Ploča s visokom TG

Šta je High Tg PCB?

U svijetu štampanih ploča (PCB), temperatura staklene tranzicije (Tg) je ključna mjera otpornosti materijala podloge na toplinu. Ona označava kritičnu temperaturnu tačku gdje materijal prelazi iz tvrdog, staklastog fizičkog stanja u mekše, gumenasto stanje. Jednostavno rečeno, kada je ambijentalna temperatura ispod Tg, materijal ostaje krut; čim temperatura premaši Tg, materijal počinje da se topi i mehanička čvrstoća i dimenzionalna stabilnost značajno opadaju.

PCB ploče sa visokim Tg su štampane ploče napravljene od materijala sa visokom temperaturom staklene tranzicije (Tg). Ovi materijali su dizajnirani da izdrže radne uslove sa visokim temperaturama koje obični materijali za PCB (kao što je standardni FR-4, koji obično ima Tg oko 130-140°C) ne mogu podnijeti. Čak i pod ekstremnim toplotnim opterećenjem, PCB ploče sa visokim Tg mogu očuvati strukturnu integritetnost, dimenzionalnu tačnost i stabilne električne performanse, čime se osigurava pouzdan rad elektronskih uređaja na visokim temperaturama.

Ključne prednosti performansi PCB ploča sa visokim Tg

Razlog zašto materijali sa visokim Tg mogu izdržati izazove visokih temperatura ogleda se u njihovom nizu izvrsnih karakteristika:

1. Izvrsna toplotna stabilnost:

• "Čelične kosti" pri visokim temperaturama: PCB ploče sa visokom Tg još uvijek mogu održavati dobru mehaničku čvrstoću i tvrdoću na temperaturama znatno višim u odnosu na obične materijale. To znači da se ploča ne lomi, ne deformira niti se odljučuje, što učinkovito sprječava otpadanje komponenti i otkazivanje lemljenih spojeva.
  
• Performanse se ne "gube": Njegova električna svojstva mogu ostati stabilna čak i u uvjetima visoke temperature i neće se značajno pogoršati uslijed povećanja temperature.

2. Nizak koeficijent termičkog širenja (CTE):

• "Sinkrono disanje" smanjuje stres: Svi materijali se šire pri zagrijavanju i skupljaju pri hlađenju. Bakrene žice i zalemne komponente na ploči također imaju svoje koeficijente širenja. Ako je koeficijent termičkog širenja PCB ploče previše različit u odnosu na bakar i komponente, ogromni termički naponi će se generirati kada se temperatura naglo promijeni tijekom pokretanja, gašenja i procesa lemljenja uređaja.
  
• Rješenje s visokim Tg: Materijali s visokim Tg obično imaju niži CTE koji bolje odgovara bakru i komponentama. Ovo je poput dozvoljavanja PCB podlozi i bakarnim žicama/komponentama da "dahću sinhronizovano" kada se mijenja temperatura, znatno smanjujući rizik od pucanja lemnih spojeva usljed umora, prekida bakarnog lima ili oštećenja provrtova izazvanih neusklađenom termalnom ekspanzijom i kontrakcijom, te značajno poboljšavajući dugoročnu pouzdanost proizvoda.

3. Izvrsna stabilnost dimenzija:

• Nizak CTE i sopstvena visoka krutost zajedno čine da izobličenje i skupljanje PCB-a s visokim Tg bude znatno niže u poređenju sa običnim PCB-ovima tokom proizvodnje i u uslovima upotrebe sa višestrukim visokotemperaturnim prešanjem i zavarivanjem. Ovo je ključno za održavanje tačnosti kod višeslojnih ploča sa mnogo slojeva i kompleksnih struktura, što direktno utiče na prinos sklopova i performanse konačnog proizvoda.

4. Bolje električne performanse na visokim frekvencijama:

• Mnogi materijali sa visokim Tg (kao što su neki modifikovani epoksidni smole, PPE, PTFE i dr.) imaju niže dielektrične konstante i tangente gubitka.
  
• "Auto-put" za prenos signala: Nizak Dk znači bržu propagaciju signala; nizak Df znači manji gubitak energije tokom prenosa signala. Kombinacija ova dva omogućava visokim Tg PCB-ovima da bolje osiguraju integritet i kvalitet signala u visokofrekventnim i brzim aplikacijama, smanje iskrivljenje i slabljenje signala i posebno su pogodni za napredne oblasti kao što su 5G, visokobrzinske mreže i radio frekvencije.

5. Poboljšana otpornost na vlagu i hemikalije:

• Materijali visokog Tg generalno imaju nižu apsorpciju vlage, što znači da u vlažnoj sredini upijaju manje vlage.
  
• Sprečite probleme prije nego što se dogode: Ovo ne smanjuje samo rizik od odlaminacije izazvane apsorpcijom vlage i širenjem, već i mogućnost degradacije električne izolacije i jon migracije u vlažnoj sredini, a takođe poboljšava izdržljivost proizvoda u teškim uslovima.

Osnovna vrijednost koju donosi PCB sa visokim Tg

Gornji prednosti u radu direktno se pretvaraju u značajnu vrijednost u praktičnim primjenama:

1. Skok u pouzdanosti:

Stabilna operacija u uslovima visoke temperature (npr. u motoru automobila, unutar visokofrekventnih napajanja i u jezgri industrijske opreme), značajno smanjuje kvarove povezane sa toplinom, znatno produžuje vijek trajanja opreme i ukupnu pouzdanost sistema.

2. Poboljšanje vjerodostojnosti signala:

Izvrsna visokofrekventna električna svojstva su temelj kola za visokofrekventne digitalne signale i RF primjene, osiguravajući jasnu i tačnu transmisiju ključnih signala.

3. Proširenje granica primjene:

Proboj kroz temperaturnu granicu tradicionalnih PCB-a, omogućavajući elektronskim uređajima da pouzdano rade u zahtjevnijim visokotemperaturnim okolinama, otvarajući nove oblasti primjene.

4. Jamstvo za prinos u proizvodnji i preciznost:

Izvrsna dimenzionalna stabilnost je preduvjet za proizvodnju visokogustoćnih međuspojeva (HDI) i kompleksnih višeslojnih ploča, poboljšavajući efikasnost proizvodnje i konzistentnost proizvoda.

5. Dugotrajna izdržljivost:

U kombinaciji sa otpornošću na visoke temperature, otpornost na vlagu i hemikalije, pruža dugotrajnu zaštitu elektronskim uređajima i smanjuje troškove održavanja.

Vodič za klasifikaciju temperatura Tg materijala ploča za štampane kola

Na osnovu otpornosti na toplotu, PCB podloge su obično podijeljene u različite klase prema Tg vrijednostima kako bi bile zadovoljene različite potrebe:

1. Obična Tg: Tg ≥ 135°C

• Reprezentativni materijali: Standardna FR-4 epoksna smola.
  
• Primjenjive situacije: Većina kućanskih aparata, uredskih uređaja i drugih konvencionalnih temperatura okoline.

2. Srednji Tg: Tg ≥ 150°C

• Karakteristike performansi: Bolja otpornost na toplinu u odnosu na standardni FR-4.
  
• Primjenjive situacije: Primjene s nešto višim zahtjevima za termalne performanse, poput neke industrijske kontrolne opreme, srednje klase komunikacijske opreme itd.

3. Visoki Tg:

• Tg 170°C: Pogodan za kontinuirano srednje i visoke temperature, poput automobilskih elektronika i industrijskih kontrolera.
  
• Tg 180°C: Bolja termalna stabilnost, često se koristi u opremi za bazne stanice, serverima i visokonaponskim kućanskim elektronicima.
  
• Tg 200°C: Visoka otpornost na toplinu, obično sa boljom termalnom vodljivošću, pogodan za elektroniku u vazduhoplovstvu, visokokvalitetnu industrijsku opremu i LED rasvjetu visoke snage.
  
• Tg 260°C+: Dizajniran za ekstremno visoke temperature i elektronske uređaje visoke gustine snage.
  
• Tg 300°C+: Najviši nivo otpornosti na toplotu komercijalnih materijala koji su trenutno dostupni, koristi se u najzahtjevnijim visokotemperaturnim scenarijima u vazduhoplovstvu, vojsci ili posebnoj industriji.

Analiza uobičajenih ključnih materijala za PCB visokog Tg-a

Ostvarenje visokih Tg performansi zavisi od određenog sistema smole. Evo nekoliko glavnih tipova materijala i njihovih karakteristika:

1. Poliimid (PI):

• Tg vrijednost: ≥ 250°C (vrlo visoka)
  
• Karakteristike: Izvrsna otpornost na toplotu, izvrsna otpornost na hemijsku koroziju, dobra mehanička svojstva, nizak izlaz isparljivih materija na visokim temperaturama, moguća fleksibilnost.
  
• Tipične primjene: vazduhoplovstvo, vojna elektronika, industrijski senzori/kontroleri visoke temperature, fleksibilni kola.

2. BT epoksna smola:

• Tg vrijednost: 180°C – 220°C
  
• Karakteristike: Izvrsna otpornost na toplotu, relativno nizak dielektrični koeficijent i gubitak, niska apsorpcija vlage, dobra obradivost. Ravnoteža performansi i cijene na putu unapređenja FR-4.
  
• Tipične primjene: komunikacijska oprema, matične ploče servera, ploče visokofrekventnih digitalnih kola, visokokvalitetna potrošačka elektronika.

3. Polifenilen oksid (PPO):

• Tg vrijednost: 175°C – 220°C
  
• Značajke: Vrlo nizak upijanje vlage, vrlo nizak dielektrični konstantni gubitak, izvrsna dimenzionalna stabilnost, dobra otpornost na hidrolizu.
  
• Tipične primjene: Ploče visokih frekvencija (kao što su 5G antene, radar), elektronika za svemirska vozila, visokobrzinske komunikacione podloge.

4. Polimer tekućih kristala (LCP):

• Tg vrijednost: ≥ 280°C (vrlo visoka)
  
• Značajke: Skoro nikakvo upijanje vode, ultra nizak i stabilan dielektrični konstantni gubitak, izvrsna hemijska otpornost, stabilna mehanička svojstva na visokim temperaturama, može se izraditi u obliku ultra tankih fleksibilnih ploča.
  
• Tipične primjene: Visokofrekventni/visokobrzinski konektori, 5G/6G, automobilski radar, senzori za ekstremne uslove.

5. Politetrafluoretilen (PTFE) - često se naziva "Teflon":

• Tg vrijednost: ≥ 250°C
  
• Karakteristike: Ultra nizak dielektrični konstanta i gubitak, izvrsna hemijska inertnost, izvrsna visokofrekventna performansa. Međutim, čisti PTFE ima lošu obradivost, visoku cijenu, relativno visok CTE i anizotropiju te teško bušenje.
  
• Tipične primjene: Visokofrekventni mikrotalasni krugovi, radarski sistemi, satelitske komunikacije, visokofrekventna test oprema.

6. Keramički punjen PTFE:

• Tg vrijednost: ≥ 250°C
  
• Karakteristike: Keramička punila se dodaju čistom PTFE-u. Značajno poboljšana stabilnost, povećana termalna provodljivost, poboljšana mehanička čvrstoća i tvrdoća, lakša obrada. Električne karakteristike su nešto inferiornije u odnosu na čisti PTFE, ali i dalje vrlo dobre.
  
• Tipične primjene: Visokofrekventni RF/mikrotalasni pojačala, antene baza, visokotemperaturna i visokofrekventna oprema koja zahtijeva dobro hlađenje.

7. Smola na bazi ugljovodonika s keramikom:

• Tg vrijednost: ≥ 200°C
  
• Karakteristike: Sastoji se od hidrokarbonske smole i keramičkog punila. Ima nizak dielektrični koeficijent, nizak gubitak, dobru termalnu stabilnost, izvrsnu dimenzionalnu stabilnost i obradivost, a cijena je obično niža u odnosu na materijale zasnovane na PTFE-u.
  
• Tipične primjene: Visokofrekventne digitalne ploče, visokofrekventne RF ploče, mikrotalasna oprema, automobilski radar.

Zašto izabrati LHD kao vašeg strategijskog partnera za visok Tg PCB-ove?

Proizvodnja PCB-a sa visokom tačkom stapanja (Tg) nije jednostavno proširenje proizvodnje običnih FR-4 ploča. Od izbora materijala, kontrole procesa laminiranja, tačnosti bušenja do završnog tretmana površine i električnog testiranja, svaki korak postavlja gotovo zahtjevne standarde za upravljanje temperaturom i tačnost procesa. Čak i male odstupanja mogu dovesti do odvajanja slojeva, eksplozije ploče ili nesavršenih performansi. LHD je svjestan ovoga. Sa 16 godina dubokog iskustva u oblasti specijalnih PCB-a, posvećeni smo da postanemo čvrst i pouzdan "partner za upravljanje toplotom" iza vaših primjena na visokim temperaturama.

LHD vam nudi ne samo ploče s kola, već i kompletno rješenje zaštite u uslovima izloženosti visokim temperaturama:

1. Tačna usluga izbora:

Naš tim senior inženjera preporučiti će Vam najisplativija rješenja materijala sa najvišim stepenom poklapanja performansi u skladu sa Vašim specifičnim scenarijima primjene, kako bi se izbjeglo prekomjerno projektovanje ili nedovoljne performanse.

2. Precizno upravljanje procesom:

Opremljen potpuno automatskom višestepenom presom za kontrolu temperature i sistemom za nadzor u realnom vremenu, uz oslanjanje na ekskluzivnu bazu podataka o procesima, osigurava da svaki sloj laminiranja postigne optimalno stanje umrežavanja i postigne proizvodnju bez grešaka.

3. Kompletno upravljanje toplotom tokom procesa:

Od skladištenja sirovina, preko praćenja temperature ključnih procesa, do testova simulacije ekstremnih okolinskih uslova (TMA, T288 itd.), izgrađen je kompletan sistem garancije toplotne pouzdanosti.

4. Fleksibilne proizvodne usluge

Podrška od jednog komada uzorka do masovne proizvodnje nivoa miliona komada, pruža potpunu tehničku podršku od optimizacije DFM-a do masovne proizvodnje i omogućava bezprekoran prelazak.

5. Podrška zajedničkom inoviranju

Otvoreni laboratoriji za materijale i pouzdanost, dijeljenje resursa za testiranje i zajedničko prevazilaženje ekstremnih problema upravljanja toplinom poput 800V električnih vozila i satelitske elektronike.

6. Transparentna isporuka vrijednosti

Kroz masovnu nabavu i kontrolu prinosa, na osnovi transparentnosti troškova, pruža se dugoročna vrijednost proizvoda koja premašuje očekivanja cijena.

Izbor LHD znači izbor PCB partnera koji duboko razumije i ekstremno kontrolira "toplote". Obecavamo da ćemo pomoću vodeće tehnologije, strogih standarda i iskrene saradnje osigurati da vaš elektronski sistem visokih temperatura ostane jednako izdržljiv kao i ranije u teškim uslovima.

Započnite svoje projektovanje "bez briga zbog visoke temperature" već danas!
Dobrodošli da kontaktirate profesionalni tim LHD-a i dobijete tehničku konsultaciju i rješenja za high Tg PCB primjene prilagođena vašoj aplikaciji.