差热分析和PCB基板玻璃转变

这种膨胀计是用来测量液体和气体的热膨胀系数

热膨胀是一种普遍存在的物理现象,默默地发生在我们周围,但我们几乎注意不到,除非我们采取精确测量。你是否测量它,在你的PCB组件将散热并将热量传递给你的导体和衬底。你的印刷电路板PCB基板和导电结构将扩大董事会的运作和加热到高温。

热膨胀是许多物理性质之一引用数据为PCB基板材料,但是这个值通常是许多设计师马后炮。如果你的董事会将运行在高温环境中,您将需要注意的热膨胀系数(CTE) PCB基板和导体,以避免玻璃化转变。在某些情况下,它将更有意义选择基材与更高的玻璃化转变温度,防止过度的压力对薄导体,希望避免失败。差热分析是一种技术,可以用来测量这些和其他物理性质。

差热分析是什么?

示差热分析技术精确测量温度变化的材料及其热力学性质的关系。放热或吸热样本的变化可以发现通过检查被测材料之间的温差和惰性的参考材料。影响相变等玻璃转变、结晶和聚合。

差热分析测量需要比较两种温度测量测试材料和一些参考。两种材料被安装在加热室,通常在惰性气氛,和室的温度在指定范围增加。每个材料可以聚集与热电偶的温度。在测试期间,参考材料不应该表现出任何变化阶段,结晶变化,或其他热力学变化相关的温度范围。

测量温差测试和参考资料绘制与时间或炉温度,称为DTA曲线。高峰和低谷出现在DTA曲线,和这些高峰和低谷可以对一些测试材料的热力学变化相关。DTA曲线下的面积在过渡等于焓的变化的材料。这使得相变或结晶/聚合过渡到很容易识别的DTA曲线。的情况下,加热速度非常快,热导率和/或测试材料的比热容也可以从DTA曲线中提取。

设置(左)和DTA差热分析曲线(右)

的玻璃化转变温度(Tg) PCB基板或其他材料也可以确定在DTA曲线作为吸热现象(即。,蘸DTA曲线)。玻璃化转变将出现在固体复合/聚合物材料(即。之前,熔点)。在固相结晶或结晶相变会作为DTA曲线放热峰出现,让他们从一个玻璃化转变很容易被认出来。熔点以上,聚合物交联似乎也作为一个放热过渡。了解如何识别这些不同的转换提供了一个简单的方法来识别一个玻璃化转变PCB基板没有体积测量。

示差热分析曲线

为什么测量CTE和Tg值?

你的董事会运作和加热到高温,底物和铜将扩大,就像任何其他材料。PCB基板和铜扩大以不同的速率,即。他们有不同的CTE值。作为一个例子,FR4 CTE值~ 70 ppm / K沿垂直方向(垂直于表面),而铜只有扩大在16 ~ ppm / K。随着董事会的扩张,衬底的地方更多的压力对铜结构随着温度的增加。一旦衬底温度高于玻璃化转变温度增加,基质的CTE值进一步增加,哪些地方更强调导体随着衬底温度的增加。

在板厚导体镀和低比例的通过,热膨胀不是这样一个问题,直到极端温度高于玻璃化转变点。然而,众所周知,热膨胀导致骨折在通过脖子人类发展指数的董事会通过桶时,通过比例很高(~ 8或更多)。

通过高密度线路断裂可以在高温下由于大型CTE值不匹配

当选择基材板在热环境中,最好使用具有足够大的董事会Tg值作为你想避免玻璃化转变。使用高功率组件时这是非常重要的在这些板。理想的PCB基板也将一个CTE值相匹配的铜CTE值。然而,这两个目标不能总是和好,和一个设计师必须考虑他们的董事会预期环境在选择一个PCB基板。

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