Electrónica. PCB. Tg, CTEZ y las implicaciones del "Prueba Estándar"

28/10/2010

Hemos hablado de la temperatura de transición vítrea (Tg), y las tasas de expansión térmica (CTE) con anterioridad, pero parece que hay cierta confusión sobre cómo se analiza y qué significan los resultados en términos prácticos. Tg y CTE_Z, no son simplemente números generados para llenar un bloque en una hoja de datos. Tampoco se trata de toda la historia, en cuanto a la aplicabilidad de un material para su aplicación prevista. Otras características, como la química de materiales, la temperatura de descomposición térmica (Td) y exposición al calor de pruebas a corto plazo ( T288, T300, etc), son también elementos de determinar la idoneidad de un producto para la fabricación, montaje y uso final. Diferentes métodos de determinación de Tg (TMA, DSC, DMA), se dan diferentes resultados numéricos, un poco y puede servir para hacer una ficha de datos de buscar una peor), un poco o mejor. Pero recuerde que el material, es lo que se debe a su composición química y la composición, y mientras que las pruebas pueden ser útiles en la selección de materiales, no siempre, siempre, siempre dicen toda la historia. 

Normalmente, el proceso de fabricación y el montaje son más exigentes, que las condiciones de uso final, porque los dispositivos montados en la mayoría de las placas, se producirá un error antes de la junta en una alta exposición a temperaturas puro. Igualmente, la mayoría de PTP en la fabricación, montaje y uso nunca verá las temperaturas en el que la descomposición química rápida, se llevará a cabo (a menos que esté usando un estilo viejo sistema de reflujo de infrarrojos y no tener cuidado de que modifica la absorción de la radiación, con características únicas de los materiales que está utilizando). ¿Cuáles son los principales impactos de Tg y CTE_Z, en un sistema de laminado?

1. 
   
   O por encima de la Tg, la CTE_Z, aumenta sustancialmente. Debido al movimiento molecular aumenta, el CTE_Z es de cuatro a cinco veces más grandes por encima de la Tg, ya que está por debajo.En un sistema epoxi típicos, podría ser que el 60 ppm ° C / por debajo de la Tg se traducirá en 250 ppm / ° C o más por encima de ella. 
   
   
   
   El impacto principal de la expansión, Z-Dirección, es que las cepas del cobre en un plateado a través del agujero. Cuanto mayor sea la cantidad de expansión laminado, en relación a la de la propia del cobre, mayor será la presión sobre el cobre en el agujero. Si el cobre PTH, no tiene alargamiento suficiente, o si por ciclos térmicos frecuentes el cobre es "endurecido trabajo", se puede desarrollar grietas que luego crecerá, con el tiempo a medida que la temperatura se completa un ciclo. Y, una vez que se inicia una grieta, que puede seguir para propagar a pesar de la expansión, en el uso no será tan grande como lo fue durante la fabricación de tableros, y de reunión. Grietas pequeñas (tal vez ni siquiera visible en secciones, o no se encuentran en cada sección transversal), son considerados como "vicios ocultos" que puede regresar, mientras que la tarjeta está en uso intermitente se abre, o un aumento inesperado en la resistencia que pueden afectar la integridad de señal. 
   
   
   
   Recuerde que cuanto más cerca del CTE_Z ,es la de cobre (alrededor de 17 ppm / ° C), la cepa menos será puesto en la chapa en el agujero, y la fuerza de menos (estrés) se aplicará que tienden a estirarse, crack o el trabajo del cobre en el agujero del barril. 
   
   
2. 
   
   Por encima de la Tg, las resinas tienden a ser más suave y puede "ensuciar" ,durante la perforación, ya que las temperaturas broca superior a la Tg, debido a la acumulación de calor por fricción, o se pueden exhibir reducida fuerza de la cáscara como resultado de la almohadilla de elevación.

Medición de la Z-Axis CTE, de acuerdo con el IPC-4101 es el siguiente:

3.10.1.11 Z-Axis CTE: Cuando las muestras sean examinados de conformidad con la Tabla 3-1, el CTE-eje Z, se cumplen los valores que se especifican en la orden de compra, o en la hoja de especificaciones aplicables. Nota: Los especímenes de prueba deben ser construidos de tal manera que su espesor se 1,5-2,36 mm [0.0591-0.0929 en], de espesor y con un contenido de resina retenidas de 40 a 45%.

Como consecuencia de este requisito las pruebas estandarizadas, (que sólo pueden satisfacer el uso de vidrio pesado), tales como estilos de 7628 o 7642, con contenido de resina de baja) muchos materiales son reportados como eje de expansión de coeficientes-Z y Z-dirección del movimiento total, que es materialmente menor (nunca mejor dicho!), de la hoja de datos que sugieren.En una aplicación en la PTH fiabilidad es especialmente crítica, debido a la expectativa de-temperatura de proceso de alta o severa o condiciones de uso del medio ambiente, la expansión de un alto contenido de resina MLB, será considerablemente mayor que la de un "IPC-4101", de ensayo de materiales estándar. En el siguiente gráfico, comparamos alta Tg-4 (Tg ~ 170 ° C), y dos grados FR de poliimida ambos con Tg de 250 ° C, pero se trata de una poliamida estándar, y otro es el de EP2 Arlon, el aumento de cerámica poliimida rellenarse, de una CTE_Z, que está muy cerca de el coeficiente de dilatación del cobre.







Como es obvio que la expansión total de los materiales, depende tanto de Tg (el sistema epoxi comienza a expandirse, a un ritmo elevado en alrededor de 170 ° C mientras que los materiales de poliamida comenzar a expandirse a una tasa superior en alrededor de 250 ° C), y la composición de la material. El sistema de llenado, que tiene un inherentemente inferiores CTE, tanto por el volumen de carga inorgánica (que no tiene una Tg), y el contenido de resina reducida debido al desplazamiento de la carga, así como el vidrio, se producen un esfuerzo mucho menos en el cobre. El resultado será menos de expansión para cualquier excursión dado térmica, y una reducción de grietas incluso con menor ductilidad de la galjanoplastia. Con menos posibilidades de vicios ocultos, la máxima fiabilidad de las juntas debe ser mucho mayor.



En el siguiente gráfico, desde un trabajo de Knadle et al. al. [1] indica que el efecto dramático de las consecuencias prácticas de esto: Hay un aumento dramático en el tiempo medio hasta el fallo en el campo, cuando se utiliza mayor Tg / bajar materiales de expansión dirección Z  Si bien esta carta no se refiere específicamente, a la diferencia de expansión. entre el material y el cobre de la PTHs, el principio es claro y los efectos son muy reales y repetibles.







Esto no pretende ser una advertencia, de no confiar en las hojas de datos, en su mayor parte, los datos presentados por todos nosotros en la industria, se destina a ser exactos y para representar a la metodología estándar, cuando sea posible, a efectos comparativos, pero no se olvide. que los métodos estándar de prueba, puede dar lugar a una  comparación de "manzanas con naranjas", si usted no entiende los detalles detrás de los resultados individuales, y probablemente no se ocupará de lo que experimentará en los consejos reales realizados, en su propio diseño y uso de las variaciones en los materiales que la norma métodos no anticipar.

Referencia: 



1. Kevin T. Knadle y Virendra R. Jadhav, "La prueba está en la PTH - Garantizar la confiabilidad de la Vía Los transportistas Chip de grueso de Cableado Impreso Salas," las tecnologías de interconexión de Endicott, Inc., ponencia presentada en la Electronic Components 2005 y Conferencia de Tecnología





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Chet Guiles es un graduado de la Universidad de New Haven con una Licenciatura en Química (1971) y de la Universidad de Syracuse de Europa del Este Instituto idiomas en la lengua rusa (1963, mientras que en servicio activo en la USAF). Tras su servicio militar, Chet trabajado en las áreas de la metalurgia a la corrosión (Olin investigación de los metales), y el PVC y la tecnología del caucho de silicona (Automatización de Industrias). Antes de unirse a Arlon, en 1979, Chet trabajó como químico investigador principal en la investigación Pennwalt Corporación realizar en la estabilización de PVC.



En Arlon, Chet se ha desempeñado en una serie de funciones, entre ellas Director Técnico del Grupo de caucho de silicona en Alemania, Gerente de Aseguramiento de Calidad para el funcionamiento de Delaware Microondas Materiales de la División de Director Técnico y, más recientemente, como Director de Desarrollo de Nuevos Negocios para la Sustratos electrónico División. Retirado en 2004, Chet ahora actúa como consultor a tiempo parcial de Arlon.



Chet tiene varias patentes de EE.UU. y ha escrito y publicado ampliamente en los últimos 30 años en el área de materiales para los PCB. Su clásico "Todo lo que siempre quiso saber sobre el Laminados, pero se atrevió a preguntar", fue publicado recientemente en una 9 ª edición en noviembre de 2008, disponible en línea en formato pdf enwww.arlon-med.com.