在高溫條件下PCB的性能變化

PCB在高溫下會發(fā)生什么現(xiàn)象呢？就像大多數(shù)材料一樣，PCB會隨溫度變化而熱脹冷縮--當(dāng)溫度上升時，PCB會在三個軸向上（長度、寬度和厚度）膨脹。這種隨溫度變化導(dǎo)致的膨脹程度，可以用PCB材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）來表征。因為PCB通常由覆銅（用于形成傳輸線和地平面）電介質(zhì)形成，所以該材料在x和y方向上的線性CTE,通常設(shè)計得與銅的CTE（約17ppm/℃）相匹配。通過這種方法，這些材料就會隨溫度的變化而一起膨脹和收縮，從而最大程度地減小了兩種材料連接處的應(yīng)力。

　　電介質(zhì)材料z軸（厚度）的CTE,通常設(shè)計為較低的值，以便最大程度地減小隨溫度而發(fā)生的尺寸變化，并保持電鍍通孔（PTH）的完整性。PTH為接地和多層電路板互連，提供所需的從電路板頂層到底層的路徑。

　　除了機械變化以外，溫度還會影響PCB的電氣性能。例如，PCB層壓板的相對介電常數(shù)是溫度的函數(shù)，由介電常數(shù)的熱系數(shù)這一參數(shù)所定義。該參數(shù)描述了介電常數(shù)的變化（單位通常是ppm/℃）。由于高頻傳輸線的阻抗不僅取決于基板材料的厚度，而且取決于其介電常數(shù)，因此z軸的CTE和作為溫度函數(shù)的介電常數(shù)的變化，會顯著影響在這種材料上制作的微帶和帶狀傳輸線的阻抗。

　　當(dāng)然，微波電路依賴于元器件和電路結(jié)點之間緊密匹配的阻抗，來最大限度地減小可能導(dǎo)致信號損失和相位失真的反射。在功放電路中，阻抗匹配電路用于實現(xiàn)從功率晶體管的典型低阻抗到射頻/微波電路或系統(tǒng)的典型50Ω特性阻抗的轉(zhuǎn)化。由大功率信號的溫度效應(yīng)引起的傳輸線阻抗的變化，可能改變高頻放大器的頻率響應(yīng)，因此，應(yīng)通過仔細選擇PCB層壓板來盡可能減小這些效應(yīng)。

　　在選擇在大功率電平和高頻下有助于最大限度減小熱量產(chǎn)生的PCB材料時，還有許多其他的參數(shù)也很有用。在某個溫度點，某些材料會改變其狀態(tài)，這個溫度就是其中的一個參數(shù)--被稱為液態(tài)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（簡寫為Tg）。例如，它能夠指示在一種材料的CTE特性中，將發(fā)生巨大改變的溫度（圖1）。由于材料的CTE會經(jīng)歷相當(dāng)大的變化，當(dāng)工作溫度超過Tg時，材料的機械和電氣性能會變得不穩(wěn)定，因此，除了短暫的處理過程（如在回流焊過程中，材料要求處于較高溫度下）外，工作溫度應(yīng)始終保持在該溫度以下。

　另外一個與溫度有關(guān)的關(guān)鍵參數(shù)是PCB的最高工作溫度（MOT）。MOT是保險商實驗室（UL）給特定電路制作場所使用特定PCB材料生產(chǎn)的單一PCB結(jié)構(gòu)定義的一個額定值。MOT是PCB能夠在任何時長內(nèi)正常工作又不會顯著降低電路關(guān)鍵性能屬性的最高溫度。如果電路在高于MOT的溫度下工作了一段較長時間，可靠性風(fēng)險將值得考慮。MOT額定值意味著為PCB提供了安全的高溫指示，雖然它并未包含高輸入功率電平對PCB的影響。

　　PCB材料的熱導(dǎo)率可以用作層壓板散熱效率的相對指示器。該參數(shù)本質(zhì)上描述了PCB材料的導(dǎo)熱能力，其計量單位是每米材料每開爾文溫度的瓦特功率。與電導(dǎo)率和電子在材料中的流動類似，熱導(dǎo)率用于預(yù)計熱量通過給定材料時的能量損耗率。熱導(dǎo)率的倒數(shù)是熱阻率，或材料阻止熱量流動的能力。