0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

陶瓷线路板不同材料的热膨胀系数对结合力的影响

斯利通陶瓷电路板 来源:斯利通陶瓷电路板 作者:斯利通陶瓷电路板 2023-04-07 10:56 次阅读

陶瓷线路板和金属导体之间的热膨胀系数存在差异时,随着温度的升高或下降,两种材料之间会产生热应力。这会对它们之间的结合力造成影响。当温度升高时,热膨胀系数小的陶瓷线路板会缩小,而热膨胀系数大的金属导体则会膨胀。这会导致两者之间产生间隙,从而影响它们之间的结合力,增加分离风险。以下是一些陶瓷材料和铜的热膨胀系数的数据(单位:ppm/K):

poYBAGQvhRmANMvWAAAR4_KQnf0109.png

需要注意的是,材料的热膨胀系数可以受到许多因素的影响,例如温度范围、材料的组成和制备条件等。因此,上述数据仅供参考。在实际设计中,应考虑到具体的材料和工艺条件,进行实际材料测试和热膨胀系数计算。

而当温度下降时,热膨胀系数小的陶瓷线路板会扩张,而热膨胀系数大的金属导体则会收缩。这会导致陶瓷线路板与金属导体之间的结合力增加,但同时也会增加陶瓷线路板的开裂风险。

因此,在设计陶瓷线路板时需要考虑两种材料的热膨胀系数之间的差异,并采取适当的措施来减小它们之间的热应力,确保线路板与金属导体之间的结合牢固,不易分离和开裂。

以下是几种减小陶瓷线路板和金属导体之间热应力的措施:

1. 更换材料:选择热膨胀系数相似的材料作为线路板和金属导体的接合材料,可减少热膨胀系数差异带来的热应力。

2. 引入缓冲层:引入缓冲层(如橡胶、PE、PP等)作为两种材料之间的垫片,可以降低热应力。缓冲层具有较好的弹性,能够吸收热膨胀引起的变形,从而减缓热应力。

3. 调整结构:通过调整线路板和金属导体的结构设计,例如增加排列方式的间距,增大焊点的尺寸等,可减少机械应力对接点的影响,从而减少热应力的影响。

4. 采用半固化胶水或流动性更强的焊接材料:使用半固化胶水或流动性更强的焊接材料,可以增加材料之间的粘合力,减少材料之间产生的间隔和断裂,从而减少热应力的解除措施。

5. 升温和降温过程区域温和,不要断崖式降温,升/降温区间温度不要超过40℃。

以上几种方法或者结合起来使用,可以降低热应力和Mechanical stress,提高陶瓷线路板与金属导体之间的结合牢固性。

以下是案例解析:客户在做剪切强度测试中,实验参数是: 40℃*1.5min --280℃*1.5min--340℃*3min,实验过后板子崩开成两半,分开部分从氧化铝陶瓷中间开始。

一、样品分析

从样品设计来看,两面都是大铜皮设计,因陶瓷与铜皮的膨胀系数不一样,在遇高温后再遇冷,铜皮先膨胀后集聚收缩,两边的铜皮张力会拉扯陶瓷基板,导致有崩板的风险。

二、归零实验

2.1实验还原

实验参数:240℃*1.5min

实验过程:在240℃的无铅锡炉中,将样品放入90s后,放置在室温环境中,240℃断崖式降温到25℃。样品在2-3min内发生爆板。如下图:

pYYBAGQvhWyAeEjzAAGPpo3mJU8087.png

斯利通陶瓷基板拉力测试

结果分析:从崩开平视图来看,样品都是向铜皮面翘曲,说明铜皮的拉扯力度大,导致爆板。

正如前页设计分析的结果,240℃的高温下,再进入25℃室温的环境中,温度跨度太大,铜皮急剧收缩,而陶瓷几乎没有涨缩,所以导致爆板

2.3实验验证

实验参数:240℃*1.5min → 280℃*1.5min → 340℃*3min→ 逐渐降至室温

实验过程:先将板子在烤炉中逐渐升温到180℃*10min,在无铅锡炉中按实验参数逐渐完成以上步骤,在锡炉升温的过程中,产品不能暴露在室温环境中,持续保持原有温度,并缓慢将至室温。实验后逐渐降到室温再取出陶瓷板

2.4实验结果

样品经过240℃-280℃-340℃后逐步降至室温后无爆板、无翘曲、裂纹,无任何异常。

爆板原因:两面都是大铜皮设计,因氧化铝陶瓷与铜皮的膨胀系数相差2倍左右,在遇高温后再断崖式冷却,铜皮先膨胀后集聚收缩,两边的铜皮张力会拉扯陶瓷基板,导致爆板。

使用建议:

1.因陶瓷板在高温后几乎没有涨缩,在使用或者实验过程中高温后不要急剧降温,或放置在室温中冷却。应逐步降温,陶瓷基板能够承受铜皮的拉扯。

2.在设计陶瓷板的时候尽量不要同时使用两面大铜皮设计,加网格或者附加图形。

审核编辑:汤梓红

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 线路板
    +关注

    关注

    23

    文章

    1204

    浏览量

    47093
  • 焊接
    +关注

    关注

    38

    文章

    3129

    浏览量

    59734
  • 热膨胀
    +关注

    关注

    0

    文章

    8

    浏览量

    6243
  • 陶瓷线路板
    +关注

    关注

    0

    文章

    16

    浏览量

    1275
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    HDI线路板和多层线路板的五大区别

    HDI(高密度互连)线路板和普通的多层线路板在多个方面存在显著的区别。 以下是它们的五大主要区别: 1. 布线密度 HDI线路板:HDI技术允许在相同的面积上布置更多的布线层,从而实现更高的布线密度
    的头像 发表于 12-12 09:35 188次阅读

    贴片陶瓷电容器发生断裂的原因是什么?

    贴片陶瓷电容器发生断裂的原因是多方面的,主要包括以下几个方面:   一、机械应力   电路弯曲:由于片状陶瓷电容器直接焊接到电路上,因此它直接承受来自电路
    的头像 发表于 12-10 14:41 162次阅读
    贴片<b class='flag-5'>陶瓷</b>电容器发生断裂的原因是什么?

    生产HDI线路板需要解决的主要问题

    生产HDI(高密度互连)线路板是一个复杂且技术密集的过程,涉及多个环节需要克服的挑战。以下是生产HDI线路板过程中需要解决的一些主要问题: 1. 材料热膨胀系数差异导致的应力问题 问
    的头像 发表于 12-09 16:49 201次阅读

    线路板如何选择合适的高频材料

    随着电子技术的快速发展,高频材料在通信、雷达、卫星等领域发挥着越来越重要的作用。信号完整性是衡量高频电路性能的关键指标之一。本文主要探讨线路板如何选择合适的高频材料来提高信号完整性。
    的头像 发表于 12-05 15:12 153次阅读

    线路板三防漆涂覆工艺及要求

    线路板三防漆作为电子设备制造中的关键防护材料,其重要性不言而喻。它通过在线路板表面形成一层坚韧的保护膜,有效抵御水分、湿度、腐蚀等外界因素的侵袭,确保线路板的稳定运行与长久寿命。
    的头像 发表于 11-12 17:49 295次阅读
    <b class='flag-5'>线路板</b>三防漆涂覆工艺及要求

    碳/碳复合材料的优点有哪些

    碳/碳复合材料是由碳纤维及其织物增强碳基体所形成的高性能复合材料。该材料具有比重轻、热膨胀系数低、耐高温、耐腐蚀、摩擦系数稳定、导热导电 性
    的头像 发表于 11-11 10:19 235次阅读

    深入剖析PCB翘曲现象:成因、危害与预防策略

    PCB翘曲对电路的影响 PCB翘曲产生的原因是多方面的。在生产环节,主要因素包括: 1.材料因素:不同基板材料热膨胀系数各异,在电路进行
    的头像 发表于 10-21 17:25 744次阅读

    IGBT和SiC封装用的环氧材料

    。例如,添加氧化铝(Al2O3)和碳化硅(SiC)填料可以显著提高环氧树脂的热导率。热膨胀系数:环氧树脂的热膨胀系数应与其他封装材料(如陶瓷基板、金属底板)相匹配,以
    的头像 发表于 10-18 08:03 578次阅读
    IGBT和SiC封装用的环氧<b class='flag-5'>材料</b>

    hdi线路板生产工艺流程

    HDI线路板是一种多层线路板,其内部布局复杂,通常需要使用高密度互连技术来实现。HDI线路板的生产工艺流程十分繁琐复杂,需要注意各种细节,才能够生产出稳定可靠的高质量HDI线路板
    的头像 发表于 10-10 16:03 335次阅读

    PCB线路板高频与高速的区别

    : 应用领域:无线电通信、雷达、卫星通信等。 工作频率:通常超过500MHz。 厚:较薄。 线宽、线距:比普通PCB线路板更精细。 介电常数:较小,以减少信号损失,提高信号传输速率和接收灵敏度。 常用材料:RO4350B、RO
    的头像 发表于 10-09 17:23 783次阅读
    PCB<b class='flag-5'>线路板</b>高频<b class='flag-5'>板</b>与高速<b class='flag-5'>板</b>的区别

    高阶HDI线路板跟普通线路板之间的差异

    高阶HDI线路板与普通线路板在多个方面存在显著差异,这些差异主要体现在线路密度、构装技术、电气性能及信号正确性等方面。
    的头像 发表于 08-23 16:36 494次阅读
    高阶HDI<b class='flag-5'>线路板</b>跟普通<b class='flag-5'>线路板</b>之间的差异

    光刻机精密碳化硅陶瓷部件揭秘

    集成电路制造关键装备要求零部件材料具有高纯度、高致密度、高强度、高弹性模量、高导热系数和低热膨胀系数等特点,且且结构件要具有极高的尺寸精度和结构复杂性,以保证设备实现超精密运动和控制。
    发表于 03-07 10:31 958次阅读

    线路板变形对电路性能和可靠性有影响吗?

    线路板变形对电路性能和可靠性有影响吗? 线路板是连接和组织电子元件的重要组成部分。线路板的设计和制造对电路性能和可靠性有着重要的影响。线路板的变形可能会导致电路的信号传输受损、电子元件
    的头像 发表于 01-29 13:58 677次阅读

    激光材料之王:为何陶瓷成首选?

    目前常用的固体激光基质材料有三种主要类型:玻璃、单晶和陶瓷。在这些材料中,陶瓷因其低热膨胀系数和低折射率等特性,受到高功率激光器青睐。高功率
    的头像 发表于 01-18 09:32 598次阅读
    激光<b class='flag-5'>材料</b>之王:为何<b class='flag-5'>陶瓷</b>成首选?

    pcb热膨胀系数是什么意思啊?怎么测量出来的?

    pcb热膨胀系数是什么意思啊?怎么测量出来的? PCB热膨胀系数是指材料在温度变化时,单位温度变化下单位长度
    的头像 发表于 01-17 16:50 1789次阅读