为什么玻璃化转变温度在电子封装应用中很重要

       什么是玻璃化转变温度？

       人们通常认为粘合剂能在环境压力很大的情况下保持稳定。热量可以改变材料的化学特性和耐久性，对粘合剂的稳定性带来了独特的挑战。玻璃化转变温度（Tg）这一属性有助于更好地理解粘合剂的承受能力。科学期刊《自然-通讯》将 Tg 定义为“向脆性玻璃态的转变，是精准预测共轭聚合物的属性，对于设计柔软、可拉伸或柔性电子产品至关重要”。在这一温度或温度范围，自由体积（分子链之间的间隙）增加了2.5倍。简而言之，知道一种材料的玻璃化转变温度即可知道材料何时从刚性状态变更为柔性状态，反之亦然。

       高Tg通常需要热固化来实现，并且Tg会受到湿气的影响，因此温度和湿度控制是生产过程的重要组成部分。受Tg影响的其它属性包括热膨胀系数（CTE）、晶片剪切、搭接剪切和模量。

       玻璃化转变温度是如何测量的？

       实验室技术人员可以通过观察一种材料的物理特性在特定温度范围内的变化来计算出Tg。有多种可用的测试方法，每种方法都有可能影响结果的轻微差异。在质量控制或研究情况下，通常使用一种以上的方法。

• 差示扫描量热仪（DSC）：有热通量和功率差两种形式，在不同的热度下对样品和参照物进行比较。
• 动态力学分析（DMA）：一种高敏感度的选择，DMA对样品施加正弦应力并监测其反应。
• 热力学分析（TMA）：使用机械探针，在受控的力、时间和温度下测量尺寸变化。

       建议与经验丰富的实验室合作，因为他们可以确定最适合您应用需求的正确测试或测试组合。ResinLab是Ellsworth粘合剂的姐妹公司，提供热分析测试，包括用DSC和TMA方法来测试玻璃化转变温度。

       为什么玻璃化转变温度在电子封装中很重要？

       玻璃化转变温度在各行业的封装过程中起着重要作用。例如，应用在极端天气条件下会受到非常热或非常冷的温度影响，这可能会影响粘合剂的粘合强度。如需在高温下有较高的粘合力，那么一个可提供高Tg的聚合物系统就是最好的选择。在考虑热膨胀系数（CTE）时，Tg也很重要。在Tg时，热膨胀系数从一个较低值转变为一个较高值。这种膨胀可能导致电路板上的元件被“弹”离电路板。选择一个Tg值大于电子部件热辐射上限的产品可以降低这种情况发生的可能性。

       同样，电子封装有时需要Tg值低于电子部件的热辐射下限。这些产品往往更柔软、更易弯曲。尽管它们具有较高的CTE值，但通常缺乏把元件从电路板上拆下所需的力。

       电子封装应用示例：

• 井下（定向钻井）电子设备：在石油和天然气行业中，电子设备常在地下使用，要承受极大的压力。调制解调器、磁铁、控制元件、传感器和其他电子系统可能遇到150℃或更高的温度，需要热管理技术来实现可靠的操作。
• 卡车和拖车防抱死制动系统（ABS）：ABS系统使用高Tg材料来封装在行驶过程中常被沙石击中的电子元件。
• 涡轮转速传感器：涡轮增压器将气流压缩到汽车发动机中，以提高其功率和速度。该工艺可产生高达250°C的高温，需要将传感器封装在超高Tg的材料中。
• 油压传感器：与涡轮转速传感器一样，因为油压传感器位于温度非常高的发动机内，所以必须用高Tg材料封装。
• 飞机机翼电子设备：虽然印刷电路板通常封装在飞机机翼内的密封盒中，但电子器件在飞行过程中仍然暴露在极端、快速变化的温度下，因此要求使用兼容的高Tg材料。

       用于电子封装的环氧树脂示例：

       如何确定材料的玻璃化转变温度？

       通常情况下，制造商提供的材料技术数据表（TDS）上会写明玻璃化转变温度。Ellsworth粘合剂提供了一个技术文档库，包括所有在售线上和线下产品的安全数据表、技术数据表、REACH和RoHS文件。如技术文件中没有提供玻璃化转变温度，我们团队可以联系供应商获取更多细节或与我们的姐妹公司ResinLab®协调进行实验室测试，以获得取更为全面的材料信息。

       如果不确定哪种材料合适，怎么办？

       由于要考虑许多其它化学属性，所以有时需要专家的帮助。Ellsworth粘合剂团队的Glue Doctors®拥有超过800年的化学、电气、机械和航空航天工程方面的综合经验，有能力帮助确定您的应用需求并选择合适的材料。

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来源：https://www.ellsworth.com/insights/technical-bulletins/glass-transition-temperature-electronic-encapsulation/