行业领先的精密仪器及衡器制造商与服务提供商梅特勒-托利多近期为中国5G全产业链关键材料性能分析和表征提供热分析解决方案。
5G作为构建万物互联的基础保障技术正趋于成熟，它带来了新一轮的科技创新周期，对全产业链器件原材料、基站天线、通信网络设备、系统集成与服务商等产生了积极影响。比如，相比于4G，5G的数据量更大、发射频率更大、工作的频段也更高，这需要基站用 PCB 有更好的传输性能和散热性能，也就意味着 5G 基站用PCB要使用高频率下低损耗、尺寸稳定性和耐热性更好的电子基材。再如，改性聚酰亚胺（MPI）凭借其损耗因子小、耐热、耐挠曲、低热膨胀系数（CTE）、易于实现微细图形电路加工等特性有望在未来5G时代脱颖而出，不仅可应用于5G天线材料，而且可用于折叠屏的柔性OLED及柔性电路板（FPC）的柔性衬底等。
针对实际的工艺生产过程以及电子器件的高温加工制程，5G产业链关键材料的一些重要性能参数需要通过热分析仪器来进行表征，并且评估其可靠性，甚至实现通过热分析技术的反馈信息优化工艺条件呢。
梅特勒-托利多提供的热分析超越系列涵盖了差示扫描量热仪（DSC）、闪速差示扫描量热仪（Flash DSC）、热失重分析仪（TGA）、同步热分析仪（TGA/DSC）、热机械分析仪（TMA）、动态热机械分析仪（DMA）和熔点仪，提供了全面的、创新的材料表征技术，实现了对5G产业链关键材料的快速、高精准、可重复的性能测试，为科学研究和工业生产提供了系统的解决方案。以下是具体案例解析：
1、5G基站用PCB的使用上限温度
玻璃化转变温度（Tg）是工程塑料使用温度的上限，而当PCB的填充树脂材料发生玻璃化转变时，PCB的整体力学性能、尺寸稳定性和介电性能都将发生较大偏移，故此 PCB需要足够高的Tg。差示扫描量热仪（DSC）是测试Tg最为普遍的一种热分析手段，在发生玻璃化转变的过程中，样品的比热会出现特征性变化，在DSC曲线上表现出台阶式的转变。梅特勒-托利多提供的DSC 3 及DSC 3+搭载多对热电偶技术的传感器，具有业内最高的量热灵敏度。遵从IPC-TM-650 2.4.25D标准测试方法，如图1所示，采用DSC3+，PCB经历了两次升温测试，得到Tg为139.13摄氏度。
图一. 根据IPC-TM-650 2.4.25D标准用DSC3+测试PCB的Tg
2、5G关键材料的热稳定性
热稳定性可以采用热失重分析仪（TGA）对材料的热分解温度Td进行测定表征，通常失重5%所对应的Td是5G关键材料最为关注的温度点。梅特勒-托利多提供的TGA 2及TGA/DSC 3+搭载梅特勒超微量天平，灵敏度高，具有行业内最好的USP最小称量值，能够测量微弱的样品质量变化，并且无可匹敌的STARe软件可以帮助实现复杂的数据分析。图2为在TGA/DSC3+下测试得到的不同供应商PI膜的TGA曲线，如1号PI膜失重5%的温度点为572.47摄氏度。该实验方法及数据分析简便易操作，可提供可重复性及高精准的数据结果，是5G关键材料热稳定性检测的最佳解决方案。
图二. TGA/DSC3+测试不同供应商PI膜的TGA曲线
3、5G关键材料的尺寸稳定性
优异的尺寸稳定性是各元器件稳定运作的结构保障，而诸如PCB和PI膜等材料必须具备足够小的线性膨胀系数CTE。然而，在实际的加工和应用场合中，PCB易受局部过热而引起基板树脂的软化、分解，并最终导致基板发生分层和爆板，所以PCB的爆板时间Td需足够长。热机械分析仪（TMA）主要应用于检测CTE、Tg、软化点、相转变等物理变化过程，并可以用来评估不同加工工艺或原材料配方之间产生的性能差异。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+是业内唯一能准确测量样品温度的TMA，位移分辨率达到0.5 nm，可以实现无需空白基线修正，并具有独家的-0.1 N的负力，帮助实现一些特殊的应用测试（如凝胶点的表征）。如图3所示为采用TMA/SDTA2+测试PCB的Td和不同供应商PI膜的CTE和Tg，根据IPC-TM-650 2.4.24.1标准方法，PCB在288摄氏度条件下的Td为2.05min，而PI膜极小的CTE和高Tg确保了尺寸的稳定性。
图三. 根据IPC-TM-650 2.4.24.1标准用TMA/SDTA2+测试PCB的td及不同供应商PI膜的CTE和Tg
实际上梅特勒-托利多的5G材料热分析仪器解决方案，已经在国内大型基站设备生产供应商得到了良好的应用。
万物互联的时代车轮已经隆隆驶来，梅特勒-托利多愿和5G全产业链原材料科研单位和生产商、硬件生产商和服务商携手筑建最稳固的基础，迎接这一时代的到来。
