熱分析技術(shù)在印刷電路板的研發(fā)和質(zhì)控中應(yīng)用(一)

發(fā)布于：08-17

?所謂熱分析技術(shù)是表征材料的性質(zhì)與溫度關(guān)系的一組技術(shù)，它在定性、定量表征材料的熱性能、物理性能、機(jī)械性能以及穩(wěn)定性等方面有著廣泛地應(yīng)用，對(duì)于材料的研究開發(fā)和生產(chǎn)中的質(zhì)量控制都具有很重要的實(shí)際意義。



目前熱分析技術(shù)在電子材料的研究開發(fā)和質(zhì)量控制中愈來(lái)愈成為不可或缺的重要手段之一。熱分析技術(shù)對(duì)于電子材料可提供如下性質(zhì)指標(biāo)的測(cè)試：







該文以印刷
電路板為例，詳細(xì)展現(xiàn)了不同熱分析技術(shù)，在從不同角度綜合評(píng)估材料性能上的應(yīng)用的可能性。



導(dǎo)論



印刷
電路板（PCB）是用來(lái)承載印刷
電子元件回路的基體板，它通常是以樹脂作為黏合劑將玻璃纖維和銅箔壓制而成。印刷
電路板的實(shí)際使用要求如下：



??合適的結(jié)構(gòu)硬度和尺寸的準(zhǔn)確性。



??較低的熱膨脹（焊料、操作溫度的影響），由于PCB是各向異性的，因此在各個(gè)不同方向（長(zhǎng)度、寬度、厚度）的熱膨脹系數(shù)是不同的。



??足夠高的軟化溫度，因?yàn)楫?dāng)樹脂發(fā)生軟化時(shí)，整個(gè)PCB的力學(xué)性能和介電性能都會(huì)發(fā)生較大的偏移



??耐熱穩(wěn)定性高。由于焊料的操作和實(shí)際使用過程中的熱聚集，極容易使樹脂發(fā)生降解，而這種降解常常伴隨氣體的逸出而造成整個(gè)PCB的分層，從而損壞PCB的結(jié)構(gòu)。



??阻燃性能。高性能的FR4標(biāo)準(zhǔn)板具有較好的阻燃性能。







實(shí)驗(yàn)設(shè)備



??METTLER-TOLEDEO?STARe?熱分析系統(tǒng)；



??差示掃描
量熱儀DSC822e（帶有自動(dòng)
進(jìn)樣器和空氣制冷裝置）；



??熱機(jī)械-差熱聯(lián)用儀TMA/SDTA840；



??熱重-差熱聯(lián)用儀TGA/SDTA851eLF1100℃，在某些測(cè)試實(shí)驗(yàn)中可與質(zhì)譜儀（Balzers??ThermaStar）或傅立葉紅外儀（Matson?Genius?Ⅱ）偶聯(lián)而進(jìn)行氣體產(chǎn)物的分析。



DSC測(cè)量



DSC（差示掃描
量熱）技術(shù)是用來(lái)測(cè)量任何與材料焓變有關(guān)的熱流的變化。正如表中所列，DSC技術(shù)主要用來(lái)測(cè)定PCB的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和PCB中所用樹脂的固化度。



如果在第二次的DSC掃描
中，玻璃化溫度的轉(zhuǎn)變點(diǎn)有很大地提高，這就說明PCB中的樹脂固化反應(yīng)地不完全；?PCB在長(zhǎng)期的儲(chǔ)存過程很可能從環(huán)境中吸收水分或受溶劑的作用?形成焓的松弛效應(yīng)，這些效應(yīng)都會(huì)在DSC的第一次掃描
中反一映出來(lái)（見圖1）。







圖1?FR4的DSC圖譜（升溫速率：10K/min）：第一次測(cè)量掃描
顯示：在90℃附近有吸熱效應(yīng)，這是由于FR4中水分的揮發(fā)致，水分的含量為0.01%；在第二次的掃描
中，則未見類似的吸熱峰，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度則由第一次掃描
的129.3℃升至第二次掃描
時(shí)的130.8℃。



另外，PCB的比熱Cp也可以通過DSC曲線來(lái)測(cè)定。FR4的Cp值從100℃的0.89J/gk升至140℃的1.05J/gk，純環(huán)氧樹脂的典型比熱值0.35J/gk。