Cos'è il coefficiente di espansione termica (CTE)

Cos'è il coefficiente di espansione termica (CTE)

Il coefficiente di espansione termica (CTE) è un parametro che quantifica la velocità con cui un materiale PCB si espande o si contrae quando è esposto a variazioni di temperatura. Viene tipicamente misurato in parti per milione per grado Celsius (ppm/°C). Il CTE è importante in quanto influisce sull'affidabilità e sulle prestazioni della scheda.

Quando un materiale PCB è soggetto a variazioni di temperatura, subisce espansioni o contrazioni a causa dell'aumento o della diminuzione dell'energia termica. Il valore CTE rappresenta la quantità di variazione dimensionale che si verifica per grado Celsius di variazione della temperatura. Un valore CTE più alto indica che il materiale si espande o si contrae in modo più significativo con le fluttuazioni di temperatura.

È essenziale considerare i valori CTE dei diversi materiali utilizzati nella costruzione del PCB. Ad esempio, il CTE del materiale del substrato, come l'FR-4, è in genere superiore a quello del rame, che viene comunemente utilizzato per le tracce conduttive. Questa mancata corrispondenza del CTE tra il substrato e il rame può provocare stress e deformazioni sul PCB durante il ciclo termico, portando potenzialmente a problemi di affidabilità come la delaminazione o la fessurazione.

I valori CTE possono variare a seconda della direzione di espansione. Lungo gli assi X e Y, che rappresentano le direzioni orizzontali del PCB, i valori CTE sono generalmente bassi a causa della presenza di rinforzo in vetro intrecciato che vincola l'espansione del materiale. Tuttavia, nell'asse Z, che è perpendicolare alla superficie del PCB, il materiale può espandersi o contrarsi liberamente. Pertanto, è fondamentale ridurre al minimo il CTE lungo l'asse Z per ridurre l'espansione e la contrazione del PCB in questa direzione. Idealmente, si raccomanda un CTE inferiore a 70 ppm/°C lungo l'asse Z.

Un altro aspetto critico è la temperatura di transizione vetrosa (Tg). La Tg è la temperatura alla quale il materiale passa da uno stato rigido a uno più flessibile. Il superamento della Tg può portare a cambiamenti dimensionali e potenziali problemi di affidabilità. Pertanto, è essenziale considerare la Tg durante la progettazione e la produzione di PCB.