更新時間:2025-11-12
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印刷電路板 PCB可為電子組件提供機械支撐,它可將電子元器件固定在指定位置并進行電氣連接。幾乎所有類型的電子設備都使用 PCB。PCB是一種復合材料,通過在壓力條件下將支撐材料(玻璃纖維布)與基體(粘合劑:可固化的塑料、環氧樹脂等)一同成型的方式制成,外層由層壓在非導電基材上的薄銅箔組成。絕緣材料一般由浸在環氧樹脂(FR4、FR5) 中的玻璃纖維布組成,采用溴化物(四溴雙酚 A)作為阻燃劑 [1]。
實際上,除了電氣特性(例如:漏電流、絕緣電阻、介電常數)之外,PCB 的熱屬性也非常重要。熱屬性包括印刷電路板聚合物基體的玻璃化轉變溫度(它可以確定印刷電路板的最高可用溫度)、與印刷電路板垂直處的 CTE 以及不同溫度 (260 °C, 288 °C, 300 °C; T260, T288, T300) 下的爆板時間。在文獻中,有時會聲稱 PCB 爆板是由于印刷電路板內存在水份所致。我們通過 TGA聯用Micro GC/MS 的方法對這種情況是否屬實進行了研究。
實驗細節
利用 TMA 在不同溫度下測量了PCB 的爆板時間,以 10 K/min 的速率將樣品加熱至等溫測量溫度,然后保持此溫度,直至觀察到爆板。根據 IPC-TM-650 標準中給出的指南制備樣品(在 105 °C 下干燥 2 小時,在干燥器內中冷卻)。用于實驗的 TMA/SDTA 2+ 預先根據參考文獻中描述的等溫測量程序進行了校正和校準。同時還使用TGA/DSC3和Micro GC/MS,以 10 K/min 的加熱速率,按照用于 TMA 測量的方法對PCB樣品進行了動態測量并監測分解氣體的成分。
結果與分析

圖 1 中的左圖顯示了在 288 °C 下測量的 5 個相同測試樣品的 TMA 曲線。結果顯示,288 °C 下的爆板時間具有 的可重復性 (37.5 ± 0.13 min)。位于該圖右上方的圖表顯示了在不同溫度下測量的相同樣品的 TMA 曲線,時間軸位使用對數標尺。圖右下方的圖表顯示了 PCB 爆板時間與溫度的相關性,結果顯示,爆板時間很大程度上取決于溫度。
為了驗證PCB 爆板和水份揮發是否存在關聯,我們進行了TGA/DSC測試,結果見圖2,結果顯示,PCB分別在N2和O2中的爆板過程都是放熱過程,而蒸發是一個吸熱過程,因此可以推測二者沒有相關性。為了確認這一結果,使用 TGA-Micro GC/MS 對PCB分解時的產生的氣體行了分析。

在TGA-Micro GC/MS聯用中,Micro GC/MS同時配備三種不同GC模塊:MS5A 模塊(用于 H2、O2、CO、CH4等氣體)、PPU 模塊(用于 CO2、C2 和 C3 碳氫化合物、H2O)以及 Sil-5-CB 模塊(用于胺類、溶劑、BTEX、醇類、C4–C8 碳氫化合物),且使用質譜儀作為 GC 的 MS 檢測器, 這套系統可同時對樣品分解氣體中的小分子氣體、輕質量數氣體和中等質量數氣體進行全面檢測和分析。

對于 TGA-Micro GC/MS 的測量,TGA使用溫度程序與TMA 相同,即:以 10 K/min 的速率從室溫加熱至 288 °C,然后在 288 °C 下恒溫保持 100 分鐘。圖 3左側顯示了測得的 TGA 曲線和相應的 DTG 曲線。在加熱階段可以看到一個失重臺階,在等溫階段可以看到較大的失重臺階。圖 3 右側顯示的 Micro GC TCD 色譜圖表明,在第一次少量失重期間僅釋放了水和少量 CO2 ,在第二個失重步驟中釋放了許多不同的氣體分解產物,其中包括丙烯、丙酮和各種溴化分解產物,尤其是四溴雙酚 A(TBBPA)通常用作環氧基 PCB 中的阻燃劑。
結論
在氮氣或氧氣中測量的爆板時間和吸放熱結果類似,這意味著爆板不受氧氣的影響。同時還可以將 PCB 中的水份作為爆板的因素排除在外:水份的釋放是一個強吸熱過程,但爆板是一個放熱過程。因此,PCB 爆板是由于 PCB 中聚合物及其添加劑的分解造成的。這同時也在 TGA-Micro GC/MS 實驗中得到了證實,樣品在升溫時會有少量水份的揮發,發生爆板時,除水份之外的其他物質(例如:CO2、丙酮與各種溴化分解產物)也同時出現。因此,如果PCB放在室內導致的少量水分吸附,在爆板測試時可以測到水份的產生,而不是水份導致PCB板的爆板分層。但如果PCB在回流焊過程中因水分急劇汽化或PCB板浸泡在水中吸附大量的水后是否會促進爆板分層,還需另外的濕熱老化試驗(例如雙85測試)來進行驗證。
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