IEC 61189-2-8072021 电气材料、印制板和其他互连结构和组件的试验方法.第2-807部分互连结构材料的试验方法.使用TGA的分解温度（Tsubdsub）标准立项发展报告

电气材料、印制板和其他互连结构和组件的试验方法第2-807部分：互连结构材料的试验方法——使用TGA的分解温度（T_d）标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:TestMethodsforElectricalMaterials,PrintedBoardsandOtherInterconnectionStructuresandAssemblies-Part2-807:TestMethodsforMaterialsforInterconnectionStructures-DecompositionTemperature(T_d)usingTGA摘要随着电子信息技术向高频化、高密度化与高可靠性方向持续演进，印制电路板（PCB）及互连结构材料的热稳定性已成为制约电子整机性能与寿命的关键因素。分解温度（T_d）作为衡量聚合物基材料耐热劣化能力的重要指标，其测试方法的标准化对于材料筛选、工艺控制和质量认证具有基础性支撑作用。IEC61189-2-807:2021《电气材料、印制板和其他互连结构和组件的试验方法第2-807部分：互连结构材料的试验方法——使用TGA的分解温度（T_d）》由国际电工委员会（IEC）正式发布，该标准采用热重分析（TGA）技术，规定了互连结构材料分解温度的统一定义、测试条件与数据处理方法，为全球电子材料产业链提供了统一的技术判定依据。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术内容、关键参数及其与国内外相关标准体系的协调关系，深入分析了标准实施的行业意义与应用前景，并对参与修订的核心技术单位——中国电子技术标准化研究院的职能与贡献进行了介绍。报告的结论部分指出，该标准的技术框架具有显著的前瞻性与普适性，对于推动我国电子材料标准体系与国际接轨、提升高端印制板材料质量评价能力具有重要价值。关键词：分解温度；热重分析；印制板材料；IEC标准；热稳定性；互连结构；标准化AbstractWiththecontinuousevolutionofelectronicinformationtechnologytowardhigh-frequency,high-density,andhigh-reliabilitydirections,thethermalstabilityofprintedcircuitboard(PCB)andinterconnectionstructurematerialshasbecomeacriticalfactorconstrainingtheperformanceandservicelifeofelectronicsystems.Thedecompositiontemperature(T_d),asakeyindicatorforevaluatingthethermaldegradationresistanceofpolymer-basedmaterials,requiresstandardizedtestmethodstoprovidefundamentalsupportformaterialscreening,processcontrol,andqualitycertification.IEC61189-2-807:2021,publishedbytheInternationalElectrotechnicalCommission,specifiestheunifieddefinition,testconditions,anddataprocessingmethodsfordeterminingthedecompositiontemperatureofinterconnectionstructurematerialsusingthermogravimetricanalysis(TGA).Thisreportsystematicallyreviewstheprojectbackground,technicalcontent,keyparameters,andcoordinationwithrelevantdomesticandinternationalstandardsystems,analyzestheindustrysignificanceandapplicationprospectsofthestandard,andintroducesthefunctionsandcontributionsoftheChinaElectronicsStandardizationInstituteasakeyparticipatingorganization.Theconclusionpointsoutthatthetechnicalframeworkofthisstandarddemonstratesremarkableforesightanduniversality,holdingsignificantvalueforaligningChina'selectronicmaterialsstandardswithinternationalpracticesandenhancingthequalityevaluationcapabilityofhigh-endprintedboardmaterials.Keywords:Decompositiontemperature;Thermogravimetricanalysis;Printedboardmaterials;IECstandard;Thermalstability;Interconnectionstructures;Standardization一、引言1.1研究背景印制电路板作为电子产品的“骨架”与“神经网络”，承担着电气互连、机械支撑和信号传输等多重功能。近年来，随着第五代移动通信（5G）、新能源汽车电子、高密度互连（HDI）以及先进封装技术的快速发展，印制板材料面临的工作温度环境日趋严苛，对材料的热稳定性提出了更高要求。尤其在无铅焊接工艺全面推广和电子组件小型化趋势下，材料在高温加工及长期服役过程中的热分解行为直接关系到产品的可靠性水平。热重分析（ThermogravimetricAnalysis,TGA）是研究材料在程序控温条件下质量随温度或时间变化关系的经典热分析技术。通过TGA测定的分解温度（T_d）能够有效反映聚合物基体在受热条件下的耐热劣化起始点，可作为印制板覆铜板、半固化片、阻焊油墨等关键材料热稳定性评价的核心指标。然而，在IEC61189-2-807标准发布之前，不同实验室和不同产业链环节在T_d的定义取值、升温速率、气氛条件、样品制备等方面存在显著差异，导致测试结果缺乏可比性，制约了材料质量的客观评价与国际贸易的技术互认。1.2标准立项的必要性（1）产业发展的迫切需求：高速通信设备和汽车电子对印制板材料的耐热等级提出了从传统FR-4的T_d约300℃向高T_d材料350℃以上跃升的明确需求，亟需统一的测试标准支撑材料分级与选型。（2）国际标准协调的需要：尽管IPC-TM-650等标准中已有相关测试方法，但其在具体操作细节和数据报告要求方面与IEC标准体系存在差异。制定IEC层面的TGA测试方法标准，有助于消除技术壁垒，促进全球范围内的标准互认。（3）质量评价体系的完善：T_d的准确测定不仅是材料研发和质量控制的基本手段，也是印制板失效分析、寿命评估和可靠性验证的重要输入参数。标准化测试方法的确立将有效提升相关评价数据的可信度与可追溯性。二、标准概述2.1标准基本信息IEC61189-2-807:2021《电气材料、印制板和其他互连结构和组件的试验方法第2-807部分：互连结构材料的试验方法——使用TGA的分解温度（T_d）》由国际电工委员会（IEC）于2021年9月3日正式发布。该标准隶属于IEC61189系列标准框架，是该系列中专门针对互连结构材料热分解性能测试的方法标准。标准采用英语和法语双语版本发布，分类号归于“印制电路和印制电路板”领域。2.2标准适用范围该标准适用于印制电路板制造所用的各类互连结构材料，包括但不限于：-覆铜箔层压板（CCL）及其基体树脂材料-半固化片（Prepreg）-阻焊油墨及功能涂层材料-积层用绝缘介质材料-其他用于互连结构制造的聚合物基复合材料值得注意的是，标准所规定的测试方法原则上适用于在TGA测试温度范围内发生明显质量损失的热分解型材料。对于含有大量无机填料或增强材料的复合体系，该方法同样适用，但需注意填料分解或失重效应对结果判定的潜在干扰。2.3标准的制定依据与编制原则本标准的制定依据以下原则：1.方法科学性：以国际热分析界公认的TGA基本原理为基础，确保方法的可重复性和实验室间再现性。2.操作可行性：充分考虑实验室常规设备条件，避免过于复杂或特殊的测试要求。3.结果可比性：明确定义T_d的取值规则，消除不同操作者之间的主观差异。4.国际协调性：尽可能与IPC、ISO、JIS等现有标准中相关方法的协调一致，同时保持IEC标准体系的自身逻辑。三、标准技术内容详解3.1方法原理该标准所规定的TGA测试方法基于以下原理：将制备好的试样置于热重分析仪的天平系统中，在程序控温条件下（通常为线性升温），持续记录试样质量随温度变化的热分析曲线（TGA曲线）。当材料发生热分解时，分子链断裂产生挥发性小分子产物逸出，表现为试样质量的持续下降。TGA曲线上的质量损失拐点对应着材料的热分解过程，通过规定的数据处理方法即可确定分解温度T_d。标准采用的T_d定义方法通常为“外推起始温度”或“5%质量损失温度”，前者通过TGA曲线下降段切线与基线延长线的交点确定，后者则直接读取质量损失达到5%时所对应的温度值。标准对不同类型材料推荐了适用的定义方式，并允许在报告中明确标注。3.2仪器与设备要求标准对TGA仪器的关键性能指标提出了具体规定：-温度精度：在测试温度范围内，温度示值误差应控制在±2℃以内。-天平灵敏度：质量检测灵敏度不低于0.1μg，以确保质量变化的分辨能力。-升温速率控制：应能实现稳定的线性升温，升温速率偏差不超过设定值的±1%。-气氛控制：应配备质量流量控制器，支持氮气、空气等气氛条件的精确控制。此外，标准还要求仪器具备温度校准功能，并推荐使用居里点标准物质或高纯金属标准物质（如镍、铁、钴等）进行周期性的温度校准。3.3试样制备与要求试样的制备质量直接影响测试结果的准确性。标准规定了以下关键要求：-取样位置：应从层压板或板材的指定区域取样，避免边缘效应和局部缺陷。-试样形态：可采用粉末状、片状或小块状。对于增强型复合材料，推荐采用切割或研磨方式制取代表性样品。对于覆铜板样品，需先蚀刻去除铜箔后取基材部分。-试样质量：推荐质量为5~20mg。质量过小会降低信噪比，质量过大则可能产生温度梯度影响。-干燥预处理：在测试前，试样应在规定条件下进行干燥处理，以消除游离水分对初始质量的干扰。3.4测试条件与试验步骤标准推荐的标准测试条件如下：|参数|规定条件||------|----------||升温速率|10℃/min（亦可选用20℃/min，但报告中应注明）||温度范围|室温~800℃（或根据材料特性确定上限温度）||气氛|氮气，流量40~60mL/min||试样皿|氧化铝陶瓷坩埚或铂金坩埚||参比物|空坩埚（可选）|试验步骤主要包括：仪器预热与校准、空白曲线采集（浮力校正）、试样装载与质量记录、程序升温测试、数据采集与TGA曲线记录、T_d计算与结果报告等环节。3.5数据处理与结果表示标准规定，T_d的计算应从TGA曲线中按以下步骤进行：1.对TGA曲线进行必要的平滑处理，但不得显著改变原始曲线形态。2.确定分解起始区域和分解终止区域对应的基线。3.采用外推起始温度法或规定的质量损失阈值法（如5%）确定T_d值。4.报告应至少包含T_d值、所用定义、升温速率、气氛条件、样品信息等要素。测试结果的精密度要求方面，标准建议同一实验室重复性标准偏差不大于2℃，不同实验室间再现性标准偏差不大于5℃。四、标准与相关标准体系的协调性分析4.1与IEC61189系列标准的关系IEC61189-2-807:2021是IEC61189《电气材料、印制板和其他互连结构和组件的试验方法》系列标准的重要组成部分。该系列标准采用模块化结构，其中第2部分聚焦于互连结构材料的试验方法。本标准的发布填补了该系列在热分解温度测试方法方面的空白，与IEC61189-2-806（基于DSC的玻璃化转变温度测试）形成技术互补，共同构成了印制板材料热性能评价的核心方法组合。4.2与IPC标准体系的对比IPC-TM-650中的2.3.40方法（玻璃化转变温度测试）和2.4.24.6方法（TGA热分解温度测试）是行业内广泛使用的参考方法。IEC61189-2-807在技术原理上与其基本一致，但在以下方面形成了差异化：-更加强调样品制备过程的标准化与代表性-对仪器校准和验证提出了更为细化的要求-统一了数据报告中必须包含的要素，增强了结果的可比性-明确了不同材料类型的推荐测试条件两者的共存使得制造商可根据目标市场和客户要求灵活选择适用的标准体系。4.3与国际标准化发展趋势的契合当前国际电子材料标准化工作正朝着方法统一化、数据数字化和评价多维化的方向发展。IEC61189-2-807:2021顺应了“一种材料、一种方法、全球互认”的标准理念，同时其数据输出形式与材料数据库建设和人工智能辅助材料筛选的发展需求高度契合。五、标准修订的共同参与单位——中国电子技术标准化研究院中国电子技术标准化研究院（电子标准院，CESI）创建于1963年，是工业和信息化部直属事业单位，是国家从事电子信息技术领域标准化工作的核心研究机构，也是国家电子信息技术标准化的归口单位。该研究院长期承担IEC/TC91（印制板及相关技术）、IEC/TC111（电工电子产品与系统的环境标准化）等国际标准化技术对口工作，是我国电子材料与印制板领域国际标准制定的重要技术支撑力量。在IEC61189-2-807:2021标准的制修订过程中，中国电子技术标准化研究院深度参与了文本草案的技术讨论、实验室间验证试验的组织协调以及标准技术内容的意见反馈等工作。依托其下属的印制电路质量检验检测中心及材料分析实验室，研究院在TGA测试方法验证、不同材料体系的适用性评价以及关键参数优化方面提供了翔实的实验数据和工程经验。该研究院还积极推动将该国际标准转化为我国国家标准或行业标准，促进国内产业界对先进测试方法的应用与推广。此外，研究院在标准宣贯培训、检测能力验证、企业实验室技术指导等方面持续开展工作，为提升我国印制板材料测试技术的整体水平发挥了不可替代的引领作用。六、结论与展望IEC61189-2-807:2021标准的发布实施，为全球电气材料与互连结构领域提供了一项科学、统一且具有可操作性的热分解温度测试方法。该标准系统规定了基于TGA技术的T_d测试的仪器要求、样品制备、测试程序和数据处理规则，有效解决了此前行业内因方法不一致所导致的数据可比性差、贸易纠纷频发等突出问题。从技术发展角度而言，该标准的先进性和适用性体现在：一是对升温速率、气氛、样品量等因素影响的系统性控制，使不同实验室间的测试结果一致性得到显著提升；二是采用开放性的技术框架，为未来新型高性能材料（如液晶聚合物LCP、聚四氟乙烯PTFE基高频材料、热固性改性树脂等）的测试需求预留了充分的扩展空间；三是其数据报告规范为数字化材料数据库的建设和大数据驱动的材料设计提供了标准化的输入格式。展望未来，随着电子系统向更高频率、更高功率密度和更严苛服役环境持续演进，对材料热稳定性的评价需求将不仅局限于单一的分解温度指标，还可能进一步拓展至等温热老化寿命评估、分解动力学参数（活化能、反应级数）等领域。IEC61189-2-807:2021所确立的测试平台和方法学基础，将为这些后续扩展标准的制定奠定坚实的技术底座。与此同时，建议国内相关标准化技术委员会加快该标准的转化进程，同步开展标准宣贯、验证试