印刷电路板（PCB）的热分析

Morgan Ulrich | Gray Slough
January 22, 2024

印刷电路板（PCB）几乎是所有电子应用的支柱。提高 PCB 的性能和可靠性对于 PCB 项目至关重要，更小的印记和更高的可维护性可增强电路板的功能。然而，要确保在不同条件下的使用寿命和性能的一致性，则需要进行详细的分析。

热分析是 PCB 开发过程中的重要工具，该技术可让我们了解材料在不同温度下的行为，以确保材料的稳定性。具体到 PCB，热分析对于评估涂层和粘合剂的固化性能非常重要，而涂层和粘合剂是防止可导致腐蚀和电路板降解的湿气侵入的关键材料。

此外，热分析提供了一种定量方法来比较各种涂层的性能并评估 PCB 材料的固化程度，从而提高生产效率。它还有助于比较层压板和粘合剂在不同温度范围内的性能，降低因热和应力而导致产品失效的风险。最后，热分析支持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

在这里，我们将探索专为 PCB 评估而量身定制的五项关键的热分析技术，阐明它们在提高产品性能和可靠性方面的核心作用。

Electronic circuit board close up

印刷电路板（PCB）研究中使用的五项技术

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，还是专注于评估最终产品稳定性的后期产品开发工作，这五项热分析技术和仪器都可以简化您的工作流程。以下概述了 PCB 热分析的五项关键技术：

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，已将 TA 的 TMA 用于跟踪 PCB 树脂玻璃化转变的变化，并将这些变化与表面光洁度和热冲击相关联。2

在一项特定研究中，应用 TA Instruments TMA 分析非导电粘合树脂的化学改性可如何影响与填料分散相关的热性能。3 该过程包括分析材料的热膨胀性能，然后使用该数据计算热膨胀系数并跟踪玻璃化转变的变化。该评估有助于确定相关材料在特定温度范围内的适用性，以及是否可能因过度膨胀而在 PCB 中产生不需要的应力。

热重分析（TGA）

热重分析（TGA）测量样品重量随温度的变化。TGA 的一项关键应用是评估材料的热稳定性。在一项研究中，研究小组利用 TA TGA 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。该团队的目标是验证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典型的高热稳定性产生负面影响。4 该研究体现了 TGA 在评估材料热特性方面的成效，而材料热特性是 PCB 开发中的一个关键因素。

差示扫描量热法（DSC）

差示扫描量热法（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均是如此。DSC 测量提高样品温度所需的热量，是表征转化潜热、材料转化温度和热容等特性的有效方法。

动态力学分析（DMA）

动态力学分析（DMA）分析材料响应如何随外力和温度的变化而变化。其中的一项应用是观察材料如何响应加载和 PCB 的制备而发生变化。该分析还可与提高温度相结合，以更好地了解 PCB 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，因其显著的实验便利性而闻名。在这项技术中，通常应用由激光或氙气源产生的强烈闪光来传递脉冲热量。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。可根据该数据计算材料的热导率。

闪光扩散率可精确测量热传输并可对 PCB 进行精确表征。一组研究人员使用该技术来研究用作相变材料的镍钛合金的热性能，以改善大功率电子设备的热管理。6

TA Instruments 的热分析解决方案

热分析方法可帮助 PCB 开发的所有阶段（从原型阶段到最终产品）。上述所有研究均利用了 TA Instruments 业界领先的热分析设备。

由于 TA Instruments 的设备具有卓越的可靠性、测量准确性以及用户友好和高效的操作，行业专业人士通常非常信任 TA Instruments 的设备。请联系 TA Instruments 的电子专家，以了解我们最先进的电子热分析解决方案可如何加快您的产品开发进程，并协助您为客户提供更优质的产品。

参考文献和进一步阅读

  1. Tian, S., Luo, Y., Chen, J., He, H., Chen, Y., & Zhang, L. (2019). A Comprehensive Study on The Accelerated Weathering Properties of Polypropylene—Wood Composites with Non-Metallic Materials of Waste-Printed Circuit Board Powders. Materials, 12(6), 876. https://doi.org/10.3390/ma12060876
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. TA Instruments. Characterization of printed circuit board materials by DMA. https://www.tainstruments.com/pdf/literature/TA392.pdf
  6. 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
  7. 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

其他资源