DSC测试覆铜板PCB玻璃化转变温度Tg和固化因子ΔTg

本文介绍了用差示扫描量热仪(DSC)测试覆铜板PCB玻璃化转变温度和固化因子ΔTg。

印刷电路板（PCB, Printed Circuit Board）是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体。PCB的树脂成分发生玻璃化转变时，PCB的整体力学性能和介电性能大幅减弱，故此PCB需要足够高的Tg。DSC是测试Tg最为普遍的一种热分析手段，在发生玻璃化转变的过程中，样品的比热会出现特征性变化，即在DSC曲线上表现出台阶式的转变。

玻璃化转变温度Tg就是高分子聚合物最重要的特征性能之一，是FR-4基材等级最常见的划分方式之一，也是IIPC-4101 《刚性及多层印制板基材规范》中最重要的性能指标之一。通常认为，玻璃化转变温度越高，层压板的可靠性越高。

PCB使用DSC玻璃化转变温度测试标准可参考IPC-TM-650 2.4.25。除了玻璃化转变温度以外，固化度也会影响材料的使用温度、强度、膨胀系数、失效情况等性质。由于增强材料和其他填料的存在，PCB无法像聚合物基体材料一样通过测量残余固化热来判断固化程度。大量的研究和实践经验表明，Tg强烈依赖于固化程度。因此可以将材料再次经历固化条件，对比再次固化前后的Tg变化，得出固化程度的结论。IPC-TM-650 2.4.25，将再次固化前后的Tg分别定义为Tg1和Tg2，将两次Tg之差（Tg2-Tg1）定义为固化因子ΔTg。为了便于比较，标准还规定，以玻璃化转变台阶的中点或拐点温度作为Tg。

图1为某覆铜板PCB的DSC玻璃化转变温度结果。第一次加热的Tg1为133.3℃，第二次加热的Tg2为136.2℃。由此可以获得固化因子ΔTg为2.9℃。

环氧体系的PCB，目前行业中标准认为ΔTg大于5℃时，材料的固化程度不完全，需要提高固化程度；当ΔTg小于5℃时，产品固化完全。但要注意，即使ΔTg<0，材料也是固化完全的。如随着实验加热次数的增加，玻璃化转变温度会降低，也意味着该产品的热稳定性能相对较差，会可能出现无法承受很多次返工操作。这也需要综合研究材料性能，再确认需要更改工艺条件，或是否更换原料。