Magas TG PCB

Mi az a high Tg PCB?

A nyomtatott áramkörök (PCB) világában az üvegpont (Tg) a hőállóság kulcsos mértéke a hordozóanyagok esetében. Ez jelöli ki azt a kritikus hőmérsékleti pontot, ahol az anyag megváltoztatja fizikai állapotát kemény, üvegszerű állapotból puhabb, gumi jellegű állapotba. Egyszerűen fogalmazva, amikor a környezeti hőmérséklet a Tg alatt van, az anyag merev marad; ha a hőmérséklet meghaladja a Tg-t, az anyag elkezd puhulni, és a mechanikai szilárdság, valamint a méretstabilitás jelentősen csökken.

A High Tg PCB-k olyan nyomtatott áramkörök, amelyek magas üvegponttal (Tg) rendelkező anyagokból készülnek. Ezek az anyagok olyan magas hőmérsékletű munkakörnyezetekhez lettek kialakítva, amelyeket a szokásos PCB anyagok (például a standard FR-4, amelynek általában a Tg értéke körülbelül 130–140 °C) nem bírnak. Még súlyos hőterhelés alatt is a High Tg PCB-k megőrzik szerkezeti integritásukat, méretpontosságukat és stabil elektromos teljesítményüket, biztosítva ezzel az elektronikus eszközök megbízható működését magas hőmérsékleten.

A High Tg PCB kiváló teljesítményének előnyei

Az oka annak, hogy a High Tg anyagok képesek a magas hőmérsékleti kihívásokkal szembenézni, az azokban rejlő kiváló tulajdonságok sorozatában rejlik:

1. Kiemelkedő hőstabilitás:

• "Acélos váz" magas hőmérsékleten: A magas Tg PCB-k jelentősen magasabb hőmérsékleten is megőrzik jó mechanikai szilárdságukat és keménységüket, mint az átlagos anyagok. Ez azt jelenti, hogy az áramkörlemez nem hajlik meg, nem torzul és nem rétegződik, hatékonyan megakadályozva, hogy az alkatrészek leessenek vagy az ónkojtás megszűnjön.
  
• Teljesítmény nem "csökken ki": Elektromos teljesítménye stabil maradhat még magas hőmérsékleti környezetben is, és nem romlik jelentősen a hőmérséklet növekedése miatt.

2. Alacsony hőtágulási együttható (CTE):

• "Szinkron légzés" csökkenti a feszültséget: Minden anyag melegítéskor tágul, hűtéskor összehúzódik. A PCB-n lévő rézvezetékek és forrasztott alkatrészek saját tágulási együtthatóval rendelkeznek. Ha a PCB alapanyagának tágulási együtthatója túl különböző a réz és az alkatrészek tágulási együtthatójától, akkor hatalmas hőmérsékleti feszültség keletkezik, amikor a készülék be- és kikapcsolásakor vagy a forrasztási folyamat során hirtelen hőmérsékletváltozás következik be.
  
• Magas Tg megoldás: A magas Tg anyagok általában alacsonyabb CTE-vel rendelkeznek, ami jobban illeszkedik a rézhez és az alkatrészekhez. Ez olyan, mintha a nyomtatott áramkör alapanyaga és a rézvezeték/alkatrészek "szinkronban lélegeznének" hőmérsékletváltozás esetén, jelentősen csökkentve a forrasztott kapcsolatok fáradási repedésének, a rézlemez eltörésének vagy a fúrt átmenetek károsodásának kockázatát, amelyek az eltérő hőtágulásból és összehúzódásból fakadnak, és jelentősen javítva a termék hosszú távú megbízhatóságát.

3. Kiváló méretstabilitás:

• Az alacsony CTE és a saját magas merevség együttesen biztosítja, hogy a magas Tg-tartalmú nyomtatott áramkörök torzulása és összehúzódása sokkal kisebb legyen, mint a hagyományos nyomtatott áramköröké, különösen a többszöri magas hőmérsékletű préselési és forrasztási folyamatok során, valamint a használat során. Ez kritikus fontosságú a pontosság megőrzéséhez a sokrétegű és összetett szerkezetű nyomtatott áramköröknél, amely közvetlenül befolyásolja a gyártási kihozatalt és a végső termék teljesítményét.

4. Jobb nagyfrekvenciás villamos tulajdonságok:

• Sok magas Tg-vel rendelkező anyagnak (például egyes módosított epoxigyantáknak, PPE-nek, PTFE-nek, stb.) alacsonyabb a dielektromos állandója és veszteségi tangense.
  
• „Autópálya” jelátvitelhez: Az alacsony Dk gyorsabb jelterjedést jelent; az alacsony Df pedig kevesebb energiael veszteséget jelent a jelátvitel során. Mindkettő együttese lehetővé teszi a magas Tg PCB számára, hogy jobban biztosítsa a jelintegritást és a minőséget magas frekvenciás és nagy sebességű alkalmazásokban, csökkentve a jel torzulását és elnyelődését, különösen alkalmas a 5G, a nagy sebességű hálózatok és rádiófrekvencia, valamint más új technológiák területén.

5. Javított nedvesség- és vegyszerállóság:

• A magas Tg-vel rendelkező anyagok általában alacsonyabb nedvszívósságúak, ami azt jelenti, hogy nedves környezetben kevesebb nedvességet szívnak fel.
  
• A problémák megelőzése még azelőtt, hogy bekövetkeznének: Ez nemcsak csökkenti a nedvességelnyelés és a tágulás által kiváltott rétegleválás kockázatát, hanem csökkenti az elektromos szigetelés degradációjának és az ionmigrációnak a lehetőségét nedves környezetben, valamint javítja a termék tartósságát nehéz környezeti körülmények között.

A magas Tg PCB által nyújtott alapvető érték

Az említett teljesítményelőnyök közvetlenül jelentős értékké alakulnak át a gyakorlati alkalmazásokban:

1. Megbízhatóság ugrása:

Stabil működés magas hőmérsékleten (például autómotorháztartás, nagy teljesítményű tápegység belseje, ipari berendezések kritikus területei), jelentősen csökkentve a hő okozta meghibásodásokat, lényegesen meghosszabbítva a berendezések élettartamát és a rendszer egészének megbízhatóságát.

2. Jelminőség javulása:

A kiváló nagyfrekvenciás elektromos teljesítmény a nagy sebességű digitális áramkörök és RF alkalmazások alapja, biztosítva a kritikus jelek tiszta és pontos átvitelét.

3. Alkalmazási határok kiterjesztése:

Áttörve a hagyományos nyomtatott áramkörök (PCB) hőmérsékleti határain, lehetővé teszi az elektronikai eszközök megbízható működését szigorúbb magas hőmérsékleti környezetekben, új alkalmazási területeket nyitva.

4. Gyártási kihozatal és pontosság garanciája:

Kiemelkedő méretstabilitás a magas sűrűségű kapcsolódások (HDI) és összetett töbtrétegű lemezek gyártásának előfeltétele, növelve a termelékenységet és a termékek konzisztenciáját.

5. Hosszú távú tartósság:

A magas hőállóság, nedvességállóság és kémiai ellenállás kombinálásával hosszabb ideig nyújt védelmet az elektronikai eszközöknek, csökkentve a karbantartási költségeket.

Útmutató a PCB anyagok Tg hőmérsékleti fokozatokba sorolásához

A hőállóság alapján a PCB alapanyagokat általában különböző osztályokba sorolják Tg értékek szerint, különböző igények kielégítéséhez:

1. Általános Tg: Tg ≥ 135 °C

• Képviselő anyagok: Standard FR-4 epoxigyanta.
  
• Alkalmazási területek: A legtöbb fogyasztói elektronikai termék, irodai berendezések és egyéb hagyományos hőmérsékleti környezetek.

2. Közepes Tg: Tg ≥ 150°C

• Teljesítményjellemzők: Jobb hőállóság a szabványos FR-4-hez képest.
  
• Alkalmazási területek: Olyan alkalmazások, amelyeknél kissé magasabb igényeket támasztanak a hőelvezetéssel szemben, például egyes ipari vezérlőberendezések, középkategóriás kommunikációs eszközök stb.

3. Magas Tg:

• Tg 170°C: Folyamatos közepes és magas hőmérsékletű környezetekhez alkalmas, például autóipari elektronikai berendezések és ipari vezérlők.
  
• Tg 180°C: Jobb termikus stabilitás, gyakran használják kommunikációs bázisállomásokban, szerverekben és nagy megbízhatóságú fogyasztói elektronikai termékekben.
  
• Tg 200°C: Magas hőállóság, általában jobb hővezető-képességgel rendelkezik, alkalmas repülőgépipari elektronikai berendezésekhez, ipari felsőkategóriás eszközökhöz és nagy teljesítményű LED világítópanelhez.
  
• Tg 260°C+: Extrém magas hőmérsékletű környezetekhez és nagy teljesítménysűrűségű elektronikai eszközökhöz tervezve.
  
• Tg 300°C+: A jelenleg kereskedelmi forgalomban elérhető anyagok legmagasabb hőállósági szintje, amelyet a legigényesebb repülőgépipari, katonai vagy különleges ipari magas hőmérsékletű alkalmazásokban használnak.

A magas Tg-s nyomtatott áramkörök közös kulcsanyagainak elemzése

A magas Tg-teljesítmény megvalósítása egy adott gyantarendszerhez kötődik. Az alábbiakban bemutatunk néhány főbb anyagtípust és jellemzőiket:

1. Poliimid (PI):

• Tg érték: ≥ 250°C (nagyon magas)
  
• Jellemzők: Kiváló hőállóság, kiváló kémiai korrózióállóság, jó mechanikai tulajdonságok, alacsony illékony anyagok kibocsátása magas hőmérsékleten, és választható rugalmasság.
  
• Tipikus alkalmazások: űr- és repülőgépipar, katonai elektronika, magas hőmérsékletű ipari szenzorok/vezérlők, hajlékony áramkörök.

2. BT-epoxigyanta:

• Tg érték: 180°C – 220°C
  
• Jellemzők: Kiváló hőállóság, viszonylag alacsony dielektromos állandó és veszteség, alacsony nedvességfelvétel, jó feldolgozhatóság. Kiegyensúlyozott teljesítmény és költség az FR-4 fejlesztési útvonalon.
  
• Tipikus alkalmazások: kommunikációs berendezések, szerver alaplapok, nagysebességű digitális áramkörök, prémium fogyasztói elektronikai eszközök.

3. Polifenilén-oxid (PPO):

• Tg érték: 175°C – 220°C
  
• Jellemzők: Nagyon alacsony nedvszívó képesség, nagyon alacsony dielektromos állandó és veszteség, kiváló méretstabilitás, jó hidrolízis-állóság.
  
• Tipikus alkalmazások: Magas frekvenciájú RF áramkörök (például 5G antennák, radarok), űrtechnológiai elektronika, nagysebességű kommunikációs hátlapok.

4. Folyékristály-polimer (LCP):

• Tg érték: ≥ 280°C (nagyon magas)
  
• Jellemzők: Majdnem teljesen vízfelvételmentes, ultra alacsony és stabil dielektromos állandó és veszteség, kiváló kémiai ellenállás, stabil mechanikai tulajdonságok magas hőmérsékleten, ultra vékony hajlékony lemezekké is gyártható.
  
• Tipikus alkalmazások: Magas frekvenciás/sebességű csatlakozók, 5G/6G, autóipari radarok, kemény környezeti körülmények között működő szenzorok.

5. Poli(tetrafluor-etilén) (PTFE) – gyakran nevezik „Teflon”-nak:

• Tg érték: ≥ 250°C
  
• Jellemzők: Ultra alacsony dielektromos állandó és veszteség, kiváló kémiai inaktivitás, kiváló nagyfrekvenciás teljesítmény. Ugyanakkor a tiszta PTFE gyenge feldolgozhatósággal, magas költséggel, viszonylag magas hőtágulási együtthatóval és anizotrópiával rendelkezik, valamint nehezen fúrható.
  
• Tipikus alkalmazások: Magas szintű mikrohullámú áramkörök, radarrendszerek, műholdas kommunikációs rendszerek, nagyfrekvenciás tesztberendezések.

6. Kerámia töltőanyaggal kevert PTFE:

• Tg érték: ≥ 250°C
  
• Jellemzők: Tiszta PTFE-hez kerámia adalékanyagot adnak. Jelentősen javított stabilitás, növelt hővezető-képesség, javított mechanikai szilárdság és keménység, valamint egyszerűbb feldolgozás. Villamos szempontból enyhén gyengébb, mint a tiszta PTFE, de továbbra is kiváló.
  
• Tipikus alkalmazások: Nagyfrekvenciás RF/mikrohullámú teljesítményerősítők, bázisállomás-antennák, magas hőmérsékleten és magas frekvencián működő berendezések, amelyek jó hőelvezetést igényelnek.

7. Szénhidrogén alapú kerámiabetétes gyanta:

• Tg érték: ≥ 200°C
  
• Jellemzők: Szénhidrogén gyantával és kerámia töltőanyaggal összetéve. Alacsony dielektromos állandót, alacsony veszteséget, jó hőmérséklet-stabilitást, kiváló méretstabilitást és feldolgozhatóságot nyújt, költsége általában alacsonyabb, mint a PTFE alapú anyagoké.
  
• Tipikus alkalmazások: Nagysebességű digitális nyomtatott áramkörök, nagyfrekvenciás RF nyomtatott áramkörök, mikrohullámú berendezések, autóipari radarok.

Miért válassza az LHD-t stratégiai partnereként nagy Tg-s nyomtatott áramkörök esetén?

A magas Tg PCB-k gyártása nem egyszerűen az átlagos FR-4 gyártás kiterjesztése. A nyersanyag-választástól, a laminálási folyamat szabályozásán, a fúrási pontosságon át a végső felületkezelésig és villamos tesztelésig minden egyes lépés szinte követelően támaszt magas követelményeket a hőmérsékletkezeléssel és a folyamat pontosságával szemben. Még kisebb eltérések is rétegleváláshoz, lemezesedéshez vagy nem megfelelő teljesítményhez vezethetnek. A LHD ezt teljes mértékben tudatában van. 16 évnyi mélygyűrűs tapasztalattal a speciális PCB-k terén, az a célunk, hogy megbízható „hőkezelési partner” legyünk a magas hőmérsékleten működő alkalmazások mögött.

A LHD nem csupán nyomtatott áramkörlemezeket kínál Önnek, hanem teljes körű védelmi megoldásokat is a magas hőmérsékleti kihívásokra:

1. Pontos anyagválasztási szolgáltatás:

Senior mérnökeinkből álló csapat a legköltséghatékonyabb anyagmegoldásokat ajánlja, amelyek a legmagasabb teljesítménnyel és a legnagyobb mértékben felelnek meg az Ön konkrét alkalmazási forgatókönyveinek, elkerülve a túlméretezést vagy a nem megfelelő teljesítményt.

2. Pontos folyamatszabályozás:

Egy teljesen automatikus, többfokozatú hőmérséklet-szabályozó sajtóval és egy online felügyeleti rendszerrel felszerelve, egy kizárólagos folyamatadatbázis alapján biztosítja, hogy minden réteg laminálása a legjobb kereszt-kapcsolási állapotot érje el, és nullhibás gyártást valósítson meg.

3. Teljes folyamaton átívelő hőkezelés:

A nyersanyagok tárolásától kezdve a kulcsfontosságú folyamatok hőmérséklet-nyomon követésén át, egészen a szélsőséges környezeti feltételeket szimuláló tesztelésig (TMA, T288 stb.), egy teljes hőbiztonsági garanciarendszert építettünk ki.

4. Rugalmas gyártási szolgáltatások

Támogatja az 1 db mintadarabtól a milliós nagyságrendű sorozatgyártásig, teljes műszaki támogatást biztosít a DFM optimalizációtól a sorozatgyártásig, így elérve a zökkenőmentes kapcsolódást.

5. Együttes innovációs támogatás

Nyitott anyag- és megbízhatósági laboratóriumok, tesztforrások megosztása, valamint közös erőfeszítések az extrém hőkezelési problémák leküzdésére, mint például a 800V-os elektromos járművek és műholdak elektronikája esetében.

6. Átlátszó értékátadás

Nagy mennyiségű beszerzés és kitermelési hozam kontrollálása révén, költségátlátszóságon alapuló, ár-érték elvárásokon túlmutató hosszú távú termékértéket kínálunk.

LHD választása azt jelenti, hogy olyan PCB-partnert választ, aki mélyen megérti és szigorúan kontrollálja a „hőt”. Vágzunk arra, hogy úttörő technológiákat, szigorú szabványokat és őszinte együttműködést alkalmazunk annak érdekében, hogy magas hőmérsékletű elektronikus rendszere akár a legnehezebb körülmények között is ugyanolyan megbízható maradjon.

Kezdje el már ma a „hőmérsékleti problémáktól mentes” tervezést!
Üdvözöljük, hogy vegye fel a kapcsolatot az LHD szakmai csapatával, és szerezzen magas Tg PCB technikai tanácsadást és megoldásokat alkalmazásához!