PCB ploča visoke TG vrijednosti

Što je High Tg PCB?

U svijetu tiskanih ploča (PCB), temperatura staklenja (Tg) je ključna mjera otpornosti materijala podloge na toplinu. Ona označava kritičnu temperaturnu točku gdje materijal prelazi iz tvrdog, staklastog stanja u mekše, gumenasto stanje. Jednostavno rečeno, kada je okolna temperatura ispod Tg, materijal ostaje krut; čim temperatura prijeđe Tg, materijal počinje omekšavati i mehanička čvrstoća i dimenzionalna stabilnost znatno padaju.

High Tg ploče su tiskane ploče izrađene od materijala s visokom temperaturom staklenja (Tg). Ovi materijali dizajnirani su za izdržavanje ekstremnih radnih temperatura koje standardni materijali za ploče (kao što je uobičajeni FR-4, koji obično ima Tg oko 130-140°C) ne mogu podnijeti. Čak i pod ekstremnim toplinskim opterećenjima, ploče s visokim Tg-om mogu održavati strukturnu otpornost, dimenzionalnu točnost i stabilne električne performanse, čime se osigurava pouzdan rad elektroničkih uređaja na visokim temperaturama.

Ključne prednosti ploča s visokim Tg-om

Razlog zašto materijali s visokim Tg-om mogu izdržati izazove visokih temperatura leži u nizu izvrsnih karakteristika performansi:

1. Izvrsna termalna stabilnost:

• "Čelični kostur" pri visokim temperaturama: PCB ploče s visokom Tg još uvijek mogu održavati dobru mehaničku čvrstoću i tvrdoću pri temperaturama znatno višim nego kod uobičajenih materijala. To znači da se ploča ne savija, ne deformira niti ne odvaja slojevito, čime se učinkovito spriječava otpadanje komponenata i otkazivanje lemljenih spojeva.
  
• Razina performansi se ne "smanjuje": Njegova električna svojstva mogu ostati stabilna čak i u uvjetima visokih temperatura i neće se znatno pogoršati uslijed porasta temperature.

2. Niski koeficijent toplinskog širenja (CTE):

• "Sinkronizirano disanje" smanjuje naprezanje: Svi materijali se šire pri zagrijavanju i stežu pri hlađenju. Bakrene žice i zalemne komponente na ploči također imaju svoje koeficijente širenja. Ako je koeficijent toplinskog širenja PCB podloge prevelikog različit od onog bakra i komponenata, tada će se pri naglim promjenama temperature tijekom pokretanja, isključivanja i procesa lemljenja generirati ogromna toplinska naprezanja.
  
• Rješenje s visokim Tg: Materijali s visokim Tg-om obično imaju niži CTE koji bolje odgovara bakru i komponentama. To je poput omogućavanja da PCB podloga i bakrene žice/komponente "dahću sinkronizirano" kada se mijenja temperatura, znatno smanjujući rizik od pucanja lemnih spojeva uslijed umora, kidanja bakrenog lima ili oštećenja prolaza uzrovanog neusklađenom termalnom ekspanzijom i kontrakcijom, te znatno poboljšavajući dugoročnu pouzdanost proizvoda.

3. Izvrsna dimenzionalna stabilnost:

• Niski CTE i vlastita visoka krutost zajedno čine da savijanje i skupljanje PCB-a s visokim Tg znatno bude niže u usporedbi s običnim PCB-ovima tijekom procesa proizvodnje i u uvjetima uporabe s višestrukim visokotemperaturnim prešanjem i zavarivanjem. To je ključno za održavanje točnosti kod višeslojnih ploča s mnogo slojeva i kompleksnih struktura, što izravno utječe na iskoristivost montaže i performanse konačnog proizvoda.

4. Bolje električne performanse na visokim frekvencijama:

• Mnogi materijali s visokom Tg-om (kao što su neki modificirani epoksidni smole, PPE, PTFE itd.) imaju niže dielektrične konstante i tangente gubitaka.
  
• "Autocesta" za prijenos signala: Nizak Dk znači bržu propagaciju signala; nizak Df znači manji gubitak energije tijekom prijenosa signala. Kombinacija ta dva omogućuje da PCB s visokom Tg bolje osigura integritet i kvalitetu signala u visokofrekventnim i brzim aplikacijama, smanji izobličenje i slabljenje signala i posebno je prikladan za napredne područja poput 5G, brzih mreža i radio frekvencije.

5. Poboljšana otpornost na vlagu i kemikalije:

• Materijali s visokom Tg-om uobičajeno imaju nižu apsorpciju vlage, što znači da u vlažnom okolišu upijaju manje vlage.
  
• Sprječavanje problema prije nego što nastanu: Ovo ne smanjuje samo rizik od odvajanja slojeva uzrokovano upijanjem vlage i širenjem, već i mogućnost degradacije električne izolacije te ionske migracije u vlažnoj okolini, a time se poboljšava izdržljivost proizvoda u teškim uvjetima.

Ključna vrijednost koju donosi visokotemperaturna PCB ploča (High Tg PCB)

Gornji prednosti učinka izravno se pretvaraju u značajnu vrijednost u praktičnoj uporabi:

1. Skok pouzdanosti:

Stabilan rad u uvjetima visoke temperature (npr. u motoru automobila, unutar visokofrekventnih napajanja i ključnih područja industrijske opreme), znatno smanjuje kvarove uzrokovane toplinom, znatno produžuje vijek trajanja opreme i ukupnu pouzdanost sustava.

2. Poboljšanje vjerodostojnosti signala:

Izvrsna električna učinkovitost na visokim frekvencijama temelj je visokofrekventnih digitalnih krugova i RF primjena, osiguravajući jasnu i točnu pričuvu ključnih signala.

3. Proširenje granica primjene:

Proboj kroz temperaturnu granicu tradicionalnih PCB-a, omogućujući pouzdano funkcioniranje elektroničkih uređaja u zahtjevnijim visokotemperaturnim uvjetima, otvarajući nove područja primjene.

4. Jamstvo za prinos proizvodnje i preciznost:

Izvrsna dimenzionalna stabilnost je preduvjet za proizvodnju visokogustoćnih poveziva (HDI) i složenih višeslojnih ploča, poboljšavajući učinkovitost proizvodnje i dosljednost proizvoda.

5. Dugotrajna izdržljivost:

U kombinaciji s otpornošću na visoke temperature, otpornost na vlagu i kemijsku otpornost, osigurava dugoročnu zaštitu elektroničkih uređaja i smanjuje troškove održavanja.

Vodič za klasifikaciju temperatura Tg materijala ploča za tiskane sklopove

S obzirom na otpornost na toplinu, PCB podloga se obično dijeli na različite klase prema Tg vrijednostima kako bi se zadovoljile raznolike potrebe:

1. Obična Tg: Tg ≥ 135°C

• Reprezentativni materijali: Standardna FR-4 epoksna smola.
  
• Primjenjive situacije: Većina kućanskih aparata, uredskih uređaja i drugih uobičajenih 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 toplinsku učinkovitost, poput nekih industrijskih kontrolnih uređaja, komunikacijske opreme srednjeg ranga itd.

3. Visoki Tg:

• Tg 170°C: Pogodan za kontinuirano srednje i visoke temperature, poput automobilskih elektronika i industrijskih kontrolera.
  
• Tg 180°C: Bolja toplinska stabilnost, uobičajeno se koristi u opremi za komunikacijske baze, poslužiteljima i elektronici za potrošače visoke pouzdanosti.
  
• Tg 200°C: Visoka otpornost na toplinu, obično s boljom toplinskom vodljivošću, pogodan za elektroniku u zrakoplovstvu i svemiru, industrijsku opremu visoke klase i podloge za rasvjetu LED visoke snage.
  
• Tg 260°C+: Dizajniran za ekstremne visoke temperature i elektroničke uređaje visoke gustoće energije.
  
• Tg 300°C+: Najviša razina otpornosti na toplinu komercijalno dostupnih materijala trenutno dostupnih, koristi se u najzahtjevnijim zračnim, vojnim ili posebnim industrijskim visokotemperaturnim scenarijima.

Analiza uobičajenih ključnih materijala za PCB s visokim Tg

Ostvarenje visokih Tg performansi ovisi o određenom sustavu smole. Evo nekoliko glavnih vrsta materijala i njihovih karakteristika:

1. Poliimid (PI):

• Tg vrijednost: ≥ 250°C (vrlo visoka)
  
• Karakteristike: Izvrsna otpornost na toplinu, izvrsna otpornost na kemijsku koroziju, dobra mehanička svojstva, nizak otpuštanja letljivih tvari kod visokih temperatura, te mogućnost elastičnosti.
  
• Tipične primjene: zrakoplovstvo, vojna elektronika, visokotemperaturni industrijski senzori/kontroleri, fleksibilni krugovi.

2. BT epoks smola:

• Tg vrijednost: 180°C – 220°C
  
• Karakteristike: Izvrsna otpornost na toplinu, 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 poslužitelja, ploče visokofrekventnih digitalnih krugova, vrhunska potrošačka elektronika.

3. Polifenilen oksid (PPO):

• Tg vrijednost: 175°C – 220°C
  
• Značajke: Vrlo niska apsorpcija vlage, vrlo nizak dielektrični koeficijent i gubitak, izvrstan stupanj dimenzionalne stabilnosti, dobra otpornost na hidrolizu.
  
• Tipične primjene: Visokofrekventne RF ploče krugova (npr. 5G antene, radar), elektronika za zrakoplovstvo i svemir, visokofrekventne komunikacijske podloge.

4. Polimeri tekućih kristala (LCP):

• Tg vrijednost: ≥ 280°C (vrlo visoka)
  
• Značajke: Skoro nulta apsorpcija vode, izuzetno nizak i stabilan dielektrični koeficijent i gubitak, izvrstna kemijska otpornost, stabilna mehanička svojstva na visokim temperaturama, mogućnost izrade izuzetno tankih fleksibilnih ploča.
  
• Tipične primjene: Visokofrekventni/brzinski konektori, 5G/6G, automobilski radar, senzori za ekstremne uvjete.

5. Politetrafluoretilen (PTFE) – često nazivan "Teflon":

• Tg vrijednost: ≥ 250°C
  
• Karakteristike: Ultra nizak dielektrični koeficijent i gubitak, izvrstan kemijski inertnost, izvrstan visokofrekventni učinak. Međutim, čisti PTFE ima lošu obradivost, visoku cijenu, relativno visok CTE i anizotropiju te teško bušenje.
  
• Tipične primjene: Visokokvalitetni mikrovalni krugovi, radarski sustavi, satelitske komunikacije, visokofrekventna ispitna oprema.

6. Keramički punjeni PTFE:

• Tg vrijednost: ≥ 250°C
  
• Karakteristike: Keramička punila se dodaju čistom PTFE-u. Značajno poboljšana stabilnost, povećana toplinska vodljivost, poboljšana mehanička čvrstoća i tvrdoća, lakša obrada. Električna svojstva su nešto lošija u odnosu na čisti PTFE, ali još uvijek vrlo dobra.
  
• Tipične primjene: Visokofrekventni RF/mikrovalni pojačala snage, antene baza, visokotemperaturna i visokofrekventna oprema koja zahtijeva dobro hlađenje.

7. Smola na bazi ugljikovodika s keramičkim punilom:

• Tg vrijednost: ≥ 200°C
  
• Značajke: Sastoji se od hidrokarbonske smole i keramičkog punila. Ima nisku dielektričnu konstantu, nizak gubitak, dobru termalnu stabilnost, izvrsnu dimenzionalnu stabilnost i obradivost, a cijena je obično niža u odnosu na materijale na bazi PTFE-a.
  
• Tipične primjene: Ploče visokofrekventnih digitalnih krugova, ploče visokofrekventnih RF krugova, mikrovalna oprema, automobilski radar.

Zašto izabrati LHD kao vašeg strategijskog partnera za PCB-ove s visokom Tg vrijednošću?

Proizvodnja PCB-a s visokim Tg nije jednostavna kao proizvodnja običnih FR-4 ploča. Od odabira materijala, kontrole procesa laminiranja, točnosti bušenja do završnog tretmana površine i električnog testiranja, svaki korak postavlja gotovo zahtjevne uvjete za upravljanje temperaturom i točnost procesa. Čak i male odstupanja mogu dovesti do odvajanja slojeva, eksplozije ploče ili neskladnosti s performansama. LHD je svjestan ovoga. S 16 godina dubokog iskustva u području posebnih PCB-a, posvećeni smo postati čvrsti i pouzdan "partner za upravljanje temperaturom" iza vaših primjena pri visokim temperaturama.

LHD vam nudi ne samo ploče s tiskanim krugovima, već i potpun spektar rješenja zaštite u uvjetima visoke temperature:

1. Točna usluga odabira:

Naš tim stručnih inženjera preporučiti će vam najisplativija rješenja materijala s najvišim stupnjem poklapanja performansi u skladu s vašim specifičnim primjenama, kako bi se izbjeglo prekomjerno projektiranje ili nedovoljne performanse.

2. Precizno upravljanje procesom:

Opća automatizirana višestepena hidraulička preša s kontrolom temperature i sustav za nadzor u realnom vremenu, uz ekskluzivnu bazu podataka o procesima, osiguravaju da svaki sloj laminiranja postigne optimalno stanje umrežavanja i time postiže proizvodnju bez grešaka.

3. Kompletno upravljanje toplinom kroz cijeli proces:

Od skladištenja sirovina, praćenja temperature ključnih procesa, do simulacijskih testova u ekstremnim uvjetima (TMA, T288 itd.), izgrađen je kompletan sustav jamstva toplinske pouzdanosti.

4. Fleksibilne proizvodne usluge

Podrška od jednog komada uzorka do masovne proizvodnje u milijunima komada, pruža potpunu tehničku podršku od optimizacije dizajna za proizvodnju (DFM) do masovne proizvodnje, omogućavajući bezproblémnu povezanost.

5. Podrška zajedničkom inoviranju

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

6. Transparentna isporuka vrijednosti

Kroz masovnu nabavu i kontrolu prinosa, na temelju transparentnosti troškova, osiguravamo dugoročnu vrijednost proizvoda koja premašuje očekivanja cijena.

Odabir LHD-a znači odabrati partnera za PCB koji duboko razumije i ekstremno kontrolira "toplinu". Obecajemo korištenje naprednih tehnologija, stroge standarde i iskrenu suradnju kako bismo osigurali da vaš elektronički sustav visoke temperature ostane jednako izdržljiv kao i prije u teškim uvjetima.

Započnite svoje projektiranje "bez briga zbog visoke temperature" već danas!
Dobrodošli da kontaktirate profesionalni tim LHD-a i dobijete tehničku konzultaciju i rješenja za visokotemperaturne PCB aplikacije.