梅特勒-托利多為中國5G全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵材料提供熱分析解決方案
行業(yè)領(lǐng)先的精密儀器及衡器制造商與服務(wù)提供商梅特勒-托利多近期為中國5G全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵材料性能分析和表征提供熱分析解決方案。
5G作為構(gòu)建萬物互聯(lián)的基礎(chǔ)保障技術(shù)正趨于成熟，它帶來了新一輪的科技創(chuàng)新周期，對全產(chǎn)業(yè)鏈器件原材料、基站天線、通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、系統(tǒng)集成與服務(wù)商等產(chǎn)生了積極影響。比如，相比于4G，5G的數(shù)據(jù)量更大、發(fā)射頻率更大、工作的頻段也更高，這需要基站用 PCB 有更好的傳輸性能和散熱性能，也就意味著 5G 基站用PCB要使用高頻率下低損耗、尺寸穩(wěn)定性和耐熱性更好的電子基材。再如，改性聚酰亞胺（MPI）憑借其損耗因子小、耐熱、耐撓曲、低熱膨脹系數(shù)（CTE）、易于實現(xiàn)微細圖形電路加工等特性有望在未來5G時代脫穎而出，不僅可應(yīng)用于5G天線材料，而且可用于折疊屏的柔性O(shè)LED及柔性電路板（FPC）的柔性襯底等。
針對實際的工藝生產(chǎn)過程以及電子器件的高溫加工制程，5G產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵材料的一些重要性能參數(shù)需要通過熱分析儀器來進行表征，并且評估其可靠性，甚至實現(xiàn)通過熱分析技術(shù)的反饋信息優(yōu)化工藝條件呢。
梅特勒-托利多提供的熱分析超越系列涵蓋了差示掃描量熱儀（DSC）、閃速差示掃描量熱儀（Flash DSC）、熱失重分析儀（TGA）、同步熱分析儀（TGA/DSC）、熱機械分析儀（TMA）、動態(tài)熱機械分析儀（DMA）和熔點儀，提供了全面的、創(chuàng)新的材料表征技術(shù)，實現(xiàn)了對5G產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵材料的快速、高精準、可重復(fù)的性能測試，為科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)提供了系統(tǒng)的解決方案。以下是具體案例解析：
1、5G基站用PCB的使用上限溫度
玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）是工程塑料使用溫度的上限，而當(dāng)PCB的填充樹脂材料發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變時，PCB的整體力學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定性和介電性能都將發(fā)生較大偏移，故此 PCB需要足夠高的Tg。差示掃描量熱儀（DSC）是測試Tg最為普遍的一種熱分析手段，在發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變的過程中，樣品的比熱會出現(xiàn)特征性變化，在DSC曲線上表現(xiàn)出臺階式的轉(zhuǎn)變。梅特勒-托利多提供的DSC 3 及DSC 3+搭載多對熱電偶技術(shù)的傳感器，具有業(yè)內(nèi)最高的量熱靈敏度。遵從IPC-TM-650 2.4.25D標(biāo)準測試方法，如圖1所示，采用DSC3+，PCB經(jīng)歷了兩次升溫測試，得到Tg為139.13攝氏度。
圖一. 根據(jù)IPC-TM-650 2.4.25D標(biāo)準用DSC3+測試PCB的Tg
2、5G關(guān)鍵材料的熱穩(wěn)定性
熱穩(wěn)定性可以采用熱失重分析儀（TGA）對材料的熱分解溫度Td進行測定表征，通常失重5%所對應(yīng)的Td是5G關(guān)鍵材料最為關(guān)注的溫度點。梅特勒-托利多提供的TGA 2及TGA/DSC 3+搭載梅特勒超微量天平，靈敏度高，具有行業(yè)內(nèi)最好的USP最小稱量值，能夠測量微弱的樣品質(zhì)量變化，并且無可匹敵的STARe軟件可以幫助實現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析。圖2為在TGA/DSC3+下測試得到的不同供應(yīng)商PI膜的TGA曲線，如1號PI膜失重5%的溫度點為572.47攝氏度。該實驗方法及數(shù)據(jù)分析簡便易操作，可提供可重復(fù)性及高精準的數(shù)據(jù)結(jié)果，是5G關(guān)鍵材料熱穩(wěn)定性檢測的最佳解決方案。
圖二. TGA/DSC3+測試不同供應(yīng)商PI膜的TGA曲線
3、5G關(guān)鍵材料的尺寸穩(wěn)定性
優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性是各元器件穩(wěn)定運作的結(jié)構(gòu)保障，而諸如PCB和PI膜等材料必須具備足夠小的線性膨脹系數(shù)CTE。然而，在實際的加工和應(yīng)用場合中，PCB易受局部過熱而引起基板樹脂的軟化、分解，并最終導(dǎo)致基板發(fā)生分層和爆板，所以PCB的爆板時間Td需足夠長。熱機械分析儀（TMA）主要應(yīng)用于檢測CTE、Tg、軟化點、相轉(zhuǎn)變等物理變化過程，并可以用來評估不同加工工藝或原材料配方之間產(chǎn)生的性能差異。因此，可以采用TMA表征CTE、Tg和Td。梅特勒-托利多提供的TMA/SDTA 2+是業(yè)內(nèi)唯一能準確測量樣品溫度的TMA，位移分辨率達到0.5 nm，可以實現(xiàn)無需空白基線修正，并具有獨家的-0.1 N的負力，幫助實現(xiàn)一些特殊的應(yīng)用測試（如凝膠點的表征）。如圖3所示為采用TMA/SDTA2+測試PCB的Td和不同供應(yīng)商PI膜的CTE和Tg，根據(jù)IPC-TM-650 2.4.24.1標(biāo)準方法，PCB在288攝氏度條件下的Td為2.05min，而PI膜極小的CTE和高Tg確保了尺寸的穩(wěn)定性。
圖三. 根據(jù)IPC-TM-650 2.4.24.1標(biāo)準用TMA/SDTA2+測試PCB的td及不同供應(yīng)商PI膜的CTE和Tg
實際上梅特勒-托利多的5G材料熱分析儀器解決方案，已經(jīng)在國內(nèi)大型基站設(shè)備生產(chǎn)供應(yīng)商得到了良好的應(yīng)用。
萬物互聯(lián)的時代車輪已經(jīng)隆隆駛來，梅特勒-托利多愿和5G全產(chǎn)業(yè)鏈原材料科研單位和生產(chǎn)商、硬件生產(chǎn)商和服務(wù)商攜手筑建最穩(wěn)固的基礎(chǔ)，迎接這一時代的到來。
