите висококачествени продукти. Термомеханичният анализ се прилага в съответствие със стандарта IPC за изпитване на пригодността на материала. Новото издание на TMA 402 F3 Hyperion® Polymer е специално разработено за измерване на широка гама полимерни материали и е подходящо за нуждите на контрола на качеството в индустрията за електронни компоненти.
