برد مدار چاپی با دمای گلاس ترنسیشن بالا

برد مدار چاپی با نقطه گذارش بالا چیست؟

در دنیای برد‌های مدار چاپی (PCB)، دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) معیار کلیدی مقاومت حرارتی مواد زیرلایه محسوب می‌شود. این دما نقطه بحرانی تغییر وضعیت فیزیکی ماده از حالت سخت و شیشه‌ای به حالت نرم‌تر و لاستیکی است. به عبارت ساده، زمانی که دمای محیط پایین‌تر از Tg باشد، ماده سفت باقی می‌ماند؛ اما هنگامی که دما از Tg فراتر رود، ماده شروع به نرم شدن می‌کند و استحکام مکانیکی و پایداری ابعادی به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.

بردهای مدار چاپی با نقطه انتقال شیشه‌ای بالا (High Tg PCBs) از موادی ساخته شده‌اند که دارای دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) بالایی هستند. این مواد به منظور مقاومت در برابر محیط‌های کاری با دمای بالا که مواد معمولی برد مدار چاپی (مانند FR-4 استاندارد که معمولاً دارای Tg حدود 130-140 درجه سانتی‌گراد است) نمی‌توانند آن را تحمل کنند، طراحی شده‌اند. حتی تحت بارهای حرارتی شدید، برد High Tg می‌تواند استحکام ساختاری، دقت ابعادی و عملکرد الکتریکی پایدار خود را حفظ کند و این اطمینان را فراهم کند که دستگاه‌های الکترونیکی بتوانند در دمای بالا به‌صورت مطمئن کار کنند.

برتری‌های عملکردی کلیدی برد High Tg

دلیل اینکه مواد High Tg می‌توانند در برابر چالش‌های دمای بالا مقاومت کنند، وجود سری از ویژگی‌های برجسته عملکردی است:

1. پایداری حرارتی عالی:

• "استخوان‌های فولادی" در دمای بالا: مدارهای چاپی با نقطه گذرنده بالا (High Tg) می‌توانند استحکام مکانیکی و سختی خود را در دماهای بسیار بالاتر از مواد معمولی حفظ کنند. این امر باعث می‌شود که برد مداری دچار تابیدگی، تغییر شکل یا لایه‌لایه شدن نشود و به‌طور مؤثری از ریزش قطعات و خرابی اتصالات لحیم‌کاری جلوگیری کند.
  
• عملکرد دچار "کاهش" نمی‌شود: عملکرد الکتریکی آن می‌تواند حتی در محیط‌های داغ نیز پایدار باقی بماند و به‌دلیل افزایش دما دچار کاهش چندانی نخواهد شد.

2. ضریب پایین انبساط حرارتی (CTE):

• "تنفس همزمان" برای کاهش تنش: تمام مواد هنگام گرم شدن منبسط و هنگام سرد شدن منقبض می‌شوند. سیم‌های مسی و قطعات لحیم‌کاری شده روی برد نیز دارای ضریب انبساط خود هستند. اگر ضریب انبساط حرارتی بستر برد چاپی با ضریب انبساط مس و قطعات خیلی متفاوت باشد، در هنگام تغییرات دمای شدید در فرآیندهای روشن و خاموش کردن دستگاه و لحیم‌کاری، تنش‌های حرارتی بزرگی ایجاد خواهد شد.
  
• راه‌حل Tg بالا: مواد Tg بالا معمولاً دارای CTE پایین‌تری هستند که با فلز مس و سایر اجزا تطابق بهتری دارد. این موضوع مانند آن است که در هنگام تغییرات دما، ماده زیرسازی برد مدار چاپی (PCB) و قطعات یا سیم مسی بتوانند «به‌صورت هم‌زمان نفس بکشند»، که این امر خطر ترک خوردگی خستگی لحیم‌کاری، شکستن فویل مسی یا آسیب دیدن سوراخ‌های عبوری ناشی از انبساط و انقباض ناهمخوان را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد و در نتیجه قابلیت اطمینان بلندمدت محصول را بهبود می‌بخشد.

3. ثبات ابعادی عالی:

• CTE پایین و سفتی ذاتی بالا با هم باعث می‌شوند که میزان تابیدگی و جمع‌شدگی در برد مدار چاپی (PCB) با Tg بالا در مقایسه با برد معمولی در فرآیند تولید و محیط کاری که شامل فشارهای دمایی و جوشکاری‌های مکرر است، بسیار کمتر باشد. این موضوع برای حفظ دقت در برد‌های چندلایه با ساختارهای پیچیده بسیار مهم است و مستقیماً بر بازدهی مونتاژ و عملکرد محصول نهایی تأثیر می‌گذارد.

4. عملکرد الکتریکی بهتر در فرکانس‌های بالا:

• بسیاری از مواد با Tg بالا (مانند برخی رزین‌های اپوکسی اصلاح‌شده، PPE، PTFE و غیره) دارای ثابت دی‌الکتریک و تانژانت اتلاف کمتری هستند.
  
• "اتوبان" برای انتقال سیگنال: Dk پایین به معنای انتشار سریع‌تر سیگنال است؛ Df پایین به معنای کاهش اتلاف انرژی در حین انتقال سیگنال است. ترکیب این دو امکان می‌دهد که برد مدار چاپی با Tg بالا در کاربردهای با فرکانس و سرعت بالا، یکپارچگی و کیفیت بهتر سیگنال را تضمین کند و اعوجاج و تضعیف سیگنال را کاهش دهد و به‌ویژه در زمینه‌های پیشرفته مانند 5G، شبکه‌های پرسرعت و فرکانس رادیویی مناسب باشد.

5. مقاومت بیشتر در برابر رطوبت و مواد شیمیایی:

• مواد با Tg بالا به‌طور کلی جذب رطوبت کمتری دارند، که به معنای جذب کمتر رطوبت در محیط‌های مرطوب است.
  
• پیشگیری از مشکلات قبل از وقوع آنها: این موضوع نه تنها خطر لایه‌لایه شدن ناشی از جذب رطوبت و انبساط را کاهش می‌دهد، بلکه احتمال کاهش عایل برقی و مهاجرت یونی در محیط‌های مرطوب را نیز کاهش داده و دوام محصول را در شرایط سخت بهبود می‌بخشد.

ارزش هسته‌ای ایجاد شده توسط برد مداری با نقطه گذار بالا (High Tg PCB)

مزایای عملکردی ذکر شده در بالا به طور مستقیم به ارزش‌های قابل توجهی در کاربردهای عملی تبدیل می‌شوند:

1. پرش در قابلیت اطمینان:

عملکرد پایدار در شرایط دمای بالا (مانند محفظه موتور خودرو، داخل منبع تغذیه توان بالا و منطقه هسته‌ای تجهیزات صنعتی)، خرابی‌های مرتبط با گرما را به شدت کاهش داده و عمر تجهیزات و قابلیت اطمینان کل سیستم را به طور چشمگیری افزایش می‌دهد.

2. بهبود وضوح سیگنال:

عملکرد الکتریکی عالی در فرکانس‌های بالا، پایه و اساس مدارهای دیجیتال پرسرعت و کاربردهای RF است و انتقال واضح و دقیق سیگنال‌های کلیدی را تضمین می‌کند.

3. گسترش مرزهای کاربردی:

شکستن محدودیت دمایی مدارهای چاپی (PCB) سنتی، امکان عملکرد قابل اطمینان دستگاه‌های الکترونیکی را در محیط‌های با دمای بالاتر فراهم می‌کند و زمینه‌های کاربردی جدیدی را فرا می‌گیرد.

4. تضمین بازده و دقت تولید:

ثبات ابعادی عالی پیش‌نیاز تولید مدارهای متراکم (HDI) و برد چندلایه پیچیده است و بهره‌وری تولید و یکنواختی محصولات را افزایش می‌دهد.

5. دوام بلندمدت:

ترکیب مقاومت در برابر دما، رطوبت و مواد شیمیایی، حفاظت بلندمدت‌تری برای دستگاه‌های الکترونیکی فراهم کرده و هزینه‌های نگهداری را کاهش می‌دهد.

راهنمای طبقه‌بندی درجه دمای Tg مواد مدار چاپی

با توجه به مقاومت حرارتی، زیرلایه‌های PCB معمولاً بر اساس مقادیر Tg به درجه‌های مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند تا نیازهای متنوعی را برآورده کنند:

1. Tg معمولی: Tg ≥ 135°C

• مواد نماینده: رزین اپوکسی استاندارد FR-4.
  
• محدوده کاربرد: بیشتر تجهیزات الکترونیکی مصرف‌کننده، تجهیزات دفتری و سایر محیط‌های با دمای معمولی

2. متوسط Tg: Tg ≥ 150°C

• ویژگی‌های عملکردی: مقاومت حرارتی بهتر از FR-4 استاندارد
  
• محدوده کاربرد: کاربردهایی با الزامات بالاتر از نظر عملکرد حرارتی، مانند برخی تجهیزات کنترل صنعتی، تجهیزات مخابراتی میان‌رده و غیره

3. Tg بالا:

• Tg 170°C: مناسب محیط‌های دمای متوسط تا بالا به‌صورت مداوم، مانند الکترونیک خودرو و کنترل‌کننده‌های صنعتی
  
• Tg 180°C: پایداری حرارتی بهتر، اغلب در تجهیزات ایستگاه پایه مخابراتی، سرورها و الکترونیک مصرفی با قابلیت اطمینان بالا استفاده می‌شود
  
• Tg 200°C: مقاومت بالای حرارتی، معمولاً همراه با هدایت حرارتی بهتر، مناسب الکترونیک هوافضا، تجهیزات صنعتی پیشرفته و زیرساخت‌های LED توان بالا
  
• Tg 260°C+: طراحی شده برای محیط‌های دمای بسیار بالا و دستگاه‌های الکترونیکی با چگالی توان بالا
  
• Tg 300°C+: بالاترین سطح مقاومت حرارتی مواد تجاری موجود در حال حاضر، که در شرایط بسیار سخت کاربردهای هوافضایی، نظامی یا صنایع خاص با دمای بالا استفاده می‌شود.

تحلیل مواد کلیدی رایج برای مدارهای چاپی با Tg بالا

دستیابی به عملکرد Tg بالا به یک سیستم رزین خاص بستگی دارد. در ادامه چند نوع اصلی از مواد رایج و ویژگی‌های آن‌ها آورده شده است:

1. پلی‌ایماید (PI):

• مقدار Tg: ≥ 250°C (خیلی زیاد)
  
• ویژگی‌ها: مقاومت حرارتی بسیار خوب، مقاومت بسیار بالا در برابر خوردگی شیمیایی، خواص مکانیکی مناسب، آزادسازی کم مواد فرار در دمای بالا و قابلیت انعطاف‌پذیری (اختیاری).
  
• کاربردهای معمول: هوافضا، الکترونیک نظامی، سنسورها/کنترل‌کننده‌های صنعتی با دمای بالا، مدارهای انعطاف‌پذیر.

2. رزین اپوکسی BT:

• مقدار Tg: 180°C – 220°C
  
• ویژگی‌ها: مقاومت حرارتی بسیار خوب، ثابت دی‌الکتریکی و اتلاف آن نسبتاً پایین، جذب رطوبت کم، قابلیت پردازش خوب. تعادل مناسب عملکرد و هزینه در مسیر ارتقاء FR-4.
  
• کاربردهای معمول: تجهیزات مخابراتی، برد اصلی سرور، برد مدارهای دیجیتال با سرعت بالا، الکترونیک مصرفی پرکلاس.

3. پلی‌فنیلن اکساید (PPO):

• مقدار Tg: 175°C – 220°C
  
• ویژگی‌ها: جذب رطوبت بسیار پایین، ثابت دی‌الکتریک و اتلاف بسیار کم، پایداری ابعادی عالی، مقاومت خوب در برابر هیدرولیز.
  
• کاربردهای معمول: برد مدارهای فرکانس بالا (مانند آنتن‌های 5G، رادارها)، الکترونیک هوانوردی و فضانوردی، مادربوردهای ارتباطی با سرعت بالا.

4. پلیمر کریستال مایع (LCP):

• مقدار Tg: ≥ 280°C (بسیار بالا)
  
• ویژگی‌ها: جذب آب تقریباً صفر، ثابت دی‌الکتریک و اتلاف فوق‌العاده پایین و پایدار، مقاومت شیمیایی عالی، خواص مکانیکی پایدار در دماهای بالا، قابلیت تولید به صورت برد انعطاف‌پذیر فوق‌العاده نازک.
  
• کاربردهای معمول: کانکتورهای فرکانس بالا/سرعت بالا، 5G/6G، رادارهای خودرویی، سنسورهای محیط‌های سخت.

5. پلی‌تترا‌فلوئورواتیلن (PTFE) - که اغلب به نام "تفلون" شناخته می‌شود:

• مقدار Tg: ≥ 250°C
  
• ویژگی‌ها: ثابت دی‌الکتریکی و اتلاف بسیار کم، بی‌اثری شیمیایی عالی، عملکرد بسیار خوب در فرکانس‌های بالا. با این حال، PTFE خالص قابلیت پردازش ضعیفی دارد، هزینه‌ی بالایی دارد، CTE نسبتاً زیاد و رفتار ناهمسانگردی دارد و سوراخ‌کاری آن دشوار است.
  
• کاربردهای معمول: مدارهای مایکروویو با کیفیت بالا، سیستم‌های رادار، ارتباطات ماهواره‌ای، تجهیزات تست با فرکانس بالا.

6. PTFE با پرکننده سرامیکی:

• مقدار Tg: ≥ 250°C
  
• ویژگی‌ها: پرکننده‌های سرامیکی به PTFE خالص اضافه شده‌اند. پایداری به‌طور قابل‌توجهی بهبود یافته، هدایت حرارتی افزایش یافته، استحکام مکانیکی و سختی بهتر شده و پردازش آن راحت‌تر است. عملکرد الکتریکی کمی بدتر از PTFE خالص است اما همچنان بسیار خوب است.
  
• کاربردهای معمول: تقویت‌کننده‌های توان رادیویی/مایکروویو با فرکانس بالا، آنتن‌های ایستگاه پایه، تجهیزات با دمای و فرکانس بالا که نیازمند پراکندگی حرارتی خوب هستند.

7. رزین هیدروکربنی با سرامیک:

• مقدار Tg: ≥ 200°C
  
• ویژگی‌ها: ترکیبی از رزین هیدروکربنی و پرکننده سرامیکی است. دارای ثابت دی‌الکتریک پایین، اتلاف پایین، پایداری حرارتی خوب، پایداری و قابلیت پردازش ابعادی عالی و معمولاً هزینه‌ای کمتر از مواد مبتنی بر PTFE.
  
• کاربردهای معمول: مدارهای دیجیتال با سرعت بالا، مدارهای RF با فرکانس بالا، تجهیزات مایکروویو، رادارهای خودرویی.

چرا LHD را به عنوان شریک استراتژیک خود برای PCBهای با Tg بالا انتخاب کنید؟

تولید برد مدار چاپی با نقطه گذشت شیشه‌ای بالا (Tg)، گسترش ساده‌ای از تولید معمولی FR-4 نیست. از انتخاب مواد، کنترل فرآیند لایه‌کنی، دقت در سوراخکاری تا تیمار سطحی نهایی و آزمون الکتریکی، هر یک از مراحل تقریباً نیازمندی‌های خاصی از لحاظ مدیریت دما و دقت فرآیندی را ایجاد می‌کنند. انحرافات جزئی ممکن است منجر به جدایش لایه‌ها، انفجار برد یا عملکرد نامناسب شود. شرکت ال اچ دی این موضوع را به خوبی درک می‌کند. با 16 سال تجربه عمیق در زمینه برد مدار چاپی‌های ویژه، ما مصمم هستیم تا به یک شریک قابل اعتماد در مدیریت حرارتی پشت کاربردهای شما در دماهای بالا تبدیل شویم.

شرکت ال اچ دی تنها برد مدار چاپی را در اختیار شما قرار نمی‌دهد، بلکه راه‌حل‌های حفاظتی جامعی را نیز در شرایط چالش‌برانگیز دمای بالا ارائه می‌دهد:

1. خدمات انتخاب دقیق:

تیم مهندسان ارشد ما، راه‌حل‌های موادی با کارایی بالا و هزینه بهینه را با تطبیق دقیق با سناریوهای کاربردی شما پیشنهاد می‌دهد تا از طراحی بیش از حد یا عملکرد ناکافی جلوگیری شود.

2. کنترل دقیق فرآیند:

با بهره‌گیری از یک دستگاه پرس چند مرحله‌ای کاملاً اتوماتیک با کنترل دما و یک سیستم نظارت آنلاین، و همراه با یک پایگاه داده فرآیند انحصاری، این سیستم اطمینان حاصل می‌کند که هر لایه از فرآیند لایه‌کنی به بهترین حالت پیوند عرضی دست یابد و تولیدی بدون عیب ایجاد شود.

3. مدیریت گرمایی در تمام مراحل:

از ذخیره مواد اولیه تا ردیابی دمایی فرآیندهای کلیدی و انجام آزمون‌های شبیه‌سازی محیط‌های شدید (TMA، T288 و غیره)، یک سیستم کامل تضمین پایداری گرمایی ایجاد شده است.

4. خدمات تولید انعطاف‌پذیر

از پشتیبانی از یک عدد نمونه تا تولید انبوه در سطح میلیونی، با ارائه همراهی فنی کامل از بهینه‌سازی DFM تا تولید انبوه، اتصال بدون وقفه را فراهم کنید.

5. حمایت از نوآوری مشترک

آزمایشگاه‌های مواد و قابلیت اطمینان را باز کنید، منابع آزمون را به اشتراک بگذارید و به طور مشترک مشکلات بسیار حاد مدیریت حرارتی مانند خودروهای برقی 800 ولتی و الکترونیک ماهواره‌ای را حل کنید.

6. انتقال ارزش شفاف

با توجه به خرید انبوه و کنترل بازده، ارزش بلندمدت محصولی که انتظارات قیمتی را فراتر می‌رود، بر اساس شفافیت هزینه ارائه می‌شود.

انتخاب LHD به معنای انتخاب یک شریک PCB است که درک عمیق و کنترل بی‌نظیر از "گرما" دارد. ما قول می‌دهیم با استفاده از فناوری پیشرفته، استانداردهای سختگیرانه و همکاری صمیمانه، سیستم الکترونیکی با دمای بالای شما در محیط‌های سخت حتی مقاوم‌تر از قبل باقی بماند.

طراحی خود را با "دغدغه دمای بالا" همراه با ما شروع کنید!
خوش آمدید تا با تیم حرفه‌ای LHD تماس بگیرید و مشاوره فنی و راه‌حل‌های مربوط به مدار چاپی با دمای گذار بالا (High Tg PCB) را برای کاربرد خود دریافت کنید.