應用案例 | 水份會導致PCB板爆板失效？TGA聯用技術告訴你答案

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。