Co to jest współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE)

Co to jest współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE)

Współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE) to parametr, który określa tempo rozszerzania się lub kurczenia materiału PCB pod wpływem zmian temperatury. Zwykle mierzy się go w częściach na milion na stopień Celsjusza (ppm/°C). CTE jest ważny, ponieważ wpływa na niezawodność i wydajność płytki.

Kiedy materiał PCB jest poddawany zmianom temperatury, ulega rozszerzaniu lub kurczeniu z powodu zwiększonej lub zmniejszonej energii cieplnej. Wartość CTE reprezentuje wielkość zmiany wymiarów, która występuje na stopień Celsjusza zmiany temperatury. Wyższa wartość CTE wskazuje, że materiał rozszerza się lub kurczy bardziej znacząco wraz z wahaniami temperatury.

Konieczne jest uwzględnienie wartości CTE różnych materiałów użytych w konstrukcji PCB. Na przykład, CTE materiału podłoża, takiego jak FR-4, jest zazwyczaj wyższe niż CTE miedzi, która jest powszechnie stosowana do ścieżek przewodzących. To niedopasowanie CTE między podłożem a miedzią może powodować naprężenia i odkształcenia na PCB podczas cykli temperaturowych, potencjalnie prowadząc do problemów z niezawodnością, takich jak rozwarstwienie lub pękanie.

Wartości CTE mogą się różnić w zależności od kierunku rozszerzania. Wzdłuż osi X i Y, które reprezentują poziome kierunki PCB, wartości CTE są na ogół niskie ze względu na obecność tkanego wzmocnienia szklanego, które ogranicza rozszerzanie się materiału. Jednak w osi Z, która jest prostopadła do powierzchni PCB, materiał może się swobodnie rozszerzać lub kurczyć. Dlatego ważne jest, aby zminimalizować CTE wzdłuż osi Z, aby zmniejszyć rozszerzanie i kurczenie się PCB w tym kierunku. Idealnie, zaleca się CTE mniejsze niż 70 ppm/°C wzdłuż osi Z.

Kolejnym krytycznym aspektem jest temperatura zeszklenia (Tg). Tg to temperatura, w której materiał przechodzi ze stanu sztywnego w stan bardziej elastyczny. Przekroczenie Tg może prowadzić do zmian wymiarów i potencjalnych problemów z niezawodnością. Dlatego ważne jest, aby wziąć pod uwagę Tg podczas projektowania i produkcji PCB.