Contexte:

Le décalage dimensionnel causé par la dilatation thermique est l'une des principales causes de dommages aux cartes de circuits électroniques. Pour éviter cela, des matériaux à haute conductivité thermique sont généralement utilisés pour dissiper la chaleur et des matériaux à faible dilatation sont utilisés avec des feuilles de silicium et des isolants en céramique à faible dilatation. L'analyse thermomécanique (tma) a longtemps été utilisée pour mesurer le coefficient de dilatation thermique (CTE) des panneaux de ligne, des composants électroniques et d'autres matériaux constitutifs. Il existe des méthodes d'essai standard éprouvées et fiables pour la température de transition vitreuse, le point d'inflexion de la température pour la variation du coefficient de dilatation thermique, le ramollissement de l'échantillon et la génération d'effets de libération de contraintes. Pour les produits composites lamellaires, la méthode de test correspondante de TMA peut évaluer le temps nécessaire à la destruction de la structure lamellaire structurée du matériau pendant le processus de réchauffement. La conception du TMA 4000 simplifie considérablement le processus de test décrit ci - dessus et convient parfaitement à la mesure de la dilatation de petits dispositifs à faible taux de dilatation. Cet article fournit quelques cas de test de ces méthodes standard.

TMA 4000 partie expérimentale:

Les tests de données sont tous effectués selon la procédure de test TMA standard suivante:

· purge à l'azote;

· vitesse de chauffage de 5 ou 10 °C / min;

· contrôle de la température du bain de refroidissement du corps du four à 15 ° C par circulation d'eau de refroidissement.

Résultats des tests:

Coefficient de dilatation thermique de l'axe Z de la plaque PC de 0,33 mm d'épaisseur:

Le signal de test du coefficient de dilatation thermique cte est directement proportionnel à la hauteur de l'échantillon analysé, de sorte que la mesure de la dilatation d'un échantillon de seulement 0,33 mm de hauteur est très exigeante pour la sensibilité du TMA. IPC - TM - 650 2.4.24c - "mesure de la température de transition vitreuse et de la dilatation thermique selon l'axe Z avec TMA" a été utilisé comme critère 1 dans l'expérience. Cette méthode standard exige que la hauteur de l'échantillon de panneau de ligne Composite multicouche atteigne au moins 0,5 mm. Un petit morceau est coupé dans un coin de la carte PCB multicouche comme échantillon d'essai (Figure 1) et mesuré avec un micromètre dans les directions des axes X, y et Z. Grâce à la superposition de deux couches dans la direction de l'axe Z, la hauteur de l'échantillon atteint 0,66 MM. L'échantillon est placé sur une petite base en saphir et une petite force est appliquée sur l'échantillon à l'aide d'une sonde plate, ce qui élimine non seulement les erreurs dues à la déformation de l'échantillon causée par la sonde, mais élimine également l'étape de prétraitement de l'échantillon (voir figure 1, déduction de la ligne de base pour éliminer l'influence de la base).

Figure 1. Géométrie de l'échantillon

Généralement, on n'effectue qu'une seule montée en température et on obtient la température de transition vitreuse par déplacement de la courbe; En cas de demande spéciale, l'échantillon doit être soumis à un échauffement secondaire et le coefficient de dilatation thermique des deux côtés de la transition vitreuse est obtenu à partir de la courbe de l'échauffement secondaire. D'une manière générale, la température de transition vitreuse est le point de départ du Mouvement moléculaire lié à la diminution du module et à l'augmentation du coefficient de dilatation thermique cte. La température de transition vitreuse TG obtenue par TMA est l'intersection des droites extrapolées des données de dilatation au - dessus et au - dessous de cette zone. Comme le montre la figure 2.

Figure 2. Analyse directionnelle de l'axe Z de la puce PC

Temps de la plaque explosive:

L'essai sur la dimension de l'axe Z de cet échantillon a été effectué conformément à la clause 2.4.24.1 de la norme IPC - TM - 650, expérience de la méthode d'essai temporelle stratifiée 1. Dans cette expérience, un échantillon tel que représenté sur la figure 1 est chauffé à 265 ° C, puis isotherme jusqu'à ce que la structure de l'échantillon soit détruite (communément appelée "plaque explosive"), les données sont présentées sur la figure 3.

Figure 3. Essai temporel de destruction de la structure de la couche (« plaque explosive»)

Coefficient de dilatation thermique dans la direction axiale XY d'une plaque PC de 0,33 mm d'épaisseur:

L'essai de dilatation de la puce PC dans le plan XY utilise également la méthode expérimentale de l'IPC: 2.4.41 coefficient de dilatation thermique linéaire des matériaux d'isolation électronique, qui est basée sur la méthode ASTM d696 pour les échantillons de plus petite taille 1. De même, les échantillons n'ont subi aucun nettoyage chimique ni aucun traitement d'immersion avant d'être analysés. Testé en mode expansion, aucune déduction de base n'est requise. La figure 4 représente les résultats de l'analyse du coefficient de dilatation thermique cte et de la transition vitreuse TG du plan XY. Une zone de transition vitreuse non évidente, indiquant que le remplissage en fibre de verre (et également le revêtement) inhibe efficacement l'expansion du lineboard.

Figure 4. Expansion de l'axe XY de la puce PC

Substrat de circuit flexible en polyimide:

Le Polyimide (PI) est un plastique résistant aux hautes températures qui peut être utilisé pour les connexions flexibles entre les cartes de circuit imprimé. Les voies conductrices peuvent y être imprimées sans que les performances se dégradent facilement, et la température de transition vitreuse est élevée, ce qui signifie que le matériau est dimensionnellement stable dans un large intervalle de température. La méthode standard utilisée pour cette expérience est la suivante: IPC - TM - 650 2.4.24.5 température de transition vitreuse et dilatation thermique pour les matériaux d'ancrage haute densité (HDI) et de micro - trous borgnes - méthode TMA 1.

Des bandes fines d'un échantillon de film de Polyimide de 30 microns d'épaisseur ont été découpées à l'aide d'une lame dans le sens longitudinal et en coupe transversale. L'utilisation d'une pince spéciale pour l'échantillon garantit que l'échantillon est maintenu à plat sans plis, chaque échantillon est analysé en mode étiré (géométrie de l'échantillon similaire à la figure 5).

Figure 5. L'échantillon de film est installé en mode étiré

L'échantillon garantit la stabilité de l'état thermique par chauffage répété, les résultats de l'analyse sont présentés à la figure 6, où l'essai cte a été précédé d'une déduction de la ligne de base, éliminant ainsi l'effet de dilatation du gabarit de l'échantillon (la ligne de base provient des résultats de l'essai de L'échantillon de quartz avec le même coefficient de dilatation que le matériau du corps du four).

Figure 6. Coefficient de dilatation thermique et transition vitreuse dans le sens longitudinal du film de Polyimide

La figure 7 montre les données testées avec les mêmes conditions expérimentales pour le Polyimide, mais cette fois l'échantillon analysé est recadré dans une direction perpendiculaire à la direction longitudinale.

Figure 7. Coefficient de dilatation thermique dans la direction de la section transversale du film de Polyimide

Des échantillons difficiles de l'industrie électronique ont été analysés à l'aide du TMA 4000 et de la méthode standard correspondante, ce qui montre que le TMA 4000 peut être mesuré facilement et avec précision. La technologie utilisée par le TMA 4000 offre une sensibilité, une fiabilité et des coûts de maintenance réduits.

Références:

1. Manuel des méthodes d'essai IPC - TM - 650, Institut de l'encastrement et de l'emballage des lignes électroniques, 2215 Saunders Road, Northbrook, il 60062 - 6135.