熱分析技術(shù)在印刷電路板的研發(fā)和質(zhì)量控制中的應(yīng)用

1、熱分析技術(shù)在印刷電路板的研發(fā)和質(zhì)量控制中的應(yīng)用.txt如果背叛是一種勇氣，那么接受背叛則需要更大的勇氣。愛情是塊磚，婚姻是座山。磚不在多，有一塊就靈；山不在高，守一生就行。本文由lyzibm貢獻(xiàn)doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。熱分析技術(shù)在印刷電路板的研發(fā)和質(zhì)量控制中的應(yīng)用件類型:PDFAdobeAcrobat文件大小:字節(jié)更多搜索:分析技術(shù)印刷電路研發(fā)質(zhì)量控制中的應(yīng)用1熱分析技術(shù)在印刷

2、電路板的研發(fā)和質(zhì)量控制中的應(yīng)用文所謂熱分析技術(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)量控制中愈來愈成為不可或缺的重要手段之一.熱分析技術(shù)對于電子材料可提供如下性質(zhì)指標(biāo)的測試:軟化溫度Tf玻璃化溫度Tg.固化熱固化度固化溫度最大固化速率固化完全組分分析降解溫度尺寸穩(wěn)定性熱

3、膨脹系數(shù)應(yīng)力松弛硬度(模量)測量阻尼或能量吸收性能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不同方向(長度寬度厚度)的熱膨脹系數(shù)是不同的.足夠高的軟化溫度因?yàn)?/p>

4、當(dāng)樹脂發(fā)生軟化時整個PCB的力學(xué)性能和介電性能都會發(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.熱分析技術(shù)DSCTMATGA所測物理性質(zhì)能量變化尺寸質(zhì)量測量結(jié)果獲得信息比熱0揮發(fā)干燥00玻璃化溫度軟化00耐熱穩(wěn)定性000分層0反應(yīng)動力學(xué)反應(yīng)時間以及在特定溫度下的穩(wěn)定性00分解氣

5、體產(chǎn)物分析EGA0組分分析00線膨脹系數(shù)0溶劑溶脹0梅特勒托利多熱分析應(yīng)用2實(shí)驗(yàn)設(shè)備METTLERTOLEDEOSTARe熱分析系統(tǒng)差示掃描量熱儀DSC822e(帶有自動進(jìn)樣器和空氣制冷裝置)熱機(jī)械差熱聯(lián)用儀TMASDTA840熱重差熱聯(lián)用儀TGASDTA851eLF1100℃在某些測試實(shí)驗(yàn)中可與質(zhì)譜儀(BalzersThermaStar)或傅立葉紅外儀(MatsonGeniusⅡ)偶聯(lián)而進(jìn)行氣體產(chǎn)物的分析.DSC測量DSC(差示掃描量

6、熱)技術(shù)是用來測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)主要用來測定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在長期的儲存過程很可能從環(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)都會在DSC的第一次掃描中反一映出來(見圖1).圖1FR4的DSC圖譜(升溫速率:10Kmin):第一次測量掃描顯示:在90℃附近

7、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℃升至第二次掃描時的130.8℃.另外PCB的比熱Cp也可以通過DSC曲線來測定.FR4的Cp值從100℃的0.89Jgk升至140℃的1.05Jgk純環(huán)氧樹脂的典型比熱值0.35Jgk.TMA測量(熱機(jī)械分析)TMA可以用來測量PCB在零負(fù)載下的尺寸變化或在某一固定負(fù)載下的形變.METTLERTOLED

8、EO的TMA儀器的分辨率為0.01μm這使得在普通顯微鏡下看不出的變化能被TMA技術(shù)檢測到.圖2顯示的是FR4在Z方向上的兩次TMA掃描:最初FR4樣品在30℃恒溫10分鐘(確保達(dá)到溫度平衡)在任何情況下第一次掃描的TMA曲線與隨后掃描的幾次TMA曲線總是不同的這是因?yàn)榈谝淮螔呙璧腡MA曲線常常能反映出FR4板在制造過程所受到的應(yīng)力的影響或在存放過程中因3內(nèi)應(yīng)力的松弛而引起的長度的變化以及因不平坦區(qū)域的逐步變平而引起的體積松弛.我們通常

9、采用第二次掃描的TMA曲線作定量的計算.圖2FR4的TMA圖譜(升溫速率:5Kmin)圖3FR4板在各個不同方向(XYZ)的膨脹曲線并顯現(xiàn)出FR4板在288℃附近的解體分層.4圖4FR4板在各個不同方向(XYZ)的線膨脹系數(shù).圖3圖4顯示的是FR4樣品在三個不同方向的線膨脹系數(shù):dL1=————DtL0線膨脹系數(shù)的單位是106℃1.體積膨脹系數(shù)是與三個方向的測量所得的線膨脹系數(shù)相互之間的確切角度密切相關(guān)的.玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的比較圖5顯示的

10、是用不同熱分析技術(shù)測得的FR4板的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度由圖可知由DSC技術(shù)測得的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度略高于由TMA技術(shù)測得的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度這是由于不同的升溫速率和不同技術(shù)的系統(tǒng)誤差所致.TGA測量熱失重技術(shù)(TGA)主要用來測量FR4板在加熱過程中的質(zhì)量變化可以很好表征FR4板中的有機(jī)物熱分解過程.不同組成的樣品在不同的氣氛下熱分解所形成的揮發(fā)性產(chǎn)物和殘留物是不同的.在實(shí)際測量過程中在空氣氣氛下的起始分解溫度可以很好地比較不同F(xiàn)R4板的熱穩(wěn)定性.D

11、TG曲線來自于對TG曲線的微分求導(dǎo)它與樣品的分解失重速率成正比.而同步的SDTA曲線則反應(yīng)整個加熱過程所產(chǎn)生的吸熱和放熱效應(yīng)這對解析整個分解失重過程十分有用.如圖6中的在300℃的吸熱效與導(dǎo)致FR4板的阻燃效應(yīng)密切相關(guān)在450~550℃FR4分解產(chǎn)物在空氣中燃燒殘余物為玻璃纖維.圖7則顯示的是FR4板在不同升溫速率下的TG曲線.升溫速率不同其始分解溫度不同.因此沒有真正意義上的分解溫度.而分解失重的動力學(xué)對于考察和預(yù)估材料在不同溫度條件

12、下的熱穩(wěn)定性具有十分重要的實(shí)際應(yīng)用價值.METTLERTOLEDO的STARe軟件能提供兩種動力學(xué)軟件:n級5動力學(xué)和非模型動力學(xué)其中n級動力學(xué)軟件適用于理想反應(yīng)狀況而非模型動力學(xué)(METTLERTOLEDO的特有動力學(xué)軟件)與實(shí)際反應(yīng)具有很好的吻合性具有很好的實(shí)際應(yīng)用前景(圖8).圖5玻璃化溫度的DSC測試和TMA測試的比較圖6FR4的TGA圖譜:由TGA曲線可知整塊板的分解分為兩步失重的總量為41.9%這相當(dāng)于FR4板內(nèi)樹脂的含量殘

13、余物為玻璃纖維大約為57.6%.DTG曲線則表明FR4板在300℃分解得最快SDTA曲線則說明在500℃呈現(xiàn)最大的放熱峰在300℃有一吸熱峰疊加在放熱峰上.6圖7升溫速率TGA測量結(jié)果的影響圖8非模型動力學(xué)軟件對FR4板對在不同溫度條件下的穩(wěn)定性的預(yù)估.左下圖:三種不同升溫速率的TGA曲線右下圖:三種不同升溫速率的轉(zhuǎn)化率曲線右上圖:非模型動力學(xué)的轉(zhuǎn)化率活化能關(guān)系曲線左上圖:在不同溫度條件下的穩(wěn)定性預(yù)估:如果5%的失重被認(rèn)為是穩(wěn)定的那么在

14、130℃140℃150℃的條件下FR4板分別能保證性能穩(wěn)定的時間范圍分別是11.7個月4.4個月和1.7個月.7分解產(chǎn)物的偶聯(lián)MS分析(TGAMS)分解產(chǎn)物的偶聯(lián)FTIR分析(TGAFTIR)通過偶聯(lián)的質(zhì)譜儀和傅立葉紅外光譜儀可對熱分解產(chǎn)物進(jìn)行定性定量的分析(圖9).圖9FR4板的DTG曲線和質(zhì)譜MS所記錄的HBr濃度曲線結(jié)論熱分析技術(shù)能為表征材料的性能提供十分全面有用的信息:對于日常的質(zhì)量控制和保證單獨(dú)的質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)的控制可以選擇單獨(dú)