IEC 61189-2-803:2023
Методы испытаний электрических материалов, печатных плат и других соединительных конструкций и сборок. Часть 2-803. Методы испытаний на расширение базовых материалов и печатных плат по оси Z.

Стандартный №

IEC 61189-2-803:2023

Дата публикации

2023

Разместил

International Electrotechnical Commission (IEC)

Последняя версия

IEC 61189-2-803:2023

сфера применения

Углубленный технический анализ стандарта IEC 61189-2-803

Стандарт IEC 61189-2-803, опубликованный Международной электротехнической комиссией (МЭК), является ключевой технической спецификацией для испытаний электронных материалов. Он предоставляет стандартизированные методы испытаний для определения характеристик теплового расширения по оси Z подложек и печатных плат. Опубликованный в 2023 году, этот стандарт отражает растущие требования к термической надежности в современной технологии электронной сборки.

---

Предпосылки разработки стандартов и технологического развития

Поскольку электронные изделия перемещаются в сторону более высокой плотности и меньших размеров, размерная стабильность печатных плат (ПП) под термическим напряжением стала критическим фактором, влияющим на надежность продукта. Несоответствия коэффициента теплового расширения (КТР) по оси Z могут привести к таким видам отказов, как растрескивание паяных соединений и расслоение внутренних слоев. При разработке настоящего стандарта Технический комитет IEC TC91 полностью учел необходимость точной характеристики тепловых свойств материалов в современном электронном производстве и сохранил техническое соответствие существующим стандартам, таким как IPC-TM-650 2.4.24C.

---

Стандартизированная процедура испытания

Стандарт определяет подробный процесс испытания: сначала предварительно обработайте образец при температуре 105 °C ± 2 °C в течение 2 ч ± 0,25 ч, а затем охладите его до комнатной температуры в среде с низкой влажностью. Поместите охлаждённый образец в центр испытательного стенда TMA, чтобы убедиться, что образец лежит ровно.

Параметры испытания: начальная температура не превышает 30°C, а температура измеряется со стандартной скоростью 10°C/мин до достижения 260°C или других температур, соответствующих сварке. В течение всего процесса испытания датчик TMA прикладывает усилие от 1 до 100 мН к поверхности образца и регистрирует данные об изменении толщины в зависимости от температуры в режиме реального времени.

---

Метод расчета коэффициента теплового расширения

Стандарт содержит полные формулы для расчета коэффициента теплового расширения по оси Z для областей ниже и выше температуры стеклования (Tg):

Расчет КТР ниже Tg: α(AB) = [(tB-tA)×10⁶] / [tA×(TB-TA)]

Расчет КТР выше Tg: α(CD) = [(tD-tC)×10⁶] / [tA×(TD-TC)]

Где температурная точка A приблизительно равна комнатной температуре (30 °C), температурные точки B и C расположены по обе стороны от точки стеклования материала, а температурная точка D является температурой пайки (обычно 260 °C). Процент расширения по оси Z рассчитывается с использованием диапазона температур от 50°C до 260°C.

Технические параметры	Требования IEC 61189-2-803	Традиционные методы испытаний	Технические преимущества
Точность испытаний	±0,001 мм	±0,01 мм	В 10 раз лучше
Диапазон температур	30°C до 260°C	От комнатной температуры до 150°C	Температуры процесса пайки

Общее расширение

Диапазон температур	Формула расчета	Физическое значение	Значение применения
Ниже Tg	α(AB)	Характеристики теплового расширения стекловидного материала	Оценка надежности работы при низких температурах
Выше Tg	α(CD)	Характеристики теплового расширения высокоэластичного материала	Оценка совместимости со сварочным процессом
50-260°C Диапазон	Фактическое общее расширение в зоне температур процесса	Прогнозирование отказа из-за термического напряжения

---

Требования к отчету об испытаниях и целостность данных

Глава 9 стандарта определяет 11 пунктов информации, которые должны быть включены в отчет об испытаниях: номер ссылки метода испытаний и уровень редакции, имя испытателя, дата испытания, идентификация и описание материала испытания, начальная толщина образца, лабораторные условия окружающей среды, используемая скорость сканирования, расчетное расширение по оси Z выше и ниже Tg, процентное расширение по оси Z между 50 °C и 260 °C, информация о конфигурации образца для испытания печатной платы и любые отклонения от определенного метода испытаний.

Этот стандартизированный формат отчетности обеспечивает сопоставимость и прослеживаемость результатов испытаний, предоставляя единую платформу обмена данными для поставщиков и пользователей материалов.

---

Рекомендации по внедрению стандарта и передовой опыт

Основываясь на технических требованиях настоящего стандарта, рекомендуется обратить внимание на следующие ключевые моменты при внедрении: во-первых, разработать комплексную процедуру калибровки и обслуживания оборудования для обеспечения долгосрочной стабильности оборудования TMA; во-вторых, строго контролировать процесс подготовки образцов, особенно этапы травления и обработки кромок; и в-третьих, поддерживать стабильную лабораторную среду, поскольку колебания температуры и влажности могут повлиять на повторяемость результатов испытаний.

Для испытания различных типов материалов рекомендуется создать базу данных материалов для сбора исторических данных испытаний, чтобы обеспечить поддержку выбора материала и оптимизации процесса. Кроме того, рекомендуется обмениваться методами и результатами испытаний с партнерами по цепочке поставок для содействия технологическому прогрессу и повышению качества во всей отрасли.

---

Тенденции развития технологий и перспективы стандарта

В связи с растущим спросом на надежность электроники в таких новых приложениях, как 5G, Интернет вещей и автомобильная электроника, важность испытаний на тепловое расширение по оси Z становится все более заметной. В будущем стандарты могут развиваться в сторону более высоких температурных диапазонов (например, выше 300 °C), более высоких скоростей испытаний и онлайн-мониторинга. Более того, ключевой тенденцией станет интеграция с технологиями моделирования, позволяющая использовать данные испытаний для поддержки CAE-анализа и оптимизации конструкции изделия.

IEC 61189-2-803, как базовый стандарт для испытаний тепловых характеристик электронных материалов, продолжит оказывать техническую поддержку отрасли и способствовать развитию электронного производства в направлении повышения надежности и производительности.