Какво е висок Tg PCB?
В света на печатните платки (PCB), температурата на стъклен преминаване (Tg) е ключов показател за устойчивостта на подложните материали на топлина. Тя отбелязва критичната температурна точка, при която материала се променя от твърдо, стъклено физическо състояние в по-меко, гуместо състояние. С прости думи, когато температурата на околната среда е под Tg, материала остава твърд; веднъж когато температурата надмине Tg, материала започва да се размеква и механичната якост и размерната стабилност значително намалят.
ПП с висока температура на стъклен преминаване (Tg) са печатни платки, произведени от материали с високи температури на стъклен преминаване (Tg). Тези материали са проектирани да издръжат на работни среди с висока температура, които обикновени материали за печатни платки (като стандартния FR-4, който обикновено има Tg около 130-140°C) не могат да понесат. Дори и при сериозни термични натоварвания, ПП с висока Tg могат да запазят структурната си цялост, размерната точност и стабилните електрически характеристики, осигурявайки надеждното функциониране на електронните устройства при високи температури.
Основни експлоатационни предимства на ПП с висока Tg
Причината, поради която материали с висока Tg могат да се справят с предизвикателствата на високата температура, се дължи на поредица от отлични характеристики:
1. Отлична термична стабилност:
- "Стомани" при високи температури: Високотемпературни PCB платки все още могат да поддържат добра механична якост и твърдост при температури значително по-високи от тези за обикновени материали. Това означава, че платката няма лека деформация, огъване или слоестост, което ефективно предотвратява падането на компоненти и излизането от строя на запояването.
- Производителността не се "губи": Електрическите характеристики могат да останат стабилни дори в условията на високи температури и няма да се влошават значително поради увеличаване на температурата.
2. Нисък коефициент на топлинно разширение (CTE):
- "Синхронно дишане" намалява напрежението: Всички материали се разширяват при загрятост и се свиват при охлаждане. Медните жици и запояните компоненти на PCB платката също имат собствени коефициенти на разширване. Ако коефициентът на разширване на основата на PCB платката е твърде различен от този на медта и компонентите, ще се генерират големи топлинни напрежения, когато температурата се променя резко по време на включване/изключване на устройството и процеса на запояване.
- Високотемпературно решение: Материали с висока температура на стъклене обикновено имат по-нисък коефициент на топлинно разширване (CTE), което по-добре съответства на този на медта и компонентите. Това е като да позволим на субстрата на PCB и медните проводници/компоненти да "дишат синхронно" при температурни промени, значително намалявайки риска от уморни пукнатини в лъговете, скъсване на фолиото от мед или повреди в преминаващите отвори, причинени от несъответстващо термично разширване и свиване, и значително подобрявайки дългосрочната надеждност на продукта.
3. Отлична размерна стабилност:
- Ниският CTE и собствената висока твърдост работят заедно така, че огъването и свиването на PCB с висока температура на стъклене е много по-ниско в сравнение с обикновени PCB по време на производствения процес и при употреба в условия на многократно високотемпературно пресоване и заваряване. Това е от съществено значение за поддържането на точността при многослойни платки с голям брой слоеве и сложни структури, което директно влияе на добива при монтажа и на представянето на крайния продукт.
4. По-добри високочестотни електрически характеристики:
- Много материали с висока температура на стъкленеобразуване (Tg) (като някои модифицирани епоксидни смоли, PPE, PTFE и др.) имат по-ниски диелектрични константи и тангенси на загубите.
- "Хайвея" за предаване на сигнали: Нисък Dk означава по-бързо разпространение на сигнала; нисък Df означава по-малки загуби на енергия при предаването на сигнала. Комбинацията от двете позволява на висок Tg PCB по-добре да осигури интегритета и качеството на сигнала при високочестотни и високоскоростни приложения, намалява изкривяването и затихването на сигнала и е особено подходящ за предови области като 5G, високоскоростни мрежи и радиочестотни приложения.
5. Подобрена устойчивост на влага и химични вещества:
- Материалите с висок Tg обикновено имат по-ниско влагопоемане, което означава, че в по-влажна среда абсорбира по-малко влага.
- Предотвратяване на проблеми преди те да се случат: Това не само намалява риска от деламинация, причинена от абсорбиране на влага и разширване, но също така намалява вероятността от деградация на електрическата изолация и йонна миграция във влажна среда, а също така подобрява издръжливостта на продукта в сурови условия.
Основна стойност, осигурена от висок Tg PCB
Гореспоменените експлоатационни предимства се превръщат директно в значителна стойност в практически приложения:
1. Скачок в надеждността:
Стабилна работа при високи температури (например в моторния отсек на автомобил, вътре в захранването с висока мощност и в основната зона на индустриални машини), значително намалявайки температурно-зависими повреди, значително удължавайки живота на оборудването и общата надеждност на системата.
2. Подобрение на вярността на сигнала:
Изключителните високочестотни електрически характеристики са основа за високоскоростни цифрови вериги и RF приложения, осигурявайки ясна и точна передача на ключови сигнали.
3. Разширяване на приложните граници:
Преодоляване на температурните ограничения на традиционните печатни платки, което позволява на електронните устройства да работят надеждно в още по-строги високотемпературни среди и отваря нови области на приложение.
4. Гаранция за добив и прецизност при производството:
Отличната размерна стабилност е предпоставка за производството на високоплътни взаимни свързвания (HDI) и сложни многослойни платки, което подобрява ефективността на производството и съгласуваността на продукта.
5. Дългосрочна издръжливост:
В комбинация с висока температурна устойчивост, устойчивост на влага и химична устойчивост, осигурява по-дълготрайна защита на електронните устройства и намалява разходите за поддръжка.
Ръководство за класификация на материали за печатни платки според температурата Tg
В зависимост от устойчивостта на топлина, основите на печатните платки обикновено се разделят на различни класове според стойностите на Tg, за да се задоволят разнообразните нужди:
1. Обикновен Tg: Tg ≥ 135°C
- Представителни материали: Стандартна FR-4 епоксидна смола.
- Приложими сценарии: Повечето битови електронни устройства, офис оборудване и други конвенционални температурни среди.
2. Среден Tg: Tg ≥ 150°C
- Експлоатационни характеристики: По-добра топлоустойчивост в сравнение със стандартния FR-4.
- Приложими сценарии: Приложения с леко по-високи изисквания към топлинната производителност, като например някои индустриални контролни устройства, комуникационно оборудване среден клас и др.
3. Висок Tg:
- Tg 170°C: Подходящ за непрекъснати среди със средна и висока температура, като автомобилна електроника и индустриални контролери.
- Tg 180°C: По-добра термична стабилност, често използван при оборудване за комуникационни базови станции, сървъри и високоустойчива битова електроника.
- Tg 200°C: Висока топлоустойчивост, обикновено с по-добра топлопроводимост, подходящ за авиационна и космическа електроника, висок клас индустриално оборудване и високомощни LED осветителни тела.
- Tg 260°C+: Проектиран за екстремни високотемпературни среди и високопроизводителни електронни устройства.
- Tg 300°C+: Най-високо ниво на устойчивост на топлина на комерсиално налични материали в момента, използвани в най-изисканите аерокосмически, военни или специализирани индустриални високотемпературни приложения.
Анализ на често използваните ключови материали за висок Tg PCB
Постигането на високи Tg характеристики зависи от специфична смолна система. Ето няколко основни типа материали и техните характеристики:
1. Полиимид (PI):
- Стойност на Tg: ≥ 250°C (много висока)
- Характеристики: Отлична устойчивост на температура, отлична устойчивост на химична корозия, добра механична якост, ниско отделяне на летливи вещества при високи температури, и възможна гъвкавост.
- Типични приложения: аерокосмическа индустрия, военна електроника, високотемпературни индустриални сензори/контролери, гъвкави вериги.
2. BT епоксидна смола:
- Стойност на Tg: 180°C – 220°C
- Характеристики: Отлична топлоустойчивост, относително нисък диелектричен коефициент и загуби, ниско влагопоемане, добра обработваемост. Балансиране на производителност и цена по пътя на модернизация на FR-4.
- Типични приложения: комуникационно оборудване, системни платки за сървъри, платки за високоскоростни цифрови вериги, висок клас битова електроника.
3. Полифенилен оксид (PPO):
- Стойност на Tg: 175°C – 220°C
- Характеристики: Много ниско влагопоемане, много нисък диелектричен коефициент и загуби, отлична размерна стабилност, добра устойчивост на хидролиза.
- Типични приложения: Високочестотни ВЧ платки (като 5G антени, радари), авиационна и космическа електроника, високоскоростни комуникационни шини.
4. Полимер с кристална структура (LCP):
- Стойност на Tg: ≥ 280°C (много висока)
- Характеристики: Почти нулево влагопоемане, изключително нисък и стабилен диелектричен коефициент и загуби, отлична химична устойчивост, стабилни механични свойства при високи температури, може да се произвежда като ултратънки гъвкави платки.
- Типични приложения: Високочестотни/високоскоростни конектори, 5G/6G технологии, автомобилни радари, сензори в изискващи условия.
5. Политетрафлуороетилен (PTFE) - често наричан "Teflon":
- Стойност Tg: ≥ 250°C
- Характеристики: Ултра-нисък диелектричен коефициент и загуби, отлична химична инертност, отлична високочестотна производителност. Въпреки това, чистият PTFE има лоша обработваемост, висока цена, относително висок коефициент на термично разширение (CTE) и анизотропия, а също така е труден за пробиване.
- Типични приложения: Висок клас микровълнови вериги, радарни системи, спътникови комуникации, високочестотно изпитвателно оборудване.
6. Керамичен PTFE с пълнител:
- Стойност Tg: ≥ 250°C
- Характеристики: Към чистия PTFE се добавят керамични пълнители. Значително подобрена стабилност, увеличена топлопроводимост, подобрена механична якост и твърдост, както и по-лесна обработка. Електрическите параметри са леко по-ниски в сравнение с чистия PTFE, но все още много добри.
- Типични приложения: Високочестотни RF/микровълнови усилватели, антени на базови станции, оборудване за високи температури и високи честоти, което изисква добро отвеждане на топлината.
7. Хидроуглеродна керамична смола:
- Стойност Tg: ≥ 200°C
- Характеристики: Комбиниран с хидроуглеродна смола и керамичен пълнител. Осигурява нисък диелектричен коефициент, ниски загуби, добра термична стабилност, отлична размерна стабилност и обработваемост, а цената обикновено е по-ниска в сравнение с материали на база PTFE.
- Типични приложения: Високоскоростни дигитални платки, високочестотни RF платки, микровълново оборудване, автомобилни радари.
Защо да изберете LHD като стратегически партньор за висок Tg PCBs?
Производството на висок Tg PCB не е просто разширване на производството на обикновен FR-4. От избора на материали, контрола на процеса на ламиниране, точността на пробиването до окончателната повърхностна обработка и електрическото тестване, всяка стъпка изисква почти изискателни изисквания към управлението на температурата и процесната точност. Малки отклонения могат да доведат до разслояване, експлозия на платката или несъответстващи на стандарта характеристики. LHD отлично разбира това. С 16 години задълбочено натрупване в областта на специалните PCB, ние се стремим да бъдем стабилен и надежден "партньор в управлението на температурата" зад вашите приложения при високи температури.
LHD ви предоставя не само платки, но и пълна гама решения за защита при предизвикателствата на високата температура:
1. Точна услуга по избор:
Екипът ни от старши инженери ще ви препоръчи най-ефективни по отношение на цената материали и решения с най-високо съответствие по отношение на производителността, съобразявайки се с вашите конкретни приложни сценарии, за да избегне преувеличения дизайн или недостатъчна производителност.
2. Прецизен контрол на процеса:
Със съоръжение с напълно автоматичен многостепенен прес за контрол на температурата и система за онлайн наблюдение, разчитайки на ексклузивна технологична база данни, гарантира, че всеки слой от ламинирането ще достигне до оптималното състояние на напречно свързване и ще постигне производство без дефекти.
3. Пълно термично управление:
От съхранението на суровините до температурната проследимост на ключови процеси, до тестове за симулация на екстремни среди (TMA, T288 и др.), изградена е завършена система за гарантиране на термичната надеждност.
4. Гъвкави производствени услуги
Поддържа производство от 1 проба до масово производство от милиони бройки, осигурява пълно техническо съпровождане от оптимизацията на DFM до масовото производство и постига безпроблемна връзка.
5. Подкрепа за съвместни иновации
Отворени лаборатории за материали и надеждност, споделени тестови ресурси и съвместно преодоляване на екстремни проблеми с термичното управление като 800V електромобили и сателитна електроника.
6. Прозрачно предаване на стойност
Чрез мащабни поръчки и контрол върху добива, предлагаме дългосрочна продуктовата стойност, която надминава очакванията за цена, на база прозрачност на разходите.
Изборът на LHD означава да изберете партньор за PCB с дълбоко разбиране и екстремен контрол върху "топлината". Ние се ангажираме да използваме предовите технологии, строги стандарти и искрено сътрудничество, за да осигурим електронните ви системи при високи температури да останат толкова надеждни, колкото и преди в сурови условия.
Започнете сега вашето проектиране с "липса на притеснения от високата температура"!
Добре дошли да се свържете с екипа на LHD, за да получите техническа консултация и решения за висок температурен PCB, съответстващи на вашето приложение.
EN
