Korkea TG PCB

Mikä on korkea Tg PCB?

Painetun piirikortin (PCB) maailmassa lasiensiötön lämpötila (Tg) on tärkeä mittari substraattimateriaalien lämmönkestävyydelle. Se merkitsee kriittistä lämpötilapistettä, jossa materia muuttuu kovasta, lasimaisesta fyysisestä tilasta pehmeämpään, kumimaiseen tilaan. Yksinkertaisesti ilmaistuna, kun ympäristön lämpötila on Tg:n alapuolella, materiaali pysyy jäykänä; kun lämpötila ylittää Tg:n, materiaali alkaa pehmetä ja mekaaninen lujuus sekä mittojen vakaus heikkenevät merkittävästi.

Korkean Tg:n PCB:t ovat painetut piirilevyt, jotka on valmistettu materiaaleista, joilla on korkea lasiheitolämpötila (Tg). Nämä materiaalit on suunniteltu kestämään korkean lämpötilan työskentelyolosuhteet, joita tavalliset PCB-materiaalit (kuten standardi FR-4, jolla on yleensä Tg noin 130–140 °C) eivät kestä. Vaikka vakavissa lämpökuormissa, korkean Tg:n PCB:t voivat säilyttää rakenteellisen eheytensä, mitallisen tarkkuutensa ja sähköisen suorituskyvyn vakautensa, mikä varmistaa, että elektroniikkalaitteet voivat toimia luotettavasti korkeassa lämpötilassa.

Korkean Tg:n PCB:n ydinsuorituskykyedut

Korkean Tg:n materiaalien kyky selviytyä korkean lämpötilan haasteista johtuu niiden sarjasta erinomaisia suorituskykyominaisuuksia:

1. Erinomainen lämpötilavakaus:

• "Teräksiset luut" korkeassa lämpötilassa: Korkean Tg:n piirilevyt voivat säilyttää hyvän mekaanisen lujuuden ja kovuuden huomattavasti korkeammissa lämpötiloissa kuin tavalliset materiaalit. Tämä tarkoittaa, että piirilevy ei taivu, muodosta tai kerrostu helposti, mikä estää tehokkaasti komponenttien irtoamista ja juotteen heikentymistä.
  
• Suorituskyky ei "heikkenekään": Sen sähköiset ominaisuudet voivat pysyä stabiileina myös korkeissa lämpötiloissa, eivätkä ne heikkeni merkittävästi lämpötilan noustessa.

2. Pieni lämpölaajenemiskerroin (CTE):

• "Synkroninen hengittäminen" vähentää jännitystä: Kaikki materiaalit laajenevat lämmetessä ja supistuvat jäähdyttäessä. Piirilevyn kuparijohdot ja juotetut komponentit ovat myös omalla laajenemiskertoimellaan. Jos piirilevyn kannattavan materiaalin laajenemiskerroin eroaa liian paljon kuparin ja komponenttien laajenemiskertoimesta, lämpötilan voimakkaan vaihtelun aikana laitteen käynnistyksen, sammumisen ja juottoprosessin aikana syntyy valtavaa lämpöjännitystä.
  
• Korkean Tg:n ratkaisu: Korkean Tg:n materiaalit ovat yleensä alhaisemman CTE:n, joka sopii paremmin kuin kupari ja komponentit. Tämä on kuin antaisi PCB:n emäsmateriaalin ja kuparilangan/komponenttien "hengittää synkronoidusti", kun lämpötila muuttuu, mikä vähentää huomattavasti juotteen väsymisrikkomisen, kuparifoliotaon tai rei'ityksen vaurioiden riskiä, joita johtuu epäjohdonmukaisesta lämpölaajenemisesta ja -kutistumisesta ja parantaa huomattavasti tuotteen pitkän aikavälin luotettavuutta.

3. Erinomainen mitallinen stabiilisuus:

• Alhainen CTE ja sen oma korkea jäykkyys toimivat yhdessä niin, että korkean Tg:n levyjen kiertyminen ja kutistuminen on monen kuumennuspaineen ja hitsauksen valmistusprosessissa ja käyttöympäristössä paljon pienempää kuin tavallisilla levyillä. Tämä on erityisen tärkeää monikerroksisilla ja monimutkaisilla levyillä, joiden tarkkuuden ylläpitäminen vaikuttaa suoraan asennustuottavuuteen ja lopullisen tuotteen suorituskykyyn.

4. Parempi korkeataajuuksinen sähköinen suorituskyky:

• Monet korkean Tg:n materiaalit (kuten jotkut modifioidut epoksiharjat, PPE, PTFE jne.) ovat alhaisempien dielektristen kertoimien ja häviökulmien valossa.
  
• "Moottoritie" signaalin siirtoon: Matala Dk tarkoittaa nopeampaa signaalien etenemistä; matala Df tarkoittaa vähemmän energiahäviöitä signaalin siirron aikana. Näiden kahden yhdistäminen mahdollistaa korkean Tg:n PCB:n paremman signaalin eheyden ja laadun takaamisen korkeilla taajuuksilla ja nopeilla sovelluksilla, vähentää signaalivääristymistä ja vaimenemista, ja se soveltuu erityisesti edistyksellisiin aloihin, kuten 5G, nopeat verkkot ja radio taajuudet.

5. Parantunut kosteuden- ja kemikaalien kestävyys:

• Korkean Tg:n materiaalit ovat yleensä vähemmän kosteuden imeviä, mikä tarkoittaa, että kosteassa ympäristössä imeytyy vähemmän kosteutta.
  
• Estä ongelmat ennen kuin ne syntyvät: Tämä ei ainoastaan vähennä kosteuden imeytymisen ja laajenemisen aiheuttaman kerrosten irtoamisen riskiä, vaan myös sähköeristysominaisuuksien heikkenemisen ja ionien migraation mahdollisuutta kosteassa ympäristössä, ja parantaa tuotteen kestävyyttä kovissa olosuhteissa.

Korkean Tg:n PCB:n tuoma ydinarvo

Edellä mainitut suorituskykyedut muuntuvat suoraan merkittäväksi arvoksi käytännön sovelluksissa:

1. Luotettavuuden hyppy:

Vakaa toiminta korkeassa lämpötilassa (esimerkiksi auton moottoritilassa, suuritehoisen virtalähteen sisällä ja teollisuuden varustelun keskeisissä alueissa), lämpöön liittyvien vikojen määrä vähenee huomattavasti, laitteen elinikä ja koko järjestelmän luotettavuus paranee selvästi.

2. Signaalin tarkkuuden parantaminen:

Erinomainen korkeataajuinen sähköinen suorituskyky on nopeiden digitaalisten piirien ja RF-sovellusten perusta, joka takaa keskeisten signaalien selkeän ja tarkan siirron.

3. Sovellusalueen laajentaminen:

Murtamalla perinteisten kokoamiskorttien lämpötilarajat, sähkölaite voi toimia luotettavasti tiukemmissa korkean lämpötilan olosuhteissa ja avata uusia käyttöalueita.

4. Valmistuksen saanto ja tarkkuuden takaaminen:

Erinomainen mittojen vakaus on edellytys tiheäliitännöllisten (HDI) ja monimutkaisten monikerroskorttien valmistukselle, mikä parantaa tuotantotehokkuutta ja tuotteiden yhtenäisyyttä.

5. Pitkäaikainen kestävyys:

Korkean lämpötilankestävyyden, kosteudenkestävyyden ja kemiallisen kestävyyden yhdistäminen tarjoaa pidemmän ajan suojaa sähkölaitteille ja vähentää huoltokustannuksia.

Tg-lämpötilaluokkien luokitusoppaan kokoamiskorttimateriaaleille

Lämpökestävyyteen perustuen kokoamiskorttien pohjamateriaalit jaetaan yleensä eri luokkiin Tg-arvojen mukaan tyydyttämään monenlaisten tarpeet:

1. Normaali Tg: Tg ≥ 135 °C

• Edustavat materiaalit: Standardi FR-4-epoksiharja.
  
• Soveltuvat skenaariot: Useimmat kuluttajaelektroniikkatuotteet, toimistokalusteet ja muut tavalliset lämpötilaympäristöt.

2. Keskitaso Tg: Tg ≥ 150 °C

• Suorituskyvyn ominaisuudet: Parempi kuumuuden kestävyys kuin standardi FR-4.
  
• Soveltuvat skenaariot: Sovellukset, joissa lämpöominaisuuksille on hieman korkeammat vaatimukset, kuten teollisuuden ohjausvälineet, keskiarvoiset tietoliikennevälineet jne.

3. Korkea Tg:

• Tg 170 °C: Soveltuu jatkuviin keskimmäisiin ja korkeisiin lämpötiloihin, kuten auton elektroniikkaan ja teollisuuden ohjaimiin.
  
• Tg 180 °C: Parempi lämpötilavakaus, sitä käytetään yleisesti tietoliikennekantajavälineissä, palvelimissa ja korkean luotettavuuden kuluttajaelektroniikassa.
  
• Tg 200 °C: Korkea kuumuuden kestävyys, yleensä parempi lämmönjohtavuus, soveltuu ilmailu- ja avaruuselektroniikkaan, huipputason teollisuusvälineisiin ja suuritehoiseen LED-valaistusalustaan.
  
• Tg 260 °C+: Suunniteltu erittäin korkeisiin lämpötiloihin ja suuren tehontiheyden elektroniikkalaitteisiin.
  
• Tg 300°C+: Kaupallisten materiaalien tähän mennessä korkein lämpövastuskesto, jota käytetään vaativimmassa ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, sotilaitoksissa tai erikoisteollisuuden korkean lämpötilan sovelluksissa.

Yleisten korkean Tg:n PCB-materiaalien analyysi

Korkean Tg:n suorituskyvyn toteuttaminen riippuu tietystä hartsi-systeemistä. Tässä on useita yleisiä materiaalityyppejä ja niiden ominaisuuksia:

1. Polyimidit (PI):

• Tg-arvo: ≥ 250°C (erittäin korkea)
  
• Ominaisuudet: Erinomainen lämpökestoisuus, erinomainen kemiallinen korroosionkesto, hyvät mekaaniset ominaisuudet, vähäinen haihtuvien yhdisteiden vapautuminen korkeassa lämpötilassa ja mahdollinen taipuvuus.
  
• Tyypilliset käyttösovellukset: ilmailu- ja avaruusteollisuus, sotilähelektroniikka, korkean lämpötilan teollisuusanturit/ohjaimet, taivutuspiirit.

2. BT-epoksihartsit:

• Tg-arvo: 180°C – 220°C
  
• Ominaisuudet: Erinomainen lämpövastus, suhteellisen alhainen dielektrisyysvakio ja häviö, vähäinen kosteuden imeytyminen, hyvä käsiteltävyys. Tasapaino suorituskyvyn ja hinnan välillä FR-4:n kehityspolulla.
  
• Tyypilliset sovellukset: viestintävarusteet, palvelinkortit, korkean nopeuden digitaalipiirilevyt, huipputason kuluttajaelektroniikka.

3. Polyyfenyleenoksidi (PPO):

• Tg-arvo: 175 °C – 220 °C
  
• Ominaisuudet: Erittäin alhainen kosteuden imeytyminen, erittäin alhainen dielektrisyysvakio ja häviö, erinomainen mittojen vakaus, hyvä hydrolyysikestävyys.
  
• Tyypilliset sovellukset: Korkeataajuiset RF-piirilevyt (esimerkiksi 5G-antennit, tutkat), ilmailu- ja avaruuselektroniikka, korkean nopeuden tiedonsiirtotakana.

4. Nestekidepolymeri (LCP):

• Tg-arvo: ≥ 280 °C (erittäin korkea)
  
• Ominaisuudet: Lähes nolla kosteuden imeytyminen, erittäin alhainen ja vakaa dielektrisyysvakio ja häviö, erinomainen kemiallinen kestävyys, vakaa mekaaninen lujuus korkeassa lämpötilassa, voidaan valmistaa erittäin ohuista joustavista levyistä.
  
• Tyypilliset sovellukset: Korkeataajuiset/korkean nopeuden liitännät, 5G/6G, auton tutkat, vaativat ympäristöanturit.

5. Polytetrafluoretyyli (PTFE) – tunnetaan myös nimellä "Teflon":

• Tg-arvo: ≥ 250 °C
  
• Ominaisuudet: Erittäin alhainen dielektrisyys ja häviö, erinomainen kemiallinen inerttisyys, erinomainen suorituskyky korkeilla taajuuksilla. Kuitenkin pelkällä PTFE:llä on huono prosessoitavuus, korkea hinta, suhteellisen korkea CTE ja anisotropia sekä vaikea porata.
  
• Tyypilliset käyttösovellukset: Huipputason mikroaaltopiirit, tutkajärjestelmät, satelliittiviestintä, korkeataajuinen testausvarustus.

6. Keraamiinilla täytetty PTFE:

• Tg-arvo: ≥ 250 °C
  
• Ominaisuudet: Keraamista täytettä lisätään pelkälle PTFE:lle. Merkittävästi parantunut stabiilisuus, parantunut lämmönjohtavuus, parantunut mekaaninen lujuus ja kovuus sekä helpompi prosessointi. Sähkösuorituskyky on hieman huonompi kuin pelkällä PTFE:llä, mutta silti erittäin hyvä.
  
• Tyypilliset käyttösovellukset: Korkeataajuisten RF-/mikroaaltotehojätevahvistimien, kantatyyppisten antennien, korkean lämmön hajottamista vaativien korkeatajuisten laitteiden korkealämpötilaiset ja korkeataajuudet laitteet.

7. Hiilivetykeraamisilla harjaterästeet:

• Tg-arvo: ≥ 200 °C
  
• Ominaisuudet: Koostuu hiilivetyharjasta ja keraaminen täyteaineesta. Tarjoaa alhaisen dielektrisessä vakiomitoituksen, pienen häviön, hyvän lämpötilavakauden, erinomaisen mittojen vakauden ja käsiteltävyyden, ja sen valmistuskustannus on yleensä alhaisempi kuin PTFE-pohjaisilla materiaaleilla.
  
• Tyypilliset käyttösovellukset: Korkean nopeuden digitaalipiirilevyt, korkean taajuuden RF-piirilevyt, mikroaaltolaiteet, auton radarit.

Miksi valita LHD strategiseksi kumppaniksesi korkean Tg:n PCB-levyjen kanssa?

Korkean Tg:n PCB-levyjen valmistus ei ole vain tavallisen FR-4-valmistuksen yksinkertainen jatke. Materiaalien valinnasta, laminointiprosessin hallintaan, poraustarkkuuteen lopulliseen pinnankäsittelyyn ja sähköiseen testaukseen asti jokainen vaihe asettaa lähes vaativat vaatimukset lämpötilanhallinnalle ja prosessitarkkuudelle. Pienetkin poikkeamat voivat johtaa kerrosten irtoamiseen, levyn räjähtämiseen tai heikoon suorituskykyyn. LHD on täysin tietoinen tästä. 16 vuoden kertyneellä asiantuntemuksella erikois-PCB-alueelta olemme sitoutuneet olemaan vahva ja luotettava "lämmönhallinnan kumppani" korkealämpötilaisia sovelluksia tuomaan.

LHD tarjoaa sinulle ei ainoastaan piirilevyjä, vaan myös kattavan suojaratkaisujen valikoiman korkean lämpötilan haasteisiin:

1. Tarkan materiaalien valintapalvelu:

Seniori-insinööreistämme koostuva tiimi suosittelee kustannustehokkaimmat materiaaliratkaisut, joiden suorituskyky vastaa parhaiten tarpeitanne soveltuvissa käyttöolosuhteissa välttääksemme ylioptimoinnin tai riittämättömän suorituskyvyn.

2. Tarkka prosessin hallinta:

Varustettu täysautomaattisella monivaiheisella lämpötilan säätöpuristimella ja verkkosivustolla toimivalla valvontajärjestelmällä, tukeudumme yksinoikeudelliseen prosessitietokantaan, joka takaa jokaisen kerroksen laminoitumisen parhaaseen mahdolliseen ristisilloitustilaan ja mahdollistaa tuotannon ilman virheitä.

3. Koko prosessin lämmönhallinta:

Raaka-aineiden varastoinnista lämpötilan jäljitettävyyteen keskeisissä prosesseissa, äärimmäisten ympäristöjen simulaatiotesteihin (TMA, T288 jne.), rakennamme kattoman lämpötilavarmuuden järjestelmän.

4. Joustavat tuotantopalvelut

Tuemme yhden kappaleen näytteestä miljoonien kappaleiden sarjatuotantoon, tarjoamme täyden teknisen tuen DFM-optimoinnista sarjatuotantoon saakka ja mahdollistamme saumattoman yhteyden.

5. Yhteisen innovaation tuki

Avaa materiaali- ja luotettavuuslaboratoriot, jaa testiresurssit ja voittakaa yhdessä äärimmäiset lämpötilan hallintahaasteet, kuten 800 V sähköajoneuvot ja satelliittielektroniikka.

6. Läpinäkyvä arvon toimitus

Laajan hankinnan ja tuottavuuden hallinnan kautta tarjotaan kustannusten läpinäkyvyyden perusteella pitkäaikaista tuotearvoa, joka ylittää hintaodotukset.

LHD:n valitseminen tarkoittaa PCB-kumppanin valitsemista, jolla on syvä ymmärrys ja äärimmäinen hallinta "lämmöstä". Lupaa käyttää huipputeknologiaa, tiukkoja standardeja ja rehellistä yhteistyötä varmistaaksemme, että korkean lämpötilan elektroninen järjestelmäsi säilyy yhtä vahvana kuin ennenkin kovissa olosuhteissa.

Aloita nyt "huolten vapaa" suunnittelu!
Tervetuloa ottamaan yhteyttä LHD:n ammattilaisteamme saadaksesi korkean Tg:n PCB-tekniikan neuvontaa ja ratkaisuja sovellukseesi.