00040-热分析技术在印刷电路板研发和质量控制中的应用.pdf
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1、 1 热分析技术在印刷电路板的研发和质量控制中的应用 所谓热分析技术是表征材料的性质与温度关系的一组技术,它在定性、定量表征材料的热性 能、物理性能、机械性能以及稳定性等方面有着广泛地应用,对于材料的研究开发和生产中的质量 控制都具有很重要的实际意义。 目前热分析技术在电子材料的研究开发和质量控制中愈来愈成为不可或缺的重要手段之一。热 分析技术对于电子材料可提供如下性质指标的测试: 软化温度 Tf、玻璃化温度 Tg。 固化热 固化度 固化温度 最大固化速率 固化完全 组分分析 降解温度 尺寸稳定性 热膨胀系数 应力松弛 硬度(模量)测量 阻尼或能量吸收性能 该文以印刷电路板为例,详细展现了不同
2、热分析技术,在从不同角度综合评估材料性能上的应 用的可能性。 导论 印刷电路板(P C B )是用来承载印刷电子元件回路的基体板,它通常是以树脂作为黏合剂将玻璃 纤维和铜箔压制而成。印刷电路板的实际使用要求如下: 合适的结构硬度和尺寸的准确性。 较低的热膨胀(焊料、操作温度的影响),由于 P C B是各向异性的,因此在各个不同方向 (长度、宽度、厚度)的热膨胀系数是不同的。 足够高的软化温度,因为当树脂发生软化时,整个 P C B的力学性能和介电性能都会发生较大 的偏移 耐热稳定性高。由于焊料的操作和实际使用过程中的热聚集,极容易使树脂发生降解,而这 种降解常常伴随气体的逸出而造成整个 P C
3、 B 的分层,从而损坏 P C B 的结构。 阻燃性能。高性能的F R 4 标准板具有较好的阻燃性能。 热分析技术 D S C T M A T G A 所测物理性质 能量变化 尺寸 质量 测量结果、获得信息 比热 0 挥发、干燥 0 0 玻璃化温度、软化 0 0 耐热稳定性 0 0 0 分层 0 反应动力学、反应时间以及在特定温度下的稳定性 0 0 分解气体产物分析E G A 0 组分分析 0 0 线膨胀系数 0 溶剂溶胀 0 梅特勒- 托利多热分析应用 2 实验设备 M E T T L E R - T O L E D E O S T A R e 热分析系统; 差示扫描量热仪 D S C 8
4、2 2 e (带有自动进样器和空气制冷装置); 热机械- 差热联用仪 T M A / S D T A 8 4 0 ; 热重- 差热联用仪 T G A / S D T A 8 5 1 e L F 1 1 0 0 ,在某些测试实验中可与质谱仪( B a l z e r s T h e r m a S t a r )或傅立叶红外仪(M a t s o n G e n i u s )偶联而进行气体产物的分析。 D S C 测量 D S C (差示扫描量热)技术是用来测量任何与材料焓变有关的热流的变化。正如表中所列,D S C 技术主要用来测定 P C B 的玻璃化转变温度和 P C B 中所用树脂的固
5、化度。 如果在第二次的D S C扫描中,玻璃化温度的转变点有很大地提高,这就说明P C B 中的树脂固化反 应地不完全; P C B在长期的储存过程很可能从环境中吸收水分或受溶剂的作用 形成焓的松弛效应, 这些效应都会在 D S C 的第一次扫描中反一映出来(见图1 )。 图 1 F R 4的 D S C图谱(升温速率:1 0 K / m i n ):第一次测量扫描显示:在 9 0 附近有吸热效应, 这是由于 F R 4中水分的挥发致,水分的含量为 0 . 0 1 % ;在第二次的扫描中,则未见类似的吸热 峰,玻璃化转变温度则由第一次扫描的 1 2 9 . 3 升至第二次扫描时的 1 3 0
6、. 8 。 另外,P C B的比热 Cp也可以通过 D S C 曲线来测定。F R4的 Cp值从 1 0 0 的 0 . 8 9 J / g k升至 1 4 0 的 1 . 0 5 J / g k ,纯环氧树脂的典型比热值 0 . 3 5 J / g k 。 T M A 测量(热机械分析) T M A可以用来测量 P C B在零负载下的尺寸变化或在某一固定负载下的形变。M E T T L E R T O L E D E O的 T M A 仪器的分辨率为 0 . 0 1 m ,这使得在普通显微镜下看不出的变化能被 T M A 技术检测到。 图 2 显示的是 F R 4 在 Z - 方向上的两次T
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