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强文推荐 | 印制电路板玻璃化转变温度的表征——热机械分析法（TMA）

TA仪器
2022.9.16
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作者 TA仪器

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——引言

根据经典的自由体积理论，处于玻璃态的聚合物随温度升高而发生的膨胀，主要是由于分子膨胀造成的，包括分子振动幅度的增加和键长的变化；到玻璃化转变点时，分子的热运动已具有足够的能力，且自由体积也开始解冻而参加到膨胀过程中去；当温度达到玻璃化转变温度以上，除了这种正常的膨胀过程外，还有自由体积本身的膨胀。因此，高弹态的膨胀系数比玻璃态的膨胀系数高。

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TMA，全称静态热机械分析仪，可以测量样品的尺寸变化情况。随着温度的升高，层压板中的聚合物成分从玻璃态进入高弹性，线性膨胀系数开始增大。依据转变前的膨胀系数αg和转变后膨胀系数αr的差异性，可获得转变温度，即Tg。

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图1 HDI材料的TMA测试结果（z方向）

图1为某HDI材料z方向的TMA结果（依据IPC-TM-650 2.4.24.5）。第一次加热至热松弛过程结束后，随后的第二次加热的结果显示，Tg前的α1为28.84μm/(m·℃)，Tg后的α2为245.728.84μm/(m·℃)，Tg为160.840℃。
CTE也可以反映PCB是否完全固化。如层压板固化不够完全，当再次达到固化条件后，会继续固化。交联键数量增加，使得体系的膨胀受限，玻璃态的膨胀系数随之降低。同时，交联度的提高也使得分子链的运动更加困难，玻璃化转变温度也出现相应程度的提高。

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图2 PCB（已去除热历史）两次加热的TMA结果


图2为去除热历史后的样品（z轴）两次加热的结果。经过一次加热后，α1降低了14.8%，Tg提高了10℃，证明该层压板并没有固化完全，可能在后续生产时可能会引起缺陷。



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