Hoog TG PCB

Wat is een high Tg PCB?

In de wereld van printplaten (PCB's) is de glasovergangstemperatuur (Tg) een belangrijke maat voor de hittebestendigheid van grondmateriaal. Het geeft het kritieke temperatuurpunt aan waarop het materiaal verandert van een harde, glasachtige toestand naar een zachtere, rubberachtige toestand. Eenvoudig gezegd: wanneer de omgevingstemperatuur onder Tg ligt, blijft het materiaal stijf; zodra de temperatuur boven Tg komt, begint het materiaal te verzachten en nemen de mechanische sterkte en dimensionale stabiliteit sterk af.

High-Tg-printplaten zijn printplaten gemaakt van materialen met een hoge glasperkingstemperatuur (Tg). Deze materialen zijn ontworpen om om te gaan met hoge temperaturen in werkomgevingen die normale printplaatmaterialen (zoals standaard FR-4, die meestal een Tg heeft van ongeveer 130-140°C) niet aankunnen. Zelfs onder extreme thermische belasting kunnen printplaten met hoge Tg hun structurele integriteit, dimensionele nauwkeurigheid en stabiele elektrische prestaties behouden, waardoor wordt gegarandeerd dat elektronische apparaten betrouwbaar werken bij hoge temperaturen.

Kernprestatievoordelen van High Tg-printplaten

De reden waarom materialen met een hoge Tg om kunnen gaan met hoge temperaturen, is vanwege hun reeks uitstekende prestatiekenmerken:

1. Uitstekende thermische stabiliteit:

• "Stalen botten" bij hoge temperaturen: Hoge Tg PCB's kunnen ook bij temperaturen die aanzienlijk hoger zijn dan bij gewone materialen een goede mechanische sterkte en hardheid behouden. Dit betekent dat de printplaat niet snel vervormt, beschadigd raakt of delamineert, waardoor effectief wordt voorkomen dat componenten loskomen en soldeerverbindingen verslechteren.
  
• Prestatie valt niet weg: De elektrische eigenschappen kunnen stabiel blijven zelfs in hoge temperaturen en verslechteren niet significant door temperatuurstijgingen.

2. Lage lineaire uitzettingscoëfficiënt (CTE):

• "Synchroniseren van ademhaling" vermindert spanning: Alle materialen zetten uit bij verwarming en krimpen bij afkoeling. De koperen draden en gesoldeerde componenten op de PCB hebben ook hun eigen uitzettingscoëfficiënten. Als de uitzettingscoëfficiënt van het PCB-substraat te veel verschilt van die van koper en componenten, ontstaat er enorme thermische spanning wanneer de temperatuur snel verandert tijdens het opstarten, uitschakelen en solderen van het apparaat.
  
• Oplossing met hoge Tg: Materialen met een hoge Tg hebben meestal een lagere CTE die beter aansluit bij koper en componenten. Dit is vergelijkbaar met het laten 'samen uithalen' van de PCB-substraat en koperdraad/componenten bij temperatuurveranderingen, waardoor het risico op vermoeidheidsbreuk in soldeerverbindingen, breuk van koperfolie of beschadiging van doorverbindingen door ongelijke thermische uitzetting en samentrekking sterk wordt verminderd. Hierdoor wordt de langtermijnbetrouwbaarheid van het product aanzienlijk verbeterd.

3. Uitstekende dimensionale stabiliteit:

• De lage CTE en de hoge stijfheid werken samen om de verdraaiing en krimp van hoge-Tg PCB's veel lager te houden dan bij conventionele PCB's tijdens het productieproces en gebruik in omgevingen met meerdere hoge-temperatuurdruk- en lasprocessen. Dit is cruciaal voor het behouden van precisie bij multilaagprintplaten met veel lagen en complexe structuren, wat direct van invloed is op de assembleeropbrengst en de prestaties van het eindproduct.

4. Beter elektrisch hoogfrequentgedrag:

• Veel high-Tg materialen (zoals enkele gemodificeerde epoxyharsen, PPE, PTFE, etc.) hebben lagere dielectrische constanten en verlieshoeken.
  
• "Snelweg" voor signaaloverdracht: een lage Dk betekent snellere signaalvoortplanting; een lage Df betekent minder energieverlies tijdens de signaaloverdracht. De combinatie van deze twee zorgt ervoor dat high-Tg printplaten beter de signaalintegriteit en -kwaliteit kunnen waarborgen in hoogfrequente en high-speed toepassingen, signaalvervorming en -verzwakking kunnen reduceren en bijzonder geschikt zijn voor toonaangevende sectoren zoals 5G, high-speed netwerken en radiofrequentie.

5. Verbeten vocht- en chemische bestandigheid:

• High-Tg materialen hebben over het algemeen een lagere vochtabsorptie, wat betekent dat ze in een vochtige omgeving minder vocht opnemen.
  
• Voorkom problemen voordat ze ontstaan: Dit vermindert niet alleen het risico op delaminatie door vochtabsorptie en uitzetting, maar ook de kans op degradatie van elektrische isolatie en ionenmigratie in een vochtige omgeving, en verbetert de duurzaamheid van het product in extreme omstandigheden.

Kernwaarde van High Tg PCB

De bovenstaande prestatievoordelen worden direct omgezet in aanzienlijke waarde in praktische toepassingen:

1. Betrouwbaarheidssprong:

Stabiel functioneren onder hoge temperatuurcondities (zoals in de motorruimte van een auto, binnen een hoogvermogend voedingsapparaat en in de kernzone van industriële apparatuur), waardoor warmte-gerelateerde storingen sterk worden verminderd, de levensduur van apparatuur aanzienlijk wordt verlengd en de algehele systeembetrouwbaarheid wordt verbeterd.

2. Verbetering van signaalfideliteit:

Uitstekende hoogfrequente elektrische eigenschappen vormen de basis voor high-speed digitale schakelingen en RF-toepassingen, en garanderen duidelijke en nauwkeurige overdracht van essentiële signalen.

3. Uitbreiding van toepassingsgrenzen:

Breekt door de temperatuurlimiet van traditionele PCB's heen, waardoor elektronische apparaten betrouwbaar kunnen functioneren in strengere hoge-temperatuur omgevingen en nieuwe toepassingsgebieden worden geopend.

4. Garantie op fabricageopbrengst en precisie:

Uitstekende dimensionale stabiliteit is de voorwaarde voor de productie van hoogdichtheid verbindingen (HDI) en complexe multilaagborden, waardoor de productie-efficiëntie en productconsistentie worden verbeterd.

5. Lange duurzaamheid:

In combinatie met hittebestendigheid, vochtbestendigheid en chemische bestendigheid, biedt het langere termijn bescherming voor elektronische apparatuur en vermindert het onderhoudskosten.

Gids voor de indeling van PCB-materialen op basis van Tg-temperatuurklasse

Op basis van hittebestendigheid worden PCB-substraten meestal ingedeeld in verschillende klassen volgens Tg-waarden om aan diverse behoeften te voldoen:

1. Standaard Tg: Tg ≥ 135°C

• Voorbeeldmaterialen: Standaard FR-4 epoxyhars.
  
• Toepassingsgebieden: De meeste consumentenelektronica, kantoorapparatuur en andere conventionele temperaturomgevingen.

2. Medium Tg: Tg ≥ 150°C

• Prestatiekenmerken: Beter bestand tegen hitte dan standaard FR-4.
  
• Toepassingsgebieden: Toepassingen met iets hogere eisen voor thermische prestaties, zoals bepaalde industriële regelapparatuur, middenklasse communicatieapparatuur, enz.

3. Hoge Tg:

• Tg 170°C: Geschikt voor continue matige en hoge temperaturomgevingen, zoals auto-elektronica en industriële controllers.
  
• Tg 180°C: Beter thermische stabiliteit, veel gebruikt in communicatiebasisstationapparatuur, servers en hoogwaardige consumentenelektronica.
  
• Tg 200°C: Hoge hittebestendigheid, meestal met betere thermische geleidbaarheid, geschikt voor luchtvaartelektronica, hoogwaardige industriële apparatuur en LED-verlichtingsprintplaten met hoge vermogensbelasting.
  
• Tg 260°C+: Ontworpen voor extreme hoge temperaturomgevingen en elektronische apparaten met hoge vermogensdichtheid.
  
• Tg 300°C+: Het hoogste hittebestendigheidsniveau van momenteel beschikbare commerciële materialen, gebruikt in de meest eisende hoge-temperatuurtoepassingen in de lucht- en ruimtevaart, militaire elektronica of speciale industriële scenario's.

Analyse van gangbare sleutelmateriaal voor hoog Tg PCB's

De realisatie van hoog Tg-prestaties is afhankelijk van een specifiek harsensysteem. Hieronder volgen enkele mainstream materialen en hun kenmerken:

1. Poly-imide (PI):

• Tg-waarde: ≥ 250°C (zeer hoog)
  
• Kenmerken: Uitstekende temperatuurbestendigheid, uitstekende chemische bestendigheid tegen corrosie, goede mechanische eigenschappen, weinig vluchtige stoffen bij hoge temperaturen, en optionele flexibiliteit.
  
• Typische toepassingen: lucht- en ruimtevaart, militaire elektronica, industriële sensoren/besturingssystemen voor hoge temperaturen, flexibele circuits.

2. BT-epoxyhars:

• Tg-waarde: 180°C – 220°C
  
• Kenmerken: Uitstekende hittebestendigheid, relatief lage dielectrische constante en verliezen, weinig vochtabsorptie, goede verwerkbaarheid. Goede balans tussen prestaties en kosten binnen de FR-4-upgradepad.
  
• Typische toepassingen: communicatieapparatuur, server moederborden, hoogfrequente digitale printplaten, high-end consumentenelektronica.

3. Polyfenyleenoxyde (PPO):

• Tg-waarde: 175°C – 220°C
  
• Kenmerken: Zeer lage vochtabsorptie, zeer lage dielektrische constante en verliezen, uitstekende dimensionale stabiliteit, goede hydrolysebestendigheid.
  
• Typische toepassingen: Hoogfrequente RF-printplaten (zoals 5G-antennes, radar), luchtvaartelektronica, hoogfrequente communicatiebackplanes.

4. Vloeistalkristalpolymer (LCP):

• Tg-waarde: ≥ 280°C (zeer hoog)
  
• Kenmerken: Bijna geen wateropname, uiterst lage en stabiele dielektrische constante en verliezen, uitstekende chemische bestendigheid, stabiele mechanische eigenschappen bij hoge temperaturen, kan worden gemaakt in zeer dunne flexibele platen.
  
• Typische toepassingen: Hoogfrequent/hoge-snelheid-verbindingen, 5G/6G, auto-radars, sensoren voor extreme omstandigheden.

5. Polytetrafluoretheen (PTFE) - vaak aangeduid als "Teflon":

• Tg-waarde: ≥ 250°C
  
• Kenmerken: Ultra-lage dielectrische constante en verlies, uitstekende chemische inertie, uitstekende hoogfrequentprestaties. Echter, puur PTFE heeft een slechte verwerkbaarheid, hoge kosten, relatief hoge CTE en anisotropie, en moeilijk boren.
  
• Typische toepassingen: High-end microgolfschakelingen, radarsystemen, satellietcommunicatie, hoogfrequente testapparatuur.

6. Ceramisch gevulde PTFE:

• Tg-waarde: ≥ 250°C
  
• Kenmerken: Ceramische vulstoffen worden aan puur PTFE toegevoegd. Aanzienlijk verbeterde stabiliteit, verhoogde thermische geleidbaarheid, verbeterde mechanische sterkte en hardheid, en makkelijker te bewerken. De elektrische prestaties zijn iets minder goed dan die van puur PTFE, maar nog steeds zeer goed.
  
• Typische toepassingen: Hoogfrequente RF/microgolfversterkers, basisstationantennes, hoge-temperatuur- en hoogfrequentapparatuur die een goede warmte-afvoer vereist.

7. Koolwaterstofgebaseerde keramische hars:

• Tg-waarde: ≥ 200°C
  
• Kenmerken: Samengesteld uit koolwaterstofhar en keramisch vulmiddel. Biedt een lage dielectrische constante, lage verliezen, goede thermische stabiliteit, uitstekende dimensionale stabiliteit en verwerkbaarheid, en de kosten zijn meestal lager dan PTFE-gebaseerde materialen.
  
• Typische toepassingen: High-speed digitale printplaten, high-frequency RF-printplaten, microgolfapparatuur, auto-radar.

Waarom LHD als strategische partner voor high Tg PCB's kiezen?

De fabricage van PCB's met een hoog glaspunt is geen eenvoudige uitbreiding van de productie van gewone FR-4. Van materiaalkeuze, het laminatieproces, de boorprecisie tot de oppervlaktebehandeling en elektrische tests – elke stap stelt bijna eisen aan temperatuurbeheer en procesnauwkeurigheid. Kleine afwijkingen kunnen leiden tot ontbladering, plaatontploffing of onvoldoende prestaties. LHD is zich hiervan volledig bewust. Met 16 jaar ervaring in het speciale PCB-vak, streven wij ernaar een stevige en betrouwbare "partner op het gebied van thermisch beheer" te zijn achter uw toepassingen bij hoge temperaturen.

LHD biedt u niet alleen printplaten, maar ook een volledig pakket aan beschermingsoplossingen voor uitdagende omstandigheden met hoge temperaturen:

1. Precieze selectiedienst:

Ons team van senior ingenieurs zal u de meest kostenefficiënte materials oplossingen aanbevelen met de hoogste graad van prestatieovereenkomst, conform uw specifieke toepassingssituaties, om over-design of onvoldoende prestaties te vermijden.

2. Precisie procescontrole:

Voorzien van een volledig automatische multi-stage temperatuurregeling pers en een online bewakingssysteem, met steun op een exclusieve procesdatabase, zorgt dit ervoor dat elke laag van het lamineren de beste cross-linking toestand bereikt en nul-fout productie realiseert.

3. Volledige proces warmtbeheer:

Van opslag van grondstoffen tot temperatuur traceerbaarheid van sleutelprocessen, tot simulatietests in extreme omgevingen (TMA, T288, etc.), wordt een compleet warmtebetrouwbaarheid garantiesysteem opgebouwd.

4. Flexibele productiediensten

Ondersteunt 1 exemplaar van een monster tot miljoenen niveau massaproductie, biedt volledige technische begeleiding van DFM optimalisatie tot massaproductie, en realiseert naadloze aansluiting.

5. Gezamenlijke innovatie ondersteuning

Open materiaal- en betrouwbaarheidslaboratoria, deel testresources en overwin gezamenlijk extreme thermische managementproblemen, zoals bij 800V elektrische voertuigen en satellitenelektronica.

6. Transparante waardeoverdracht

Via grootschalig inkopen en opbrengstcontrole wordt op basis van kostenoverzichtelijkheid langdurige productwaarde geboden die prijsverwachtingen overstijgt.

Kiezen voor LHD betekent kiezen voor een PCB-partner die over een diep inzicht beschikt en extreme controle uitoefent over "warmte". Wij beloven u te ondersteunen met innovatieve technologie, strikte normen en oprechte samenwerking, zodat uw elektronische systeem bij hoge temperaturen ook in extreme omstandigheden even robuust blijft als daarvoor.

Start nu met uw ontwerp voor "zorgenloos werken bij hoge temperaturen"!
Neem contact op met het professionele LHD-team om technische advies en oplossingen te verkrijgen voor high Tg PCB's voor uw toepassing.