覆铜箔板 (CCL) 的热膨胀系数是衡量基材耐热性能的又一重要指标。 CCL 的 CTE 大小是树脂、 增强材料与铜箔三种材料的 CTE综合的表现结果。 三种主要组成材料中, 树脂是对CCL的CTE 影响最重要的因素。
热膨胀系数是指材料受热后在单位温度内尺寸变化的比率, 以每摄氏度变化百万分之几表示 (PPM),基材的CTE在X、 Y方向和Z方向不同。
一、Z方向热膨胀系数。
由于热膨胀系数与环境温度条件有着 很大的关系, 在印制板的厚度方向的热膨胀系数称为 Z 方向热膨胀系数, 在温度达到基材的 Tg时,与在 Tg 以下表现出很大的差别。 因此, 一般将CCL的厚度方向 (Z方向) 在 Tg温度点以下的热膨胀系数, 简称为a1; 在 T点以上的热膨胀系数, 简称为 a2。 在温度提高的条件下, 由于树脂形变受到的增强材料的制约很小,因此CCL的Z方向热膨胀系数会表现出明显的增加。 构成CCL的树脂, 当它处于Tg温度以上的高弹态下的热膨胀系数 (a2), 是处于 Tg以下的热膨胀系数 (a1) 的 3~4 倍。 Z 方向的CTE 较大, 受热膨胀后由于树脂的膨胀尺寸大于孔壁的铜层膨胀尺寸, 对孔壁铜层产生拉伸应力,会影响金属化孔的质量。
二、X,Y方向热膨胀系数
X, Y 方向热膨胀系数是 CCL 水平方向的热膨胀系数, 简称 CTE。 水平方向的热膨胀系数大多表示的是在30~130C温度范围的值。FR-4型覆铜板在Tg以上温度,它的X、Y方向由于树脂被其中作为增强材料玻璃布的牵制, 在环境温度提高, 树脂产生形变时, 覆铜板的X、 Y方向热膨胀系数表现得变化不太明显。 X、 Y方向 CTE大小, 还有另外一种表示方式,即基板从50℃等速升到260℃条件时的X方向或Y方向的尺寸变化率。X Y方向的 CTE应与安装的元器件基体的热膨胀系数匹配， 能降低焊点受执应力的影响，不然将会在焊接或使用时，田于温度变化引起焊点的应力变化和可靠性下降甚至失效。 在采用无铅焊接技术或产品使用温度较高或变化较大时,应选择CTE较小或与所安装器件基体的 CTE相匹配的基材。
三、温度升高条件下Z方向 (板的厚度方向) 的总膨胀百分比.
IPC-4101B 标准中对与无铅焊接相兼容的 FR-4 覆铜板规定了在升高温度 50~260℃的条件下, Z方向的总膨胀尺寸百分比。IPC标准中所列的无铅兼容性 FR-4型覆铜板, 基材牌号和树脂的 Tg不同, 其总膨胀尺寸百分比有所不同, 如:FR-4/126 型 Tg为 170℃的 CTE 不大于3%,FR-4/99型T:为150℃的CTE不大于3.5%,FR-4/101型T为110℃的CTE不大于4%。
一般 FR-4 型 CCL 的 X、 Y方向 CTE 值为 13ppm~16xppm, 与铜箔的热膨胀系数相近 (14xppm ~18ppm), Z 方向的热膨胀系数, a 1为 50ppm~70ppm ,a2为 200ppm~300ppm, 远大于铜的热膨胀系数。 而低热膨胀系数型CCL的热膨胀系数的指标值没有统一规定,一般CCL的水平方向 (X、Y方向)的CTE应在8ppm~12ppm.。X Y方向的CTE 更低的CCL产品可达到9ppm以下, 如果环氧-玻璃布基覆铜箔层压板在树脂组成中加入了有利于CTE 降低的无机填料, 可使产品的CTE 更低能达到9ppm以下。
