DSC測(cè)試覆銅板PCB玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg和固化因子ΔTg

本文介紹了用差示掃描量熱儀(DSC)測(cè)試覆銅板PCB玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和固化因子ΔTg。

印刷電路板（PCB, Printed Circuit Board）是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體。PCB的樹脂成分發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)，PCB的整體力學(xué)性能和介電性能大幅減弱，故此PCB需要足夠高的Tg。DSC是測(cè)試Tg最為普遍的一種熱分析手段，在發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變的過程中，樣品的比熱會(huì)出現(xiàn)特征性變化，即在DSC曲線上表現(xiàn)出臺(tái)階式的轉(zhuǎn)變。

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg就是高分子聚合物最重要的特征性能之一，是FR-4基材等級(jí)最常見的劃分方式之一，也是IIPC-4101 《剛性及多層印制板基材規(guī)范》中最重要的性能指標(biāo)之一。通常認(rèn)為，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越高，層壓板的可靠性越高。

PCB使用DSC玻璃化轉(zhuǎn)變溫度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)可參考IPC-TM-650 2.4.25。除了玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以外，固化度也會(huì)影響材料的使用溫度、強(qiáng)度、膨脹系數(shù)、失效情況等性質(zhì)。由于增強(qiáng)材料和其他填料的存在，PCB無法像聚合物基體材料一樣通過測(cè)量殘余固化熱來判斷固化程度。大量的研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，Tg強(qiáng)烈依賴于固化程度。因此可以將材料再次經(jīng)歷固化條件，對(duì)比再次固化前后的Tg變化，得出固化程度的結(jié)論。IPC-TM-650 2.4.25，將再次固化前后的Tg分別定義為Tg1和Tg2，將兩次Tg之差（Tg2-Tg1）定義為固化因子ΔTg。為了便于比較，標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定，以玻璃化轉(zhuǎn)變臺(tái)階的中點(diǎn)或拐點(diǎn)溫度作為Tg。

圖1為某覆銅板PCB的DSC玻璃化轉(zhuǎn)變溫度結(jié)果。第一次加熱的Tg1為133.3℃，第二次加熱的Tg2為136.2℃。由此可以獲得固化因子ΔTg為2.9℃。

環(huán)氧體系的PCB，目前行業(yè)中標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為ΔTg大于5℃時(shí)，材料的固化程度不完全，需要提高固化程度；當(dāng)ΔTg小于5℃時(shí)，產(chǎn)品固化完全。但要注意，即使ΔTg<0，材料也是固化完全的。如隨著實(shí)驗(yàn)加熱次數(shù)的增加，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度會(huì)降低，也意味著該產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性能相對(duì)較差，會(huì)可能出現(xiàn)無法承受很多次返工操作。這也需要綜合研究材料性能，再確認(rèn)需要更改工藝條件，或是否更換原料。