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注意PCB板材的热膨胀系数

  材料的热膨胀系数是材料物理特性之一,温度的变化造成的变形以及带来的应力作用是无法改变的。任何电子产品的生产核心就是将符合性能要求的元器件,通过合适的方法焊接到印制电路板(PCB)上,组成具有一定功能的电路板组装件。在电子装配时一般通过焊料钎焊来完成元器件与电路板的互联。对于通孔插装技术(THT)焊装带有引线的元器件,印制板的膨胀变形产生的变形应力通过元器件引线进行缓冲,或通过引线的变形被吸收,元器件本体受到的外界应力有限。显然,元器件引线越长,传到元器件本体的应力就越小。焊料在温度变化时产生的应力只对焊点本身以及焊盘带来影响,影响到焊点的可靠性。但是采用表面贴装技术(SMT)进行装联时,虽然安装密度得到提高,但是元器件自身没有引线进行应力的缓冲和吸收,应力会直接传递到元器件本体。
  
  常用的玻璃纤维加强基板(FR-4)的CTE在z轴方向(垂直于板平面)与x-y方向不同。其在z方向会温度升高而发生膨胀。当温度低于玻璃化温度Tg 时材料即处于玻璃态,此时,热膨胀系数(CTE)为a1,而在高于玻璃化温度以上时则处于胶态,热膨胀系数(CTE)为a2,且通常大于a1(约为a1的3倍)。例如,在温度低于Tg时,玻璃纤维环氧材料的CTE在x轴和y轴方向也不相同,大约相差1~5ppm/℃,在z方向为20 ppm/℃左右。大尺寸的表贴器件的CTE与基板相匹配时,这种差异对于提高焊点寿命非常重要。
  
  CTE贴装PWA通孔和微孔寿命的重要因素,为其长径比(基板厚度比孔直径)通常会比刚完成通孔加工的印刷板的长径比大。在SMT回流焊、器件拆卸、复焊、修理过程、印刷电路板制造、焊球浸润、热风整平和波峰焊等电装过程中,若z方向CTE值较大,将导致PTH张应力过大。
  
  因此,印制板基材的选用首先应考虑到材料的热膨胀系数(CTE)和所安装的元器件的热膨胀系数是否匹配。若不匹配就应采取补偿措施。

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