Wat is de thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE)

Wat is de thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE)

De thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE) is een parameter die de snelheid kwantificeert waarmee een PCB-materiaal uitzet of krimpt wanneer het wordt blootgesteld aan temperatuurveranderingen. Het wordt doorgaans gemeten in parts per million per graad Celsius (ppm/°C). De CTE is belangrijk omdat het de betrouwbaarheid en prestaties van de printplaat beïnvloedt.

Wanneer een PCB-materiaal wordt blootgesteld aan temperatuurschommelingen, ondergaat het uitzetting of krimp als gevolg van de toegenomen of afgenomen thermische energie. De CTE-waarde vertegenwoordigt de hoeveelheid dimensionale verandering die optreedt per graad Celsius temperatuurverandering. Een hogere CTE-waarde geeft aan dat het materiaal aanzienlijker uitzet of krimpt bij temperatuurschommelingen.

Het is essentieel om rekening te houden met de CTE-waarden van de verschillende materialen die worden gebruikt bij de constructie van PCB's. De CTE van het substraatmateriaal, zoals FR-4, is bijvoorbeeld doorgaans hoger dan die van koper, dat vaak wordt gebruikt voor geleidende sporen. Deze CTE-mismatch tussen het substraat en koper kan leiden tot spanning en rek op de PCB tijdens temperatuurcycli, wat mogelijk kan leiden tot betrouwbaarheidsproblemen zoals delaminatie of scheuren.

De CTE-waarden kunnen variëren afhankelijk van de richting van de uitzetting. Langs de X- en Y-assen, die de horizontale richtingen van de PCB vertegenwoordigen, zijn de CTE-waarden over het algemeen laag vanwege de aanwezigheid van geweven glasversterking die de uitzetting van het materiaal beperkt. In de Z-as, die loodrecht op het oppervlak van de PCB staat, kan het materiaal echter vrij uitzetten of krimpen. Daarom is het cruciaal om de CTE langs de Z-as te minimaliseren om de uitzetting en krimp van de PCB in deze richting te verminderen. Idealiter wordt een CTE van minder dan 70 ppm/°C aanbevolen langs de Z-as.

Een ander cruciaal aspect is de glasovergangstemperatuur (Tg). De Tg is de temperatuur waarbij het materiaal overgaat van een stijve naar een flexibelere toestand. Het overschrijden van de Tg kan leiden tot dimensionale veranderingen en mogelijke betrouwbaarheidsproblemen. Daarom is het essentieel om rekening te houden met de Tg bij het ontwerpen en produceren van PCB's.