PCB CTE值和应该避免CTE不匹配的原因
所有材料在印刷电路板有一些材料特性与温度有关。印刷电路板材料的一个重要热机的财产CTE值,或材料的体积随温度的变化率。在过度的温度变化,系统会出现过度变形,这将创建一个机械可靠性关心一个设计师。
以最小化潜在的机械故障与热远足,设计师应该选择材料,任何材料最小化CTE不匹配。CTE值之间的不匹配可能永远不会被设置为零,但它在某种程度上可以最小化。继续阅读了解更多关于CTE值什么材料可以更理想的热可靠性。
PCB CTE值是什么?
所有材料都有一个重要的热性能称为热膨胀系数,或CTE。这是指材料的体积膨胀率将经历对于一个给定的温度变化。它通常以ppm /学位,即。每增加1°C,刀锋的材料将扩展或收缩1%。其他材料特性,如绝缘强度和拉伸模量也与温度有关。
典型的PCB CTE值
各种材料的一些重要CTE值发现如下。
FR4分层 |
X: ~ 15 ppm /°C Y: ~ 15 ppm /°C Z: ~ 70 ppm /°C |
聚四氟乙烯复合材料 |
ppm / X:不同(~ 16°C平均) Y:不同(平均~ 16 ppm /°C) Z:不同(平均~ 16 ppm /°C) |
铜 |
16 - 17 ppm /°C |
LPI阻焊层 |
~ 50 ppm /°C,取决于固化条件 |
上面的值是概括;之前一定要检查材料数据表选择材料如果董事会可能会经历极端温度的热循环。此外,如陶瓷材料可以有CTE值的映射。由于其强大的热导率,氮化铝是一种有价值的材料,但其CTE值非常小(4.3到5.8 ppm /°C)和铜将不匹配。
玻璃化转变温度
所有有关CTE多氯联苯有另一个重要的材料属性,这是玻璃化转变温度或Tg。标准FR4-grade分层Tg值在130°C的社区,虽然更贵high-Tg分层值达到170 - 180°C。罗杰斯等更专业的材料或类似聚四氟乙烯复合材料有更高的Tg值,虽然具体的价值取决于基础的构成材料层压板。
有一个CTE不匹配时发生了什么?
在设计电路板时,你想要尽可能可靠,但是有几个可靠性可以从CTE出现不匹配的问题。由于CTE值差异的PCB材料,压力将会出现和集中在该地区的两个不匹配的材料。一般来说,一个热游览游览不会造成问题,除非是极端。然而,多次热循环会导致机械故障与体积膨胀有关。
焊接疲劳
焊接疲劳是一个关键问题在高可靠性的电子设备,可以体验过度振动或温度变化。焊接疲劳的主要原因之一是CTE值不匹配的焊接材料和铜焊接。的另一个主要力学因素导致焊接疲劳是振动。在一起,这两个因素会导致焊点的机械疲劳。
焊接连接
有一些PCB制造过程将受到体积变化的影响和CTE不匹配。焊锡桥接时出现的一个问题是焊接BGA包。在回流焊接,wire-bond-molded BGA包可以扩大在角落由于变异在不同材料之间CTE包。这使熔融焊料球变形,结果可能是连接相邻球,导致电子短。
这个BGA包可以体验扩张如果回流资料不正确配置。
热应力高纵横比通过
当一个通过的比例较高,沿着通过铜涂层可以薄墙,使中心更容易受到热应力开裂。这意味着需要镀厚板温度变化时,以减少应力集中。在人类发展指数电路板,持久的压力由于多次热循环(温度从高到低,反之亦然)会导致骨折在堆叠blind-buried通过脖子和层接口或buried-buried通过。
分层和PCB扭曲
如果CTE不匹配铜层压板是过度,高温度上升能创造足够的压力导致层间分层和PCB开始变形。铜和FR4电路板更容易受到这种形式的损伤产生的高温度变化和CTE不匹配。复合材料树脂含量较高的可以有更高的CTE不匹配对铜。此外,铜厚层创造更多的压力对于一个给定的温度变化。
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