Was ist der Ausdehnungskoeffizient?
Der Ausdehnungskoeffizient, auch bekannt als Wärmeausdehnungskoeffizient (WAK), bezieht sich auf die Geschwindigkeit, mit der sich ein Material ausdehnt oder zusammenzieht, wenn es Temperaturschwankungen ausgesetzt ist. Im Zusammenhang mit der Leiterplattenindustrie bezieht er sich speziell auf die Ausdehnung eines Leiterplattenmaterials bei Erwärmung.
Der WAK wird in der Regel in Teilen pro Million (ppm) ausgedrückt, die sich mit jedem Grad Celsius, um den das Material erwärmt wird, erhöhen. Dies ist eine wichtige Eigenschaft, die bei der Entwicklung und Herstellung von Leiterplatten zu berücksichtigen ist, da sie sich auf die Zuverlässigkeit und Leistung der Leiterplatte auswirken kann. Der WAK eines Leiterplattensubstrats ist normalerweise höher als der von Kupfer. Dieser Unterschied im WAK zwischen Substrat und Kupfer kann bei der Erwärmung der Leiterplatte zu Verbindungsproblemen führen. Daher ist es wichtig, den WAK der bei der Leiterplattenherstellung verwendeten Materialien zu kennen und zu beherrschen.
Der WAK eines Leiterplattenmaterials wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, unter anderem von der Zusammensetzung und Struktur des Materials. Entlang der X- und Y-Achse (horizontale Richtungen) ist der WAK in der Regel niedrig, typischerweise etwa 10 bis 20 ppm pro Grad Celsius, was auf das Vorhandensein von gewebtem Glas zurückzuführen ist, das das Material in diesen Richtungen einschränkt. In der Z-Richtung (vertikale Richtung) muss das Material jedoch in der Lage sein, sich auszudehnen, um die thermische Ausdehnung aufzunehmen, so dass ein niedriger WAK entlang der Z-Achse wünschenswert ist. Es wird empfohlen, einen WAK von weniger als 70 ppm pro Grad Celsius entlang der Z-Achse anzustreben.
Die Glasübergangstemperatur (Tg) ist ein kritischer Punkt auf der CTE-Kurve. Es ist die Temperatur, bei der sich das Verhalten des Materials ändert, und wenn die Temperatur die Tg überschreitet, wird das Substrat weich und dehnt sich nicht weiter aus. Es ist wichtig, die Tg des Leiterplattenmaterials im Verhältnis zu seinem WAK zu betrachten.
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Ausdehnungskoeffizient?
Der Ausdehnungskoeffizient bezeichnet das Verhältnis der Längen-, Flächen- oder Volumenänderung eines Objekts pro Grad Temperaturerhöhung im Verhältnis zu seiner ursprünglichen Länge, Fläche oder seinem Volumen bei einer bestimmten Temperatur, in der Regel 0 °C, bei gleichbleibendem Druck. Sie wird auch als Ausdehnungskoeffizient bezeichnet.
Wie hoch ist der Wärmeausdehnungskoeffizient von FR4 PCB
FR4-Leiterplatten haben einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (WAK) von 17 bis 19 ppm/C. Dieser WAK ist für organische Gehäuse geeignet. Mit dem Fortschritt in der Industrie steigt jedoch die Nachfrage nach Gehäusen mit niedrigem WAK. Daher besteht ein Bedarf an einer Leiterplatte, die ihren WAK an keramische Gehäuse oder sogar DDA/Flip-Chip-Komponenten anpassen kann.
Was sind typische CTE-Werte?
Im Allgemeinen liegen die Werte des Wärmeausdehnungskoeffizienten (WAK) von Metallen zwischen denen von Keramiken (niedrigere Werte) und Polymeren (höhere Werte). Üblicherweise haben Metalle und Legierungen WAK-Werte zwischen 10 und 30×10-6/K (5,5 bis 16,5×10-6/°F).
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