珀金埃爾默賦能集成電路行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)——實(shí)現(xiàn)AI應(yīng)用“零缺陷”交付
典型應(yīng)用之二
基于動(dòng)態(tài)力學(xué)多頻分析法(DMA)的環(huán)氧基印制電路板性能分析與研究
環(huán)氧樹(shù)脂種類繁多,廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。環(huán)氧樹(shù)脂以其高性能著稱,被用作粘合劑、涂料、增強(qiáng)塑料以及玻璃纖維和碳纖維等復(fù)合材料的基體,這些材料在嚴(yán)苛條件下仍能保持完整。環(huán)氧樹(shù)脂是熱固性聚合物樹(shù)脂,其樹(shù)脂分子含有一個(gè)或多個(gè)環(huán)氧基團(tuán)。其化學(xué)性質(zhì)可以調(diào)整,以根據(jù)最終用途需求優(yōu)化分子量或粘度。這使得環(huán)氧樹(shù)脂能夠用于多種多樣的應(yīng)用。
環(huán)氧樹(shù)脂的應(yīng)用范圍非常廣泛,包括集成電路的包封成型、表面涂層、電氣元件和LED的防護(hù)層、高壓電絕緣體、玻璃纖維浸潤(rùn)以及結(jié)構(gòu)部件的粘合等。環(huán)氧樹(shù)脂在電子工業(yè)中扮演著重要角色,用于生產(chǎn)絕緣體、電機(jī)、變壓器和發(fā)電機(jī)。此外,環(huán)氧樹(shù)脂是保護(hù)電子設(shè)備免受灰塵、潮濕和短路等環(huán)境因素影響的理想屏障材料。它們也用于制造粘合劑、塑料、油漆、涂料、底漆和密封劑、地板以及建筑和施工應(yīng)用中的材料,因此分析和理解環(huán)氧樹(shù)脂的性能非常重要。

本應(yīng)用文章展示了使用珀金埃爾默DMA 8000動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀,通過(guò)DMA表征環(huán)氧樹(shù)脂基印刷電路板(PCB)機(jī)械性能的能力。對(duì)PCB模量的測(cè)量為制造商提供重要的參數(shù)信息。此外,精確測(cè)量的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,為材料提供了可使用的溫度范圍信息。
珀金埃爾默DMA 8000
實(shí)驗(yàn)
動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析(DMA)是研究松弛行為最合適的方法之一。該方法還可測(cè)量材料剛度,而剛度則直接影響材料在實(shí)際應(yīng)用中的適用性。玻璃化轉(zhuǎn)變(Tg)是任何材料研究的關(guān)鍵過(guò)程,可以通過(guò)DMA輕松觀測(cè)。若需精準(zhǔn)測(cè)定彈性模量,三點(diǎn)彎曲試樣構(gòu)型是最優(yōu)選用形式。由于無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行“夾持”,儀器對(duì)測(cè)量的影響降至最低。DMA的工作原理是對(duì)材料施加一個(gè)振蕩力,并測(cè)量樣品的位移。由此可以確定剛度,并計(jì)算出模量和阻尼系數(shù)(tan δ)。Tan δ是損耗模量與儲(chǔ)能模量的比值。通過(guò)測(cè)量位移相對(duì)于施加力的相位滯后,可以確定材料的阻尼特性。Tan δ隨溫度變化作圖,玻璃化轉(zhuǎn)變通常表現(xiàn)為一個(gè)峰,因?yàn)椴牧显谕ㄟ^(guò)玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)會(huì)吸收能量。
近年來(lái),隨著電子制造業(yè)準(zhǔn)備采用無(wú)鉛焊料,對(duì)印刷電路板(PCB)物理特性進(jìn)行測(cè)量的需求顯著增加。歐洲立法規(guī)定,2006年中期以后銷售的電氣設(shè)備不應(yīng)含有任何鉛焊料。這一挑戰(zhàn)促使人們?cè)赑CB制造中開(kāi)發(fā)研究新材料。材料在不同溫度下的剛度(和模量)以及玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,對(duì)于用作電氣元件的任何材料來(lái)說(shuō)都是至關(guān)重要的參數(shù)。
樣品安裝在三點(diǎn)彎曲夾具中,并在開(kāi)始DMA實(shí)驗(yàn)前冷卻至-150°C。
表1.

結(jié)果與結(jié)論
圖1顯示了該材料的玻璃化轉(zhuǎn)變,表現(xiàn)為tan δ的峰值和模量的下降。曲線呈現(xiàn)顯著的頻率依賴性,證明該轉(zhuǎn)變屬于松弛轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變前后材料模量基本保持穩(wěn)定,分別約為2.3×1010 Pa和5.0×109 Pa。以tan δ峰值對(duì)應(yīng)的溫度作為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí),其數(shù)值隨測(cè)試頻率變化,介于142.6℃至151.8℃之間。

圖1.拉伸模式下的樣品夾具(點(diǎn)擊查看大圖)
這些數(shù)據(jù)是從-150℃的起始溫度開(kāi)始采集的。通過(guò)放大低溫?cái)?shù)據(jù)的比例,可以觀察到另一個(gè)松弛事件(如圖2所示)。這個(gè)δ轉(zhuǎn)變顯然是一個(gè)松弛過(guò)程,因?yàn)樵谀A亢蛅an δ數(shù)據(jù)中都觀察到了頻率依賴性。這表明DMA是監(jiān)測(cè)這些低溫轉(zhuǎn)變的絕佳技術(shù)。

圖2.鋁樣品產(chǎn)生的位移(點(diǎn)擊查看大圖)
通過(guò)選擇三點(diǎn)彎曲夾具,已經(jīng)證明可以為此環(huán)氧樹(shù)脂基PCB材料獲得精確的模量。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度也可以輕松表征。此外,由于DMA對(duì)觀察此類事件的高靈敏度,還識(shí)別出了一個(gè)δ松弛。用于本實(shí)驗(yàn)的儀器溫度可低至-190℃,因此甚至可以輕松觀察到更低溫度的轉(zhuǎn)變。
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