本文介绍了用差示扫描量热仪(DSC)测试覆铜板PCB玻璃化转变温度和固化因子ΔTg。
印刷电路板(PCB, Printed Circuit Board)是重要的电子部件,是电子元器件的支撑体。PCB的树脂成分发生玻璃化转变时,PCB的整体力学性能和介电性能大幅减弱,故此PCB需要足够高的Tg。DSC是测试Tg最为普遍的一种热分析手段,在发生玻璃化转变的过程中,样品的比热会出现特征性变化,即在DSC曲线上表现出台阶式的转变。
玻璃化转变温度Tg就是高分子聚合物最重要的特征性能之一,是FR-4基材等级最常见的划分方式之一,也是IIPC-4101 《刚性及多层印制板基材规范》中最重要的性能指标之一。通常认为,玻璃化转变温度越高,层压板的可靠性越高。
PCB使用DSC玻璃化转变温度测试标准可参考IPC-TM-650 2.4.25。除了玻璃化转变温度以外,固化度也会影响材料的使用温度、强度、膨胀系数、失效情况等性质。由于增强材料和其他填料的存在,PCB无法像聚合物基体材料一样通过测量残余固化热来判断固化程度。大量的研究和实践经验表明,Tg强烈依赖于固化程度。因此可以将材料再次经历固化条件,对比再次固化前后的Tg变化,得出固化程度的结论。IPC-TM-650 2.4.25,将再次固化前后的Tg分别定义为Tg1和Tg2,将两次Tg之差(Tg2-Tg1)定义为固化因子ΔTg。为了便于比较,标准还规定,以玻璃化转变台阶的中点或拐点温度作为Tg。
图1为某覆铜板PCB的DSC玻璃化转变温度结果。第一次加热的Tg1为133.3℃,第二次加热的Tg2为136.2℃。由此可以获得固化因子ΔTg为2.9℃。
环氧体系的PCB,目前行业中标准认为ΔTg大于5℃时,材料的固化程度不完全,需要提高固化程度;当ΔTg小于5℃时,产品固化完全。但要注意,即使ΔTg<0,材料也是固化完全的。如随着实验加热次数的增加,玻璃化转变温度会降低,也意味着该产品的热稳定性能相对较差,会可能出现无法承受很多次返工操作。这也需要综合研究材料性能,再确认需要更改工艺条件,或是否更换原料。
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