02.10.2020 by Dr. Natalie Rudolph, Gabriele Stock
Termomekanik Analiz Kullanılarak Elektronik Montajların Kalite Kontrolü
Elektronik montajlarda önemli bir arıza kaynağı termal genleşme ve bunun neden olduğu sorunlardır. Devre taban kartlarının belirli bir kaliteye uygun olduğundan emin olmak için, termal genleşme, camsı geçiş ve yumuşama noktasının ölçülmesini gerektiren IPC standartları yürürlüğe konmuştur. Yeni TMA 402 F3 Hyperion® Polimer Sürümü ile standartlara nasıl uyum sağlayabileceğinizi öğrenin.
Elektronik montajlarda önemli bir arıza kaynağı termal genleşme ve bunun neden olduğu sorunlardır. Termomekanik Analiz, bu ürün arızalarının önlenmesine yardımcı olabilir.
FR4 - elektronik endüstrisinde en yaygın kullanılan kompozit
FR4 (FR= alev geciktirici) ve türevleri (FR2, FR3, FR5) elektronik devre kartları ve elektronik montajlar için açık ara en yaygın kullanılan temel malzemelerdir. FR4'ün destek malzemesi ince, kumaş benzeri bir tabaka halinde dokunmuş fiberglastan oluşur. Cam kumaş daha sonra alev geciktirici bir epoksi reçine ile emprenye edilir. Ortaya çıkan düşük maliyetli kompozit serttir, güvenilir bir şekilde yalıtır ve çoğu çevre koşulunda iyi performans gösterir. Diğer taraftan, epoksi reçine matrisi, takviye edici cam kumaştan daha düşük bir Tg ve daha yüksek bir termal genleşme katsayısına sahiptir ve bir devre kartı üretim sürecinde ve potansiyel olarak kullanım sırasında birkaç termal döngüden geçtiğinde yumuşama ve genişleme eğilimindedir. Bu durum, preslenmiş malzeme bileşiğinin kısmen ayrılmasına yol açabilir ve bu da bağlantı arızalarına veya delaminasyona neden olur. Sonuç genellikle montajın başarısız olmasıdır. Termomekanik analiz (TMA) devre kartı tabanının, elektronik bileşenlerin ve bileşen malzemelerinin termal genleşmesini ölçmek için iyi bir yöntemdir.
Devre taban kartlarının belirli bir kaliteye uygun olduğundan emin olmak için, termal genleşme, camsı geçiş ve yumuşama noktasının ölçülmesini gerektiren IPC standartları uygulamaya konmuştur [bkz. IPC-TM-650 2.4.24.1 Delaminasyon Zamanı (TMA Yöntemi)].
CTE ve Tg- FR4 kompozitlerin kalite kontrolü için iki önemli değer
FR4 gibi polimer kompozitlerin kalite güvencesi için önemli malzeme özelliği camsı geçiş sıcaklığıdır (Tg). Bu, epoksi reçine yapısının yumuşamaya başladığı sıcaklık noktasıdır. Tg değerine ulaşılır ulaşılmaz, malzeme daha fazla genleşmeye başlar - tipik olarak katı haldekinden 2-3 kat daha fazla. Termomekanik analiz (TMA), polimerler, elastomerler ve kompozitler gibi çeşitli malzemelerin genleşme davranışını ve yumuşama sıcaklığını incelemek için mükemmel bir araçtır. Termal genleşme katsayısı (Doğrusal Termal Genleşme Katsayısı (CLTE/CTE)Doğrusal termal genleşme katsayısı (CLTE), sıcaklığın bir fonksiyonu olarak bir malzemenin uzunluk değişimini tanımlar.CTE), camsı geçiş sıcaklığı ve viskoelastik özellikler hakkında temel bilgiler sağlar. Çok hassas bir yöntemdir ve bazen Diferansiyel Taramalı Kalorimetri (DSC) ile tespit edilemeyen modül, kürlenme veya delaminasyondaki değişikliklerle ilişkili zayıf fiziksel geçişleri belirlemek için kullanılabilir.
Bu da onu kalite kontrol için tercih edilen bir yöntem haline getirir. FR4'ünüzün maksimum işleme sıcaklığının test edilmesi, Baskılı Devre Kartının (PCB) bileşen üretimi sırasında hasar görme olasılığını azaltır.
Delaminasyon Süresi - görünür ürün arızası
PCB, montaj sırasında, örneğin yeniden akış lehimleme fırınında termal gerilime maruz kalır. Belirli bir uygulama için malzeme selectiyonu söz konusu olduğunda delaminasyona kadar geçen süre önemlidir. Aşağıdaki şekilde bir FR4 numunesi üzerinde delaminasyona kadar geçen sürenin kaydedildiği bir ölçüm gösterilmektedir. İki ölçüm gerçekleştirilmiştir. Her ikisinde de numune test sıcaklığına kadar ısıtılmıştır. Daha sonra biri 260°C İzotermalKontrollü ve sabit sıcaklıkta yapılan testlere izotermal denir.izotermal sıcaklıkta (IPC standardına göre) ve ikincisi 300°C İzotermalKontrollü ve sabit sıcaklıkta yapılan testlere izotermal denir.izotermal sıcaklıkta tutulmuştur. 260°C'deki ilk ölçümde (yeşil çizgi), eğri ölçümün sonuna kadar düz kaldığı için TMA delaminasyon tespit etmedi. Ancak daha yüksek sıcaklık olan 300°C'de üründe bozulma görülmektedir. İkinci ölçüm, ölçümün başlamasından 28 dakika sonra ulaşılan 300°C İzotermalKontrollü ve sabit sıcaklıkta yapılan testlere izotermal denir.izotermal sıcaklıkta tutulduktan sonra 18,1 dakikalık bir Delaminasyon Süresi kaydetmektedir. TMA, testlerden önce ve sonra farklı numunelerin çekilen fotoğraflarında görülebileceği gibi, numunenin fiziksel incelemesinin sadece bir miktar renk değişikliği gösterdiği delaminasyonu açıkça tespit eder.
Bu test, 2002/95/EC sayılı "Tehlikeli Maddelerin Kısıtlanması Direktifi" (RoHS 1) Avrupa Birliği'nde yürürlüğe girdiğinden beri özellikle önemli hale gelmiştir. Elektronik ve elektrikli ekipmanlar söz konusu olduğunda bu durum, örneğin kurşun içeren lehimlerin kullanımını etkilemektedir. AB pazarında üretilen veya satılan ekipmanlar artık kurşunsuz olmak zorundadır. Bunun, FR4 dahil olmak üzere tüm bileşenlerin gerekli termal kararlılığı üzerinde büyük bir etkisi oldu.
Kurşunsuz lehim üretme süreçleri artık 260°C'ye kadar yeniden akış sıcaklıkları gerektiriyor. Önceki yeniden akıtma sıcaklıkları yalnızca 240°C idi. Bu çalışma için kullanılan FR4, 300°C sıcaklığa ulaşılana kadar delaminasyon etkileri tespit edilmediğinden hem kurşunlu hem de kurşunsuz lehimler için uygun olacaktır. Bununla birlikte, şu anda elektronik devre kartları ve elektronik montajlar için temel malzeme olarak kullanılan tüm malzemeler kurşunsuz işlemlerin yeni gereksinimlerine dayanamayabilir.
TMA ile yapılan yukarıdaki araştırma, ürün arızalarını önlemek ve müşterilerinize yüksek kaliteli ürünler sunmak için Delaminasyon Süresinin belirlenmesinin ne kadar önemli olduğunu göstermektedir. Termomekanik Analiz, malzeme uygunluğunu test etmek için IPC standardına göre uygulanır. Yeni TMA 402 F3 Hyperion® Polimer Sürümü, çok çeşitli polimer malzemeleri ölçmek için özel olarak tasarlanmıştır ve elektronik bileşen endüstrisinin kalite kontrol ihtiyaçları için çok uygundur.
