Høj TG PCB

Hvad er en high Tg PCB?

I verden af printede kredsløbsplader (PCB'er) er glasovergangstemperaturen (Tg) et nøglekriterium for substratmaterialers varmebestandighed. Den markerer den kritiske temperatur, hvor materialet ændrer sig fra en hård, glasaktig tilstand til en blødere, gummiagtig tilstand. Med andre ord, når temperaturen er under Tg, forbliver materialet stift; når temperaturen overstiger Tg, begynder materialet at bløde, og den mekaniske styrke samt den dimensionelle stabilitet falder markant.

High Tg PCB'er er printede kredsløbsplader fremstillet af materialer med høje glasovergangstemperaturer (Tg). Disse materialer er designet til at kunne modstå høje temperaturer i arbejdsmiljøer, som almindelige PCB-materialer (såsom standard FR-4, som typisk har en Tg på ca. 130-140°C) ikke kan holde til. Selv under alvorlig termisk belastning kan High Tg PCB'er fastholde deres strukturelle integritet, dimensionelle nøjagtighed og stabile elektriske egenskaber og dermed sikre, at elektroniske enheder kan fungere pålideligt ved høje temperaturer.

Kerneprestationsfordele ved High Tg PCB

Årsagen til, at High Tg-materialer kan håndtere høje temperaturudfordringer, skyldes deres række af fremragende ydelsesegenskaber:

1. Fremragende termisk stabilitet:

• "Stålbens" ved høje temperaturer: Høj Tg PCB'er kan stadig opretholde god mekanisk styrke og hårdhed ved temperaturer langt højere end almindelige materialer. Det betyder, at printpladen ikke let buer, deformeres eller flager, og dermed forhindres komponenter i at falde af og lodninger i at fejle.
  
• Ydelsen "falder ikke ud": Dens elektriske egenskaber kan forblive stabile, også i høje temperaturmiljøer, og vil ikke markant forringes på grund af temperaturstigninger.

2. Lav termisk ekspansionskoefficient (CTE):

• "Synkron åndedræt" reducerer spænding: Alle materialer udvider sig ved opvarmning og trækker sig sammen ved afkøling. De kobberledninger og loddede komponenter, der findes på PCB'en, har også deres egne udvidelseskoefficienter. Hvis udvidelseskoefficienten for PCB-substratet er for forskelligt fra kobber og komponenters koefficient, vil der opstå store termiske spændinger, når temperaturen ændres markant under apparatets start, stop og lodningsprocesser.
  
• Høj Tg-løsning: Materialer med høj Tg har almindeligvis en lavere CTE, som bedre matcher kobber og komponenter. Dette er ligesom at lade PCB-substratet og kobbertrådene/komponenterne "ånde synkront", når temperaturen ændres, hvilket markant reducerer risikoen for loddefejl pga. udmattelsesrevner, brud i kobberfolie eller skader i gennemgående huller forårsaget af uens termisk udvidelse og sammentrækning, og markant forbedrer produktets langsigtede pålidelighed.

3. Fremragende dimensionel stabilitet:

• Den lave CTE og den egne høje stivhed virker sammen, så bøjning og krympning af høj-Tg PCB'er bliver meget lavere end hos almindelige PCB'er under fremstillingsprocessen og i anvendelsesmiljøer med flere højtemperaturpresnings- og loddeprocesser. Dette er afgørende for at fastholde nøjagtigheden for flerlagsplader med mange lag og komplekse strukturer, hvilket direkte påvirker monteringsudbyttet og det endelige produkts præstation.

4. Bedre højfrekvent elektrisk ydeevne:

• Mange høje-Tg materialer (såsom nogle modificerede epoxiharpikser, PPE, PTFE osv.) har lavere dielektrisk konstant og tabstangens.
  
• "Motorvej" til signaloverførsel: Lav Dk betyder hurtigere signaludbredelse; lav Df betyder mindre energitab under signaloverførsel. Kombinationen af disse to faktorer gør det muligt for høje-Tg PCB at bedre sikre signaintegritet og kvalitet i højfrekvente og højhastighedsapplikationer, reducere signaldistorsion og dæmpning og er især velegnet til avancerede områder såsom 5G, højhastighedsnetværk og radiofrekvens.

5. Forbedret fugt- og kemikaliebestandighed:

• Høje-Tg materialer har generelt lavere fugtopsugning, hvilket betyder mindre fugtopsugning i et fugtigt miljø.
  
• Forebygg problemer, før de opstår: Dette reducerer ikke alene risikoen for lagdeling forårsaget af fugtoptagelse og udvidelse, men også muligheden for degradering af elektrisk isolering og ionemigration i et fugtigt miljø, og forbedrer desuden produktets holdbarhed i barske miljøer.

Kerneværdi leveret af høj Tg PCB

De ovennævnte ydelsesfordele bliver direkte omsat til betydelig værdi i praktiske anvendelser:

1. Pålidelighedsforbedring:

Stabil drift under høje temperaturforhold (såsom bilens motorkompartment, indersiden af højeffekt strømforsyning og centrale områder af industrimaskiner), reducerer markant varmerelaterede fejl, forlænger markant udstyrets levetid og den overordnede systempålidelighed.

2. Forbedring af signaltroværdighed:

Udmærket højfrekvent elektrisk ydelse er grundstenen i højhastighets digitale kredsløb og RF-applikationer og sikrer klar og præcis transmission af nøglesignaler.

3. Udvidelse af anvendelsesgrænser:

Brud på temperaturgrænsen for traditionelle PCB'er, hvilket gør det muligt for elektroniske apparater at fungere pålideligt i strengere højtemperaturmiljøer og åbner op for nye anvendelsesområder.

4. Produktionens udbytte og præcisionsgaranti:

Udmærket dimensionel stabilitet er en forudsætning for produktion af højtykkede forbindelser (HDI) og komplekse flerlagsplader, hvilket forbedrer produktionshastigheden og produktets konsistens.

5. Langvarig holdbarhed:

Kombineret med høj temperaturmodstand, fugtmodstand og kemikaliebestandighed, giver det længere beskyttelse af elektroniske apparater og reducerer vedligeholdelsesomkostninger.

Vejen til klassificering af Tg-temperaturgrader for PCB-materialer

Ud fra varmemodstand deles PCB-substrater normalt op i forskellige klasser efter Tg-værdier for at imødekomme mange forskellige behov:

1. Almindelig Tg: Tg ≥ 135°C

• Repræsentative materialer: Standard FR-4 epoxiharpikser.
  
• Anvendelsesområder: De fleste forbrugerelektronik, kontorequipment og andre almindelige temperaturmiljøer.

2. Middel Tg: Tg ≥ 150°C

• Ydelsesegenskaber: Bedre varmetræmodstand end standard FR-4.
  
• Anvendelsesområder: Applikationer med let øgede krav til termisk ydelse, såsom nogle industrielle styreequipment, mellemstore kommunikationsudstyr osv.

3. Høj Tg:

• Tg 170°C: Egnet til kontinuerlige middel- og høje temperaturmiljøer, såsom bil-elektronik og industrielle kontrollere.
  
• Tg 180°C: Bedre termisk stabilitet, almindeligt anvendt i kommunikationsbasestationer, servere og højydelsesforbrugerelektronik.
  
• Tg 200°C: Høj varmetræmodstand, ofte med bedre termisk ledningsevne, egnet til luftfartselektronik, højkvalitets industrielt udstyr og high-power LED-belysningssubstrater.
  
• Tg 260°C+: Designet til ekstreme høje temperaturmiljøer og høj effekttæthede elektroniske enheder.
  
• Tg 300°C+: Den højeste varmebestandighedsniveau for kommercielle materialer, der er tilgængelige i øjeblikket, brugt i de mest krævende højtemperaturscenarier inden for luftfart, militære og særlige industrielle anvendelser.

Analyse af almindelige nøglematerialer til høj Tg PCB

Realiseringen af høj Tg-egenskaber afhænger af et specifikt harpikssystem. Her er nogle gængse materialtyper og deres egenskaber:

1. Polyimid (PI):

• Tg-værdi: ≥ 250°C (meget høj)
  
• Egenskaber: Fremragende temperaturbestandighed, fremragende kemisk korrosionsbestandighed, god mekanisk styrke, lav frigivelse af flugtige stoffer ved høje temperaturer og valgfri fleksibilitet.
  
• Typiske anvendelser: Luftfart, militære elektronikanvendelser, højtemperatursensorer/kontrollere til industrielle formål, fleksible kredsløb.

2. BT-epoxyharpiks:

• Tg-værdi: 180°C – 220°C
  
• Egenskaber: Fremragende varmebestandighed, relativt lav dielektrisk konstant og tab, lav vandoptagelighed, god procesegenskaber. Balanceret præstation og pris i FR-4 opgraderingsbanen.
  
• Typiske anvendelser: kommunikationsudstyr, server-motherboards, højhastigheds-digitale kredsløbskort, high-end forbrugerelektronik.

3. Det er ikke muligt. Polyphenylenoxid (PPO):

• Tg-værdi: 175°C 220°C
  
• Egenskaber: Meget lav fugtabsorption, meget lav dielektrisk konstant og tab, fremragende dimensionel stabilitet, god hydrolyseresistens.
  
• Typiske anvendelser: Højfrekvente RF-kredsløb (såsom 5G-antenner, radare), luftfartsteknologi, højhastighedskommunikationsbagplaner.

4. - Hvad? Med indhold af ammonium nitrat på over 1 vægtprocent

• Tg-værdi: ≥ 280°C (meget høj)
  
• Egenskaber: Næsten ingen vandabsorption, ultralav og stabil dielektrisk konstant og tab, fremragende kemisk modstandsdygtighed, stabile mekaniske egenskaber ved høje temperaturer, kan fremstilles i ultrafine fleksible brædder.
  
• Typiske anvendelser: Højfrekvens-/højhastighedsforbindelser, 5G/6G, bilradarer, sensorer til hårde omgivelser.

5. - Hvad? Polytetrafluorethylen (PTFE) - ofte kaldet "Teflon":

• Tg-værdi: ≥ 250°C
  
• Egenskaber: Ekstrem lav dielektrisk konstant og tab, fremragende kemisk inerthed, fremragende højfrekvensperformance. Dog har ren PTFE dårlig formbarhed, høj pris, relativt høj CTE og anisotropi samt vanskelig boring.
  
• Typiske anvendelser: Højfrekvens mikrobølgekredsløb, radarsystemer, satellitkommunikation, højfrekvent testudstyr.

6. Keramikfyldt PTFE:

• Tg-værdi: ≥ 250°C
  
• Egenskaber: Der tilsættes keramikfyldstoffer til ren PTFE. Markant forbedret stabilitet, forbedret termisk ledningsevne, forbedret mekanisk styrke og hårdhed samt lettere bearbejdning. Den elektriske performance er lidt ringere end ren PTFE, men stadig meget god.
  
• Typiske anvendelser: Højfrekvens RF/mikrobølgeforstærkere, basestationer, højfrekvent udstyr til høj temperatur som kræver god varmeafledning.

7. Kulbrintebaseret keramikharz:

• Tg-værdi: ≥ 200°C
  
• Egenskaber: Sammensat af hydrokarbonharz og keramisk fyldstof. Leverer lav dielektrisk konstant, lav forringelse, god termisk stabilitet, fremragende dimensional stabilitet og bearbejdningsvenlighed, og prisen er typisk lavere end for PTFE-baserede materialer.
  
• Typiske anvendelser: Højhastigheds digitale kredsløbsplader, højfrequente RF-kredsløbsplader, mikrobølgeudstyr, automotiv radar.

Hvorfor vælge LHD som din strategiske partner for høje Tg PCB'er?

Fremstilling af høje Tg PCB'er er ikke en simpel udvidelse af almindelig FR-4 produktion. Fra materialevalg, presprocesser, borepræcision til den endelige overfladebehandling og elektrisk test, har hvert trin stillet næsten krævende krav til temperaturstyring og procesnøjagtighed. Små afvigelser kan føre til lagdeling, pladens eksplosion eller utilfredsstillende ydeevne. LHD er godt klar over dette. Med 16 års dybdegående erfaring i special PCB-området er vi dedikeret til at blive en solid og pålidelig "termisk styringspartner" bag dine højtemperaturapplikationer.

LHD tilbyder dig ikke kun kredsløbsplader, men også en komplet række beskyttelsesløsninger under høje temperaturudfordringer:

1. Nøjagtig valgtjeneste:

Vores team af senior ingeniører vil anbefale dig de mest økonomiske material løsninger med den højeste grad af ydeevne, der matcher dine specifikke anvendelsesscenarier, for at undgå overdimensionering eller utilstrækkelig ydeevne.

2. Præcisions proceskontrol:

Udstyret med en fuldautomatisk flertrins temperaturkontrolleret presse og et online overvågningssystem, der bygger på en eksklusiv procesdatabase, sikrer det, at hver lag af laminering opnår den bedste tværbindingsstatus og opnår produktion uden defekter.

3. Komplet termisk styring gennem hele processen:

Fra råvarelagering til temperatursporbarhed i nøgleprocesser og ekstreme miljøsimulationstests (TMA, T288 osv.) bygges et komplet system til termisk pålidelighedsgaranti.

4. Fleksible produktionstjenester

Understøtter 1 stk. prøveproduktion op til millionniveau massproduktion og tilbyder fuld teknisk bistand fra DFM-optimering til massproduktion og sikrer en problemfri overgang.

5. Fælles innovationssupport

Åbne material- og pålidelighedslaboratorier, del testressourcer og overkomme fælles ekstreme termiske styringsproblemer såsom 800V elbiler og satellit-elektronik.

6. Transparent værdilevering

Gennem storskala-indkøb og udbyttekontrol tilbydes langsigtet produktværdi, der overskrider prisforventninger, på baggrund af omkostningstransparens.

At vælge LHD betyder at vælge en PCB-partner, der har en dyb forståelse og ekstrem kontrol over "varme". Vi lover at bruge avanceret teknologi, strenge standarder og ægte samarbejde for at sikre, at dit højtemperatur elektroniksystem forbliver lige så robust i barske miljøer.

Start din "højtemperatur-fri" design nu!
Velkommen til at kontakte LHD's professionelle team for at få teknisk rådgivning og løsninger til high Tg PCB til din applikation.