熱分析-DMA 熱分析儀(DSC、DMA、TMA)在CCL/PCB產業之應用【更新日期: 2023/12/19】

【更新日期: 2023/12/19】

什麼是CCL/PCB?

銅箔基板（Copper clad laminate，CCL）為製造印刷電路板(Printed circuit board，PCB)最主要之基材。CCL/PCB製程中很重要的部份，一為樹脂硬化程度，一為熱壓合條件的控制及post-cure 時間；前者常用DSC(熱示差掃瞄卡量計)來評估，後者則可利用TMA(熱機械分析儀)、 DMA（動態機械分析儀）、DEA（介電分析儀）、Rheometer（流變測試儀）在反應溫度過程中觀察其熱壓合過程的黏度變化，最後常用DSC或 DMS(DMA) 來作品管分析工具。

什麼是銅箔基板?

銅箔基板是由樹脂、補強材和金屬箔：基板（Laminate）、膠片（Prepreg）、銅箔（Copper foil）三者所組成。樹指，一般是指高分子樹脂，常用的有：環氧樹脂、酚醛樹脂、聚胺甲醛、矽酮及鐵氟龍等；環氧樹脂是其中應用最為廣泛的一種熱固性樹脂，在PCB業界佔有十分重要的地位。在一般的時候，環氧樹脂呈現低黏度的形態，對於加工十分便利；在常溫或是加熱的環境下，經由添加適當的硬化劑進行硬化反應，可以得到三次元結構的硬化物。交聯之後的環氧樹脂為熱固性的高分子材料，具有以下幾種特性：

容易硬化：在 5℃~150℃的環境之下，環氧樹脂可以簡單且快速進行硬化反應，並且硬化溫度隨著所選擇不同的硬化劑而改變。
低體積收縮率：這是環氧樹脂一個十分重要的特性，在硬化過程中相較於一般的樹脂，環氧樹脂的體積收縮率大約為3%，遠遠低於一般樹脂的10% 體積收縮率。因此多用於尺寸要求較為精密用途的機械、電機方面。
良好的黏著性：硬化後的樹脂具有極性的羥基及醚基，造成環氧樹脂的黏著特性。
良好的機械性質：環氧樹脂相較於其他形式的樹脂有較好的機械特性，這是因為環氧樹脂在硬化過程中體積收縮率低，因此有較好的機械特性。
良好的絕緣性質：硬化後的環氧樹脂因為長鏈上存有雙鍵結構的極性官能基團，因為雙鍵的共振，可以有效的吸收外來電子，進一步阻止電子的傳送，因而形成良好的絕緣特性。
良好的抗化學性質：硬化後的樹脂產物因為具有極性的羥基，並且由於羥基旁的極性官能基團的影響，使得羥基上的氧原子上所帶的電子產生共振的情形，造成抗酸鹼的特性。

綜合上面所提到的，可以得知環氧樹脂擁有與一般樹脂所不同的特性，因此亦廣泛的應用於被覆、電子元件基材、結構黏著劑、複合材料、航空工業、運動器材及軍事工程等工業用途方面。

什麼是基板工業?

基板工業是一種材料的基礎工業，是由介電層（樹脂Resin，玻璃纖維Glass fiber），及高純度的導體(銅箔Copper foil )所構成的複合材料（Composite material）。印刷電路板製造，主要分為三個程序：

A stage：指預浸料（Prepreg）製造過程中，其補強材料的玻纖布或棉紙，在通過膠水槽進行含浸工程時，該樹脂之膠水（Varnish，也譯為清漆水或凡立水，液態底材，一般為環氧樹脂），尚處於單體且被溶劑稀釋的狀態，稱為A-Stage。
B stage：「Prepreg」是「pre-impregnated」的縮寫，意思為預備浸漬，指玻璃纖維或其它纖維浸漬底材（液態環氧樹脂）經加熱恆溫過程，使部份聚合產生具黏著性的半乾狀態而稱之。業界一般稱Carbon fiber prepreg為碳纖維預浸布，其底材（環氧樹脂）此時是B-stage，即是將熱固型樹脂聚合至預備硬化階段(即樹脂之B-stage)。
C stage：銅箔與膠片在高溫條件下經過熱壓合（多層或是單層）硬化成的最終狀態，製成銅箔基板。

在B stage，使用熱示差掃描卡量計(DSC)可量測樹脂之反應性，根據量測結果找出最適加工條件，以提升樹脂之轉化率及將黏度控制在一穩定範圍，利於後段製程之加工；由圖一可看出第一次升溫時，材料交連溫度在150~260℃。