在半导体行业中,塑料材料选择最关键属性之一是线性热膨胀系数。线性热膨胀系数被定义为材料以温度为函数而膨胀(或收缩)的线性速度。线性热膨胀系数是零件设计中需要考虑的一个关键性因素。
在零件设计过程中暴露在较高温度下的应用,或用于在较宽的温度范围内进行测试,如IC测试插座,线性热膨胀系数是需要考虑的关键因素。不仅是材料会随着温度的升高而增长,而且零件上加工的关键特征也会增长和移动。线性热膨胀系数在阵列图案中的微孔放置方面成为一个关键的影响因素。
在测试插座的阵列图案中放置微孔,线性热膨胀系数成为关键的影响因素。通常会选择具有最低线性热膨胀系数值的材料。不仅是孔的大小会随着温度的变化而变化,而且位置也会变化。
塑料材料通常可以被描述为各向同性或各向异性:
- 各向同性的材料在X、Y、Z所有维度上都会有同样的增长。
- 各向异性的材料则与方向有关。
以石墨材料为例,它经常被用作塑料材料的填充物。石墨材料的晶格结构在其自身结构中是不同的,在石墨平面的法线方向上产生不同的热膨胀系数。这就形成了在一个或多个轴上不同的生长系数。各向异性的水平也是取决于聚合物的结构。在设计使用塑料的部件时,了解热膨胀的类型是至关重要的,这样就可以考虑使用根据零件将承受的热循环,在尺寸上加以考虑。
那么线性热膨胀系数是如何测量的?对于ASTM级别的测试方法,采用的是ASTM E831测试协议。简而言之,该测试方法使用一个热力学分析仪来确定固体材料在恒定加热速率下的线性热膨胀。试样的长度的变化作为温度的一个函数被电子记录下来。线性热膨胀系数可以从这些记录的数据中计算出来。
公式计算如下:
α = ΔL / (L0 * ΔT)
α = 每华氏度的线性膨胀系数(in. / in. / °F),通常测量范围为-40°F至300°F或塑料热能力的极限。
ΔL = 加热或冷却后试样的长度变化
L0 = 塑料试样的原始长度
ΔT = 测试期间温度变化的全部范围