2026-07-14 11:57:46, 珀金埃尔默 珀金埃尔默企业管理(上海)有限公司
典型应用之二
基于动态力学多频分析法(DMA)的环氧基印制电路板性能分析与研究
环氧树脂种类繁多,广泛应用于各个领域。环氧树脂以其高性能著称,被用作粘合剂、涂料、增强塑料以及玻璃纤维和碳纤维等复合材料的基体,这些材料在严苛条件下仍能保持完整。环氧树脂是热固性聚合物树脂,其树脂分子含有一个或多个环氧基团。其化学性质可以调整,以根据最终用途需求优化分子量或粘度。这使得环氧树脂能够用于多种多样的应用。
环氧树脂的应用范围非常广泛,包括集成电路的包封成型、表面涂层、电气元件和LED的防护层、高压电绝缘体、玻璃纤维浸润以及结构部件的粘合等。环氧树脂在电子工业中扮演着重要角色,用于生产绝缘体、电机、变压器和发电机。此外,环氧树脂是保护电子设备免受灰尘、潮湿和短路等环境因素影响的理想屏障材料。它们也用于制造粘合剂、塑料、油漆、涂料、底漆和密封剂、地板以及建筑和施工应用中的材料,因此分析和理解环氧树脂的性能非常重要。
本应用文章展示了使用珀金埃尔默DMA 8000动态热机械分析仪,通过DMA表征环氧树脂基印刷电路板(PCB)机械性能的能力。对PCB模量的测量为制造商提供重要的参数信息。此外,精确测量的玻璃化转变温度,为材料提供了可使用的温度范围信息。
珀金埃尔默DMA 8000
实验
动态热机械分析(DMA)是研究松弛行为最合适的方法之一。该方法还可测量材料刚度,而刚度则直接影响材料在实际应用中的适用性。玻璃化转变(Tg)是任何材料研究的关键过程,可以通过DMA轻松观测。若需精准测定弹性模量,三点弯曲试样构型是最优选用形式。由于无需对样品进行“夹持”,仪器对测量的影响降至最低。DMA的工作原理是对材料施加一个振荡力,并测量样品的位移。由此可以确定刚度,并计算出模量和阻尼系数(tan δ)。Tan δ是损耗模量与储能模量的比值。通过测量位移相对于施加力的相位滞后,可以确定材料的阻尼特性。Tan δ随温度变化作图,玻璃化转变通常表现为一个峰,因为材料在通过玻璃化转变时会吸收能量。
近年来,随着电子制造业准备采用无铅焊料,对印刷电路板(PCB)物理特性进行测量的需求显著增加。欧洲立法规定,2006年中期以后销售的电气设备不应含有任何铅焊料。这一挑战促使人们在PCB制造中开发研究新材料。材料在不同温度下的刚度(和模量)以及玻璃化转变温度,对于用作电气元件的任何材料来说都是至关重要的参数。
样品安装在三点弯曲夹具中,并在开始DMA实验前冷却至-150°C。
表1.
结果与结论
图1显示了该材料的玻璃化转变,表现为tan δ的峰值和模量的下降。曲线呈现显著的频率依赖性,证明该转变属于松弛转变。转变前后材料模量基本保持稳定,分别约为2.3×1010 Pa和5.0×109 Pa。以tan δ峰值对应的温度作为玻璃化转变温度时,其数值随测试频率变化,介于142.6℃至151.8℃之间。
图1.拉伸模式下的样品夹具(点击查看大图)
这些数据是从-150℃的起始温度开始采集的。通过放大低温数据的比例,可以观察到另一个松弛事件(如图2所示)。这个δ转变显然是一个松弛过程,因为在模量和tan δ数据中都观察到了频率依赖性。这表明DMA是监测这些低温转变的绝佳技术。
图2.铝样品产生的位移(点击查看大图)
通过选择三点弯曲夹具,已经证明可以为此环氧树脂基PCB材料获得精确的模量。玻璃化转变温度也可以轻松表征。此外,由于DMA对观察此类事件的高灵敏度,还识别出了一个δ松弛。用于本实验的仪器温度可低至-190℃,因此甚至可以轻松观察到更低温度的转变。
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