TA有"材" | 5种表征技术在印刷电路板(PCB)中的作用

2024-03-22 17:21:50, 助您更懂“材”的 TA仪器

印刷电路板(PCB)几乎是所有电子应用的支柱。对于定制PCB项目而言，提高其性能和可靠性至关重要，因为在这些项目中，更小的基底面和更高的可维护性可带来更强的功能。然而，要确保在不同条件下的使用寿命和一致性能，就需要进行详细的分析。

以热分析为例，它是PCB开发中的重要工具，使我们能够了解材料在不同温度下的行为，并确保材料的稳定性。具体来说，在印刷电路板方面：

热分析对于评估涂层和粘合剂的固化性能非常有价值，这些材料对于防止湿气侵入至关重要，湿气侵入会导致腐蚀和电路板降解；

热分析还提供了一种定量方法，用于比较各种涂层的性能和评估PCB材料的固化程度，从而提高生产效率；

热分析还有助于比较层压板和粘合剂在不同温度范围内的性能，降低产品因热和应力而失效的风险；

热分析有助于报废产品的回收利用，例如通过研究由PCB废料制成的复合材料^[1]。

下文中，我们将探讨专为PCB评估量身定制的五种关键表征分析技术，揭示它们在提高产品性能和可靠性方面的核心作用。无论您是从事评估层压板或固化程度的早期产品开发工作，还是专门从事评估最终产品稳定性的后期产品开发工作，都能简化您的工作流程。

用于印刷电路板(PCB)

研究的五种技术

热重分析(TGA)

热重分析 (TGA) 可测量样品在温度变化时的质量。TGA的一个主要应用是评估材料的热稳定性。在一项研究中，一个研究小组利用他们的Discovery TGA系列热重分析仪来检测本征黑色聚酰亚胺薄膜的热稳定性。聚酰亚胺薄膜以其优异的环境稳定性而闻名，可用于柔性印刷电路板。研究小组的目标是验证他们生产本征黑色聚酰亚胺薄膜的工艺不会对标准聚酰亚胺薄膜的典型高热稳定性产生负面影响^[2]。这一例子体现了TGA在评估材料热特性方面的功效，而这正是PCB开发中的一个关键因素。

差示扫描量热分析(DSC)

差示扫描量热分析(DSC)是测量固化行为的理想技术，无论固化过程涉及加热还是光照。DSC可测量样品升温所需的热量，是表征转变潜热、材料转变温度和热容等特性的有效方法。

热机械分析(TMA)

热机械分析(TMA)非常适合观察玻璃化转变温度附近的材料行为。在研究中，TA仪器的Discovery TMA系列热机械分析仪已被用于跟踪PCB树脂玻璃化转变及膨胀系数，并将这些变化与表面处理和热冲击联系起来^[3]。

在一项研究中，TA仪器的TMA热机械分析仪被用来分析对不导电粘合剂树脂的化学改性如何影响其与填料分散有关的热物理特性^[4]。这一过程包括分析材料的热膨胀特性，随后使用该数据计算热膨胀系数并跟踪玻璃化转变的变化。这一评估有助于确定有关材料在特定温度范围内的适用性，以及它是否会因过度膨胀而在印刷电路板中造成不必要的应力。

动态机械分析(DMA)

动态热机械分析(DMA)可分析材料的力学响应如何随外力和温度的变化而变化。其中一种应用是观察材料在加载和印刷电路板制备过程中的响应变化。这种分析还可以与提高温度相结合，以更好地了解印刷电路板对焊接等工艺的反应^[5]。

闪光扩散率

闪光扩散率是一种常用于测量热扩散率和热导率的方法，以其显著的实验便利性而闻名。在这种技术中，通常由激光或氙气光源产生的强烈闪光会产生脉冲热量。随后，使用检测器(通常是红外传感器)对热能在材料中的扩散情况进行量化。根据这些数据可以计算出材料的热导率。

闪光扩散率可以精确测量热传输和PCB的特性。一组研究人员利用它来研究一种镍钛合金的热特性，这种合金被用作相变材料，用于改善大功率电子设备的热管理^[6]。

沃特世-TA仪器

电子材料表征解决方案

现如今虽然电子产品的创新已经取得了长足的进步，但新设计只有在耐用、实用和安全的基础上才能成功。从原型阶段到最终产品，热分析方法可以为PCB开发的各个阶段提供帮助, 而卓越的材料表征可在各阶段有效提升PCB性能。上述所有研究都使用了TA仪器的分析设备。TA仪器因其产品卓越的可靠性、测量准确性以及友好高效的操作多年来持续深受行业专业人士的信任。

Discovery TGA系列热重分析仪可配备25位自动进样器，兼具高敏重量测量、精准温度控制、高效气氛控制和稳定的自动化功能。专利红外加热炉可实现超宽的加热和冷却速率，超低漂移的高容量天平带来超准实时数据。测试环境控制炉独家5年质保承诺。

Discovery DSC系列差示扫描量热仪拥有专利的融合量热单元以及独特的热流技术和压样器，稳定自动进样，强大软件支持，直观触屏操作，提供标杆级的灵敏度、精准性、重现性、易用性和稳定性。测试环境控制炉独家5年质保更安心。

Discovery TMA系列热机械分析仪具有丰富夹具选择，小质量加热炉提供宽范围精准温控，宽量程、高分辨率传感器实现高敏精确测量，非接触式无摩擦电机可适配各类样品，更有强大软件、APP式触屏和测试环境控制炉5年质保，性价比超群。

Discovery DMA 850动态热机械分析仪配备非接触式电机、无摩擦空气轴承和宽量程光学编码器，提供更宽温度控制、更优形变控制、更快动态响应，配合强大的软件支持和便捷的触控操作，20+夹具可选，轻松获得准确且可重复的数据。

Discovery Flash系列闪射分析仪可在-175℃至2800℃温度范围内提供真实测量，且无需进行外推。多样品自动进样器配合多种样品架和固定装置可选，外加专有灯光散射技术、全时脉冲映射、精密光学和最新数据分析模型的加持，使之成为功能性和精确性的不二选择。

ElectroForce®系列负载框架采用专有的直线电机技术以及先进的控制和分析软件，由无摩擦动磁式电机驱动，配备HADS传感器以及灵活方便的框架功能，可提供200N-15000N的多种负荷范围和框架配置，适合测试多种材料、组件和器械。

由于篇幅所限，PCB表征的详细应用无法在本文中详述。欢迎您与我们联系，交流更多电子材料表征的具体应用，并了解TA仪器先进的电子材料表征解决方案可如何加快您的产品开发，帮助您为您的客户提供更优质的产品。点击文末“阅读原文”让我们倾听您的声音，您还可以获得由Electronic Design®编制出版的电子书《材料选择如何决定印刷电路板的成败》。

参考文献与延展阅读

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Ren, X., Zhang, Y., Liu, Y., Yang, C., Dai, S., Wang, X., & Liu, J. (2022). Preparation and Properties of Intrinsically Black Polyimide Films with CIE Lab Color Parameters Close to Zero and High Thermal Stability for Potential Applications in Flexible Printed Circuit Boards. Polymers, 14, 3881. https://doi.org/10.3390/polym14183881

Froš, D., Dušek, K., & Vesel, P. (2021). Investigation of Impacts on Printed Circuit Board Laminated Composites Caused by Surface Finish Application. Polymers, 13, 3203. https://doi.org/10.3390/polym13193203

Lee, T. Y., Su, M., Yong, K., Ko, H., Ho, Y., & Sehoon, K. (2020). Epoxy/silane pre-synthesis improving thermal properties and adhesion strength of silica ‑ filled non ‑ conductive adhesive for fine-pitch thermocompression bonding. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 31(2), 1227–1235. https://doi.org/10.1007/s10854-019-02634-w

TA Instruments. Characterization of printed circuit board materials by DMA. https://www.tainstruments.com/pdf/literature/TA392.pdf

Sharar, D. J., Wilson, A., & Tsang, H. (n.d.). Intra- and inter-device passive thermal management using solid-solid Nickel Titanium phase change materials. 2022 21st IEEE Intersociety Conference on Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems (ITherm), 1–7. https://doi.org/10.1109/iTherm54085.2022.9899587

Carey, T., Arbab, A., Anzi, L., Bristow, H., Hui, F., Bohm, S., Wyatt-moon, G., Flewitt, A., Wadsworth, A., Gasparini, N., Kim, J. M., Lanza, M., Mcculloch, I., Sordan, R., & Torrisi, F. (2021). Inkjet Printed Circuits with 2D Semiconductor Inks for High-Performance Electronics. Advanced Electronic Materials, 7, 2100112. https://doi.org/10.1002/aelm.202100112

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