CTE (Coefficient of Thermal Expansion)열팽창 계수란?

PCB, SMT관련용어

2020. 12. 8. 22:26

Coefficient of Thermal Expansion (CTE)
The linear dimensional change of a material per unit change in temperature.
(See also "Thermal Expansion Mismatch.")

한글용어: 열팽창 계수 (CTE)
용어설명: 온도의 단위 변화 당 물질의 길이 변화 (“열팽창 부정합” 참조)

▶ Reference : IPC-TM-650 2.4.24 Rev. C.
▶ Definition
물질을 일정 속도로 승온 시킬 때 일어나는 dimension의 변화를 측정하는 방법으로서 온도가 상승됨에 따라
체적이 증가하는 in-plain expansion (x,y축)과 out-of-plain expansion (z축) 으로 나누어 측정 시 나타나는
변화율을 CTE라고 함.
▶ Method
많은 물질들에 있어서 특정한 온도 부근에서 CTE 값의 급격한 변화가 보이게 되며 이 온도를 Tg로 표시함.
Tg전의 CTE를 Alpha 1, Tg 후의 CTE를 Alpha2 라하고 실온에서 260C까지의 팽창율을 %로 표시하기도한다

열팽창계수(CTE：Coefficient of Thermal Expansion)는 실장되는 부품의 열팽창계수와의 정합(正合)이 필요하며, 그 위에 프린트 배선판의 각종 재료(코어재, 동도체)와의 정합도 필요해졌다. 또한, 열팽창 계수는 보강재의 유무에 따라 크게 수치가 차이난다.

보강재 有는 현재의 일반적인 15ppm/℃을 계속하여 채용하지만, 일부의 PCB 메이커에서는 동도체의 열팽창계수 17ppm/℃을 필요로 하고 있다. 보강재 無는 일반적인 수지 부착 동박의 선팽창계수로서, 이후에도 변화하지 않을 것으로 예측되고 있다. 또한 수지·보강재의 종류에 따라 열팽창 계수는 변화하기 때문에 채용시에 다른 특성도 근거하여 검토가 필요해진다. 보강재 無는 현재 일부의 재료 메이커에서 휘라수지 중에 무기계(無機系) 휘라의 혼입에 따라 저열팽창화가 실현화되고 있다. 플립칩 실장과 WLCSP (Wafer Level CSP)의 채용을 추가함으로서 실리콘의 열팽창계수에 가까워지게 할 필요가 있다. 열팽창계수를 낮추기 위해서는 보강재에 아라미드 부직포와 액정 폴리마 수지를 채용하는 것도 가능하지만 검토해야 할 과제도 많다.

또한, 두께 (Z)방면의 열팽창률은 60ppm/℃ 정도가 일반적인 것이지만, 접속 신뢰성 확보 때문에 층간 접속 재료와의 정합성(整合性)이 중요한 것이다. 일반 빌드업 층은 통상의 다층 배선판보다 얇기 때문에 영향은 적지만 빌드업 배선판 구조에 따라서는 주의가 필요하다.