应用案例 | 水份会导致PCB板爆板失效？TGA联用技术告诉你答案

利用 TMA 在不同温度下测量了PCB 的爆板时间，以 10 K/min 的速率将样品加热至等温测量温度，然后保持此温度，直至观察到爆板。根据 IPC-TM-650 标准中给出的指南制备样品（在 105 °C 下干燥 2 小时，在干燥器内中冷却）。用于实验的 TMA/SDTA 2+ 预先根据参考文献中描述的等温测量程序进行了校正和校准。同时还使用TGA/DSC3和Micro GC/MS，以 10 K/min 的加热速率，按照用于 TMA 测量的方法对PCB样品进行了动态测量并监测分解气体的成分。

结果与分析

图 1 中的左图显示了在 288 °C 下测量的 5 个相同测试样品的 TMA 曲线。结果显示，288 °C 下的爆板时间具有 的可重复性 (37.5 ± 0.13 min)。位于该图右上方的图表显示了在不同温度下测量的相同样品的 TMA 曲线，时间轴位使用对数标尺。图右下方的图表显示了 PCB 爆板时间与温度的相关性，结果显示，爆板时间很大程度上取决于温度。

为了验证PCB 爆板和水份挥发是否存在关联，我们进行了TGA/DSC测试，结果见图2，结果显示，PCB分别在N2和O2中的爆板过程都是放热过程，而蒸发是一个吸热过程，因此可以推测二者没有相关性。为了确认这一结果，使用 TGA-Micro GC/MS 对PCB分解时的产生的气体行了分析。

在TGA-Micro GC/MS联用中，Micro GC/MS同时配备三种不同GC模块：MS5A 模块（用于 H2、O2、CO、CH4等气体）、PPU 模块（用于 CO2、C2 和 C3 碳氢化合物、H2O）以及 Sil-5-CB 模块（用于胺类、溶剂、BTEX、醇类、C4–C8 碳氢化合物），且使用质谱仪作为 GC 的 MS 检测器， 这套系统可同时对样品分解气体中的小分子气体、轻质量数气体和中等质量数气体进行全面检测和分析。

对于 TGA-Micro GC/MS 的测量，TGA使用温度程序与TMA 相同，即：以 10 K/min 的速率从室温加热至 288 °C，然后在 288 °C 下恒温保持 100 分钟。图 3左侧显示了测得的 TGA 曲线和相应的 DTG 曲线。在加热阶段可以看到一个失重台阶，在等温阶段可以看到较大的失重台阶。图 3 右侧显示的 Micro GC TCD 色谱图表明，在第一次少量失重期间仅释放了水和少量 CO2 ，在第二个失重步骤中释放了许多不同的气体分解产物，其中包括丙烯、丙酮和各种溴化分解产物，尤其是四溴双酚 A（TBBPA）通常用作环氧基 PCB 中的阻燃剂。

结论

在氮气或氧气中测量的爆板时间和吸放热结果类似，这意味着爆板不受氧气的影响。同时还可以将 PCB 中的水份作为爆板的因素排除在外：水份的释放是一个强吸热过程，但爆板是一个放热过程。因此，PCB 爆板是由于 PCB 中聚合物及其添加剂的分解造成的。这同时也在 TGA-Micro GC/MS 实验中得到了证实，样品在升温时会有少量水份的挥发，发生爆板时，除水份之外的其他物质（例如：CO2、丙酮与各种溴化分解产物）也同时出现。因此，如果PCB放在室内导致的少量水分吸附，在爆板测试时可以测到水份的产生，而不是水份导致PCB板的爆板分层。但如果PCB在回流焊过程中因水分急剧汽化或PCB板浸泡在水中吸附大量的水后是否会促进爆板分层，还需另外的湿热老化试验（例如双85测试）来进行验证。