02.10.2020 by Dr. Natalie Rudolph, Gabriele Stock
Kontrol Kualitas Rakitan Elektronik Menggunakan Analisis Termomekanik
Sumber utama kegagalan rakitan elektronik adalah pemuaian termal dan masalah yang ditimbulkannya. Untuk memastikan bahwa papan dasar sirkuit sesuai dengan kualitas tertentu, standar IPC diberlakukan yang mengharuskan pengukuran ekspansi termal, transisi kaca, dan titik pelunakan. Pelajari bagaimana Anda dapat memenuhi standar tersebut dengan TMA 402 F3 Hyperion® Polymer Edition yang baru.
Sumber utama kegagalan rakitan elektronik adalah ekspansi termal dan masalah yang ditimbulkannya. Analisis Termomekanik dapat membantu menghindari kegagalan produk tersebut.
FR4 - komposit yang paling umum digunakan dalam industri elektronik
FR4 (FR= tahan api) dan turunannya (FR2, FR3, FR5) sejauh ini merupakan bahan dasar yang paling banyak digunakan untuk papan sirkuit elektronik dan rakitan elektronik. Bahan pendukung FR4 terdiri dari fiberglass yang ditenun menjadi lembaran tipis seperti kain. Kain kaca kemudian diresapi dengan resin epoksi tahan api. Komposit berbiaya rendah yang dihasilkan kaku, mengisolasi dengan baik dan berkinerja baik di sebagian besar kondisi lingkungan. Di sisi lain, matriks resin epoksi memiliki Tg yang lebih rendah dan koefisien ekspansi termal yang lebih tinggi daripada kain kaca penguat dan cenderung melunak dan mengembang ketika papan sirkuit melewati beberapa siklus termal dalam proses produksi dan berpotensi selama penggunaan. Hal ini dapat menyebabkan terlepasnya sebagian senyawa bahan yang ditekan, yang pada gilirannya menyebabkan kegagalan sambungan atau delaminasi. Konsekuensinya biasanya adalah kegagalan perakitan. Analisis termomekanik (TMA) adalah metode yang baik untuk mengukur ekspansi termal dari alas papan sirkuit, komponen elektronik, dan bahan komponen.
Untuk memastikan bahwa papan dasar sirkuit sesuai dengan kualitas tertentu, standar IPC diberlakukan yang mengharuskan pengukuran ekspansi termal, transisi kaca, dan titik pelunakan [lihat IPC-TM-650 2.4.24.1 Waktu untuk Delaminasi (Metode TMA)].
CTE dan Tg- Dua nilai penting untuk kontrol kualitas komposit FR4
Karakteristik material yang penting untuk jaminan kualitas komposit polimer seperti FR4 adalah temperatur transisi kaca, Tg. Ini adalah titik suhu di mana struktur resin epoksi mulai melunak. Segera setelah nilai Tg tercapai, material mulai mengembang lebih banyak - biasanya antara 2-3 kali lebih banyak daripada dalam keadaan padat. Analisis termomekanik (TMA) adalah alat yang sempurna untuk mempelajari perilaku ekspansi dan suhu pelunakan berbagai bahan seperti polimer, elastomer, dan komposit. TMA memberikan informasi mendasar tentang koefisien muai panas (Koefisien Ekspansi Termal Linier (CLTE/CTE)Koefisien ekspansi termal linier (CLTE) menggambarkan perubahan panjang suatu bahan sebagai fungsi suhu. CTE), suhu transisi gelas, serta sifat viskoelastik. Ini adalah metode yang sangat sensitif dan dapat digunakan untuk menentukan transisi fisik yang lemah yang terkait dengan perubahan modulus, Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan, atau delaminasi, yang terkadang tidak dapat dideteksi oleh Differential Scanning Calorimetry (DSC).
Hal ini menjadikannya metode pilihan untuk kontrol kualitas. Menguji suhu pemrosesan maksimum FR4 Anda mengurangi kemungkinan Papan Sirkuit Cetak (PCB) rusak selama produksi komponen.
Waktu untuk Delaminasi - kegagalan produk yang terlihat
PCB mengalami tekanan termal selama perakitan, misalnya, dalam oven penyolderan reflow. Waktu untuk delaminasi penting dalam hal pemilihan bahan untuk aplikasi tertentu. Gambar di bawah ini menunjukkan pengukuran pada sampel FR4 yang mencatat waktu delaminasi. Dua pengukuran dilakukan. Pada keduanya, sampel dipanaskan hingga suhu pengujian. Kemudian satu sampel disimpan pada suhu IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal 260°C (sesuai dengan standar IPC) dan yang kedua dengan suhu IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal 300°C. Pada pengukuran pertama pada suhu 260°C (garis hijau), TMA tidak mendeteksi adanya delaminasi karena kurva tetap datar hingga akhir pengukuran. Namun, pada suhu yang lebih tinggi yaitu 300°C, degradasi produk terlihat. Pengukuran kedua, mencatat Waktu Delaminasi pada 18,1 menit setelah ditahan pada suhu IsotermalPengujian pada suhu yang terkendali dan konstan disebut isotermal.isotermal 300°C, yang dicapai 28 menit setelah dimulainya pengukuran. TMA dengan jelas mendeteksi delaminasi, di mana pemeriksaan fisik sampel hanya menunjukkan beberapa perubahan warna seperti yang terlihat pada foto yang diambil dari sampel yang berbeda sebelum dan sesudah pengujian.
Pengujian ini menjadi sangat penting sejak "Petunjuk Pembatasan Zat Berbahaya" 2002/95/EC (RoHS 1) berlaku di Uni Eropa. Dalam hal peralatan elektronik dan listrik, hal ini memengaruhi, misalnya, penggunaan solder yang mengandung timbal. Peralatan yang diproduksi atau dijual ke pasar Uni Eropa sekarang harus bebas timbal. Hal ini berpengaruh besar pada Stabilitas TermalSuatu bahan dikatakan stabil secara termal jika tidak terurai di bawah pengaruh suhu. Salah satu cara untuk menentukan stabilitas termal suatu zat adalah dengan menggunakan TGA (penganalisis termogravimetri). stabilitas termal yang diperlukan untuk semua komponen - termasuk FR4.
Proses untuk menghasilkan solder bebas timbal sekarang membutuhkan suhu reflow hingga 260°C. Suhu reflow sebelumnya hanya mencapai 240°C. FR4 yang digunakan untuk penelitian ini akan cocok untuk solder bertimbal dan solder bebas timbal, karena efek delaminasi tidak terdeteksi hingga suhu 300°C tercapai. Namun, tidak semua bahan yang saat ini digunakan sebagai bahan dasar untuk papan sirkuit elektronik dan rakitan elektronik dapat bertahan dalam persyaratan baru proses bebas timbal.
Investigasi dengan TMA di atas menunjukkan betapa pentingnya penentuan Waktu Delaminasi untuk menghindari kegagalan produk dan memasok produk berkualitas tinggi kepada pelanggan Anda. Analisis Termomekanik diterapkan sesuai dengan standar IPC untuk menguji kesesuaian material. TMA 402 F3 Hyperion® Polymer Edition yang baru dirancang khusus untuk mengukur berbagai macam bahan polimer dan sangat sesuai untuk kebutuhan kontrol kualitas industri komponen elektronik.
