印刷電路板 (PCB) 的熱分析

Morgan Ulrich | Gray Slough
January 22, 2024

印刷電路板 (PCB) 幾乎是構成所有電子應用的支柱。提高性能和可靠性對於客製化 PCB 專案非常重要，在這些專案中，更小的元件封裝尺寸和更高的可維護性可帶來更強大的功能。然而，要確保在不同條件下的使用壽命和性能一致性，還需要進行詳細的分析。

熱分析是 PCB 開發中的重要工具，使我們能夠瞭解材料在不同溫度下的行為並確保材料穩定性。特別是在 PCB 方面，熱分析對於評估塗層和黏合劑的固化特性非常有用，這些材料對於防止濕氣滲入免於腐蝕和電路板退化可說是至關重要。

此外，熱分析還提供了一種定量方法來比較各種塗層的性能並評估 PCB 材料的固化程度，從而提高製造效率。它還有利於比較不同溫度範圍內層壓板和黏合劑的性能，從而降低因高溫和應力而導致產品故障的風險。最後，熱分析支持報廢產品的回收再利用，例如透過研究由 PCB 廢料製成的複合材料。¹

在此，我們將探討專門為 PCB 評估量身訂製的五種關鍵熱分析技術，闡明它們在提升產品性能和可靠性方面的核心作用。

印刷電路板 (PCB) 研究中使用的五種技術

無論是從事早期產品開發，評估層壓板或固化程度，還是專注於產品後期階段，評估最終產品穩定性，這五種熱分析技術和儀器都可以簡化您的工作流程。以下概述了 PCB 熱分析的五種關鍵技術：

熱機械分析法 (TMA)

熱機械分析法 (TMA)非常適合用來觀察在接近玻璃轉化溫度時的材料行為。在研究中，TA 的熱機械分析儀已被用於追蹤 PCB 樹脂在玻璃轉化時的變化，並將這些變化與表面處理和熱衝擊聯繫起來。²

在一項特定研究中，使用了 TA Instruments 的熱機械分析儀分析非導電黏合劑樹脂的化學修飾如何影響其填料分散的熱特性。³ 該過程包括分析材料的熱膨脹特性，然後使用該數據計算熱膨脹係數並追蹤玻璃轉化的變化。此評估有助於確定相關材料在特定溫度範圍內的適用性，以及是否可能因過度膨脹而在 PCB 中產生不必要的應力。

熱重分析法 (TGA)

熱重分析法 (TGA)可測量隨著時間推移，樣品在溫度變化時的質量。TGA 的一項主要應用便是評估材料的熱穩定性。在一項研究中，研究團隊利用 TA 的熱重分析儀來檢查本質型黑色聚醯亞胺薄膜的熱穩定性。聚醯亞胺薄膜以其卓越的環境穩定性聞名，可用於軟性印刷電路板。該研究團隊的目標是驗證他們生產本質型黑色聚醯亞胺薄膜的製程不會對標準聚醯亞胺薄膜中典型的高熱穩定性產生負面影響。⁴ 這項研究證明了 TGA 在評估材料熱特性方面的功效，而材料熱特性更是 PCB 開發的關鍵因素。

差示掃描量熱法 (DSC)

差示掃描量熱法 (DSC)是測量固化行為的理想技術，無論該過程是加熱固化或光固化。DSC 可測量樣品溫度升高所需的熱量，是分析轉化潛熱、材料轉化溫度和熱容量等特性的有效方法。

動態機械分析法 (DMA)

動態機械分析法 (DMA)可分析材料在受力和溫度變化下的反應。其中一項應用便是觀察材料在負載和 PCB 製備過程中的變化。該分析還可以與不斷升高的溫度相結合，以更瞭解 PCB 如何應對如焊接等過程。⁵

閃射擴散率分析法

閃射擴散率分析法是一種常用於測量熱擴散率和熱傳導率的方法，因其顯著的實驗便利性而聞名。在這項技術中，通常會由雷射或氙氣光源產生的強烈閃光來提供脈衝熱量。接著，使用偵測器（通常是紅外線感測器）對熱能通過材料的擴散情況進行量化。可以根據這些數據資料計算出材料的熱傳導率。

使用閃射擴散率分析儀可以精確測量熱傳遞和 PCB 的特性。一組研究人員利用它來研究鎳鈦合金這種相變材料的熱特性，可改善高功率電子產品的熱管理。⁶

TA Instruments 的熱分析解決方案

熱分析方法可以為 PCB 開發中所有階段，從原型階段到最終產品帶來助益。上述提到的所有研究均使用了 TA Instruments 業界領先的熱分析設備。

由於 TA Instruments 設備具有卓越的可靠性、測量準確性及易上手和操作效率高等優勢，深得業界專業人士的信賴。請聯絡 TA Instruments 的電子專家，瞭解我們一系列最先進的電子熱分析解決方案是如何加快您的產品開發，並協助您為客戶提供更優質的產品。

參考資料和延伸閱讀

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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
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
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
TA Instruments. Characterization of printed circuit board materials by DMA. https://www.tainstruments.com/pdf/literature/TA392.pdf
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
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