测量低损耗材料在多次层压后的可靠性

台燿科技股份有限公司(Taiwan Union Technology Corporation，简称TUC)提供用于制造印制电路板的覆铜板和介电树脂复合材料。这些树脂复合材料的性能达到并超过了客户的目标，并显示由于多次层压周期（高达10次）导致树脂物理性能的退化。本文介绍了TUC如何评估由于多次层压后树脂结构的变化。

基于应力-应变曲线的聚合物降解

该曲线描述了使用介质损耗角正切G”与G’之比测量聚合物降解的方法。对于聚合物大分子材料，通过测量树脂复合材料界面和附着力，以及它们如何在加工过程中共同决定聚合物的特性来评估降解。聚合物与聚合物界面的强度取决于其形成过程中的结构。

可以通过应用应力-应变曲线的原理来分析这些树脂复合材料上的累积循环，该曲线是应力（通过测量施加在样品上的负荷得出）和应变（通过测量样品的变形得出）之间关系的图形表示。

应力-应变曲线为设计工程师提供了应用设计所需的一些重要参数，通过逐渐向样品施加载荷并测量变形获得。这些曲线揭示了材料的许多特性，如杨氏模量、屈服强度和极限抗拉强度。实验室仪器可在低机械力条件下评估这些响应，也称为黏弹性特性。为了研究温度对聚合物刚性和弹性的影响，还包括受控加热和冷却实验。

评估方法

在本次评估中，我们使用动态力学分析(dynamic mechanicalanalysis，简称DMA)研究并表征储能模量(E＇)、损耗模量(E＂)、损耗因子（即介质损耗角正切）随温度的变化关系。通过采用树脂复合材料的玻璃转化温度获取所有数据。

根据弹性模量和储能模量，我们可以计算G”与G’的比值——介质损耗角正切，显示材料的相对阻尼程度。这是材料在防止分子重排和内耗造成的能量损耗方面的效率指标。介质损耗角正切的切线或tanδ量化了材料吸收和损耗的方式。它表示冲击力和传递到支撑体的合力之间的异相时间关系，而损耗模量和储能模量是给定介质损耗角正切的属性。

我们选择并评估了3种主要用于高速设计和应用的已知TUC树脂复合材料。

表1：树脂材料特性

观察

根据客户要求，我们进行了多次顺序层压，并在每次热层压后测量了介质损耗角正切。数据表明，所有3种树脂复合材料均满足客户的设计要求。在T2Sp的第二次层压周期中，我们确实观察到介质损耗角正切的初始下降，但其总体上没有达到疲劳结果，因此避免了过早疲劳。即使在进行了多达10次顺序层压后，数据显示第6个周期和第10个周期之间的介质损耗角正切没有显著差异，这表明所有树脂复合材料都可以承受多次层压周期，如图1和图2所示的第8个和第10个周期。

图1：第8次压合周期后材料的介质损耗

图2：第10次层压周期后材料的介质损耗

收集3种树脂复合材料的数据并分析。Tg是加热、冷却速率的函数。我们通过损耗模量测量能量耗散，以确定顺序层压周期期间复合材料的硬度和刚性。数据表明，这些树脂复合材料之间的焓特征存在差异（图3和图4）。

图3：从储能模量开始的玻璃化转变温度

图4：每次层压周期后的介电损耗角正切值变化趋势

结论

数据表明，这些树脂结构可以承受多达10个顺序层压周期，且没有明显的介质损耗角正切下降。2个层压周期后，DMA位移数据没有显著变化。然而，在6次层压周期后，T2Sp逐渐存在两位数的位移，而T2A和T4N在10次层压周期中一直保持个位数的位移。T2Sp和T2A都是高Tg、无卤树脂复合系统，而T4N是溴化树脂复合系统。

通过了解聚合物界面及相间多相系统中的表面和界面现象，介质损耗角正切量化了材料吸收和耗散能量的方式。因此，介质损耗角正切最终是材料性能和有效性的指标。

更多内容可点击这里查看，文章发表于《PCB007中国线上杂志》22年4月号，更多精彩原创内容，欢迎关注“PCB007中文线上杂志”公众号。

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