Høg TG PCB

Hva er en high Tg PCB?

I verden av kretskort (PCB), er glassomvandlingstemperaturen (Tg) et nøkkelmål på varmestabiliteten til substratmaterialer. Den markerer den kritiske temperaturpunktet hvor materialet endrer seg fra en hard, glasaktig tilstand til en mykere, gummilignende tilstand. Enkelt forklart, når temperaturen er under Tg, forblir materialet stivt; når temperaturen overstiger Tg, begynner materialet å mykne, og den mekaniske styrken samt dimensjonal stabilitet reduseres betydelig.

Høg Tg PCB-er er trykte kretskort lagd av material med høge glasovergangstemperaturar (Tg). Desse materiala er utforma for å takle arbeidstemperaturar så høge at vanlege PCB-material (som standard FR-4, som vanlegvis har ein Tg på rundt 130–140 °C) ikkje klarer å motstå. Sjølv under strenge termiske lastar kan høg Tg PCB halde strukturell integritet, dimensjonal nøyaktigheit og stabil elektrisk yting, og sikre at elektroniske apparat kan fungera påliteleg ved høge temperaturar.

Kjernefunksjonelle fordeler med høg Tg PCB

Årsaka til at høg Tg material kan takle høge temperaturutfordringar er på grunn av ei rekkje utmerka funksjonelle eigenskapar:

1. Utmerka termisk stabilitet:

• "Stålbjelker" ved høye temperaturer: Høyt Tg PCB kan fremdeles opprettholde god mekanisk styrke og hardhet ved temperaturer langt høyere enn vanlige materialer. Dette betyr at kretskortet ikke lett bøyes, deformeres eller delamineres, og hindrer effektivt at komponenter faller av og loddeforbindelser feiler.
  
• Ytelsen "faller ikke ut": Den elektriske ytelsen kan forbli stabil selv i høye temperaturmiljøer og vil ikke forverres vesentlig på grunn av temperaturøkning.

2. Lav termisk ekspansjonskoeffisient (CTE):

• "Synkron pusting" reduserer stress: Alle materialer utvider seg ved oppvarming og trekker seg sammen ved avkjøling. Kobbertrådene og loddede komponenter på PCB-en har også sine egne ekspansjonskoeffisienter. Hvis ekspansjonskoeffisienten til PCB-substratet er for forskjellig fra den til kobber og komponenter, vil det genereres enorme termiske spenninger når temperaturen endres kraftig under enhetens oppstart, nedstengning og loddeprosesser.
  
• Høy Tg-løsning: Materialer med høy Tg har vanligvis en lavere CTE som bedre samsvarer med kobber og komponenter. Dette er som å la PCB-substratet og kobbertrådene/komponentene "puste synkront" når temperaturen endres, noe som reduserer risikoen for loddeforurensning, brudd på kobberfolie eller skader på gjennomgående hull forårsaket av uens termisk ekspansjon og kontraksjon. Dette forbedrer produktets langsiktige pålitelighet betydelig.

3. Utmerket dimensjonal stabilitet:

• Den lave CTE-en og den egne høye stivheten arbeider sammen slik at bøyning og krymping av høy-Tg PCB-er blir mye lavere enn for vanlige PCB-er under fremstillingsprosessen og i bruksmiljøer med flere høyetemperaturpresninger og sveising. Dette er avgjørende for å opprettholde nøyaktighet for flerlagsplater med mange lag og komplekse strukturer, noe som direkte påvirker monteringsutbyttet og sluttoproduktets ytelse.

4. Bedre høyfrekvent elektrisk ytelse:

• Mange høye-Tg materialer (som noen modifiserte epoksyharer, PPE, PTFE osv.) har lavere dielektrisk konstant og tapstangens.
  
• "Motorvei" for signaloverføring: Lav Dk betyr raskere signalpropagasjon; lav Df betyr mindre energitap under signaloverføring. Kombinasjonen av disse to gjør at høye Tg PCB bedre kan sikre signalkvalitet og integritet i høyfrekvente og høyhastighetsapplikasjoner, redusere signaldistorsjon og demping, og er spesielt egnet for fremragende felt som 5G, høyhastighetsnettverk og radiofrekvens.

5. Forbedret motstand mot fukt og kjemikalier:

• Høye Tg materialer har generelt lavere fuktighetsabsorpsjon, noe som betyr at mindre fukt blir absorbert i et fuktig miljø.
  
• Forebygg problemer før de oppstår: Dette reduserer ikke bare faren for avskalling forårsaket av fuktopptak og ekspansjon, men også sannsynligheten for nedbrytning av elektrisk isolasjon og ionemigrasjon i et fuktig miljø, og forbedrer produktets holdbarhet i harde miljøer.

Kjerneverdi tilført av høy Tg PCB

De ovennevnte ytelsesfordelene konverteres direkte til betydelig verdi i praktiske anvendelser:

1. Pålitelighetsløft:

Stabilt drift under høye temperaturforhold (som bilens motorrom, inne i kraftfulle strømforsyninger og kjernområdet i industriell utstyr), reduserer varmerelaterte feil markant, forlenger utstyrsliv og total systempålitelighet betydelig.

2. Forbedret signalfidelitet:

Utmerket høyfrekvent elektrisk ytelse er grunnlaget for høyhastighetsdigitale kretser og RF-applikasjoner, og sikrer klar og nøyaktig overføring av nøkkelsignaler.

3. Utvidelse av anvendelsegrenser:

Gjennombrudd av temperaturbegrensningen til tradisjonelle PCB-er, noe som gjør det mulig for elektroniske enheter å fungere pålitelig i strengere høytemperatur-miljøer og åpner opp for nye anvendelsesområder.

4. Produksjonsutbytte og presisjonsgaranti:

Utmerket dimensjonal stabilitet er en forutsetning for produksjon av høydensitetsinterkonnekter (HDI) og komplekse flerlagsplater, noe som forbedrer produksjonseffektivitet og produktkonsistens.

5. Langsiktig holdbarhet:

Kombinert med motstand mot høy temperatur, fuktighet og kjemikalier gir det langsiktigere beskyttelse av elektroniske enheter og reduserer vedlikeholdskostnader.

Veiledning til klassifisering av Tg-temperaturgrader for PCB-materialer

Basert på varmemotstand deles PCB-substrater vanligvis inn i ulike klasser etter Tg-verdier for å møte varierte behov:

1. Vanlig Tg: Tg ≥ 135 °C

• Representative materialer: Standard FR-4 epoksyhars.
  
• Anvendelsesområder: De fleste konsumentelektronikk, kontorutstyr og andre konvensjonelle temperaturmiljøer.

2. Middels Tg: Tg ≥ 150°C

• Ytelsesegenskaper: Bedre varmetålighet enn standard FR-4.
  
• Anvendelsesområder: Applikasjoner med litt høyere krav til termisk ytelse, som for eksempel enkelte industrielle kontrollutstyr, mellomklassens kommunikasjonsutstyr osv.

3. Høy Tg:

• Tg 170°C: Egnet for kontinuerlige middels og høye temperaturmiljøer, som for eksempel bil-elektronikk og industrielle kontrollere.
  
• Tg 180°C: Bedre termisk stabilitet, vanligvis brukt i kommunikasjonsbasestasjonutstyr, servere og høyverdige konsumentelektronikk.
  
• Tg 200°C: Høy varmetålighet, vanligvis med bedre termisk ledningsevne, egnet for luftfartselektronikk, toppmoderne industriutstyr og høyeffekt LED-belysningsunderlag.
  
• Tg 260°C+: Utformet for ekstreme høytemperaturmiljøer og elektroniske komponenter med høy effekttetthet.
  
• Tg 300°C+: Det høyeste nivået for varmetålighet for kommersielle materialer som er tilgjengelige i dag, brukt i de mest krevende høytemperaturscenariene innen romfart, militære anvendelser eller spesielle industrielle anvendelser.

Analyse av vanlige nødvendige materialer for høy Tg PCB

Realisering av høy Tg-egenskaper avhenger av et spesifikt harpikssystem. Her er flere dominerende materialtyper og deres egenskaper:

1. Polyimid (PI):

• Tg-verdi: ≥ 250°C (svært høy)
  
• Egenskaper: Utmerket varmetålighet, utmerket kjemisk korrosjonsbestandighet, gode mekaniske egenskaper, lav avgivelse av flyktige stoffer ved høye temperaturer og valgfri fleksibilitet.
  
• Typiske anvendelser: romfart, militære elektronikanvendelser, høytemperatursensorer/kontrollenheter til industriell bruk, fleksible kretser.

2. BT-epoxyharpiks:

• Tg-verdi: 180°C – 220°C
  
• Egenskaper: Utmerket varmetålighet, relativt lav dielektrisk konstant og tap, lav vannopptaksevne, god prosesserbarhet. Balansert ytelse og kostnad i FR-4 oppgraderingsbanen.
  
• Typiske anvendelser: kommunikasjonsutstyr, serverhovedkort, høyhastighets digitale kretskort, high-end forbrukerelektronikk.

3. Polyfenylenoksid (PPO):

• Tg-verdi: 175°C – 220°C
  
• Egenskaper: Svært lav fuktopptak, svært lav dielektrisk konstant og tap, utmerket dimensjonal stabilitet, god motstand mot hydrolyse.
  
• Typiske anvendelser: Høyfrekvente RF-kretskort (som 5G-antenner, radarer), luftfartselektronikk, høyhastighets kommunikasjonsbakplaner.

4. Væskekristallinsk polymer (LCP):

• Tg-verdi: ≥ 280°C (svært høy)
  
• Egenskaper: Nesten ingen vannopptak, ultra lav og stabil dielektrisk konstant og tap, utmerket kjemikaliebestandighet, stabil mekanisk egenskaper ved høye temperaturer, kan lages til ultra tynne fleksible kretskort.
  
• Typiske anvendelser: Høyfrekvente/høyhastighets-kontakter, 5G/6G, bilradar, sensorer for krevende miljøer.

5. Polytetrafluoretylen (PTFE) – ofte kalt "Teflon":

• Tg-verdi: ≥ 250°C
  
• Egenskaper: Ekstremt lav dielektrisk konstant og tap, utmerket kjemisk bestandighet, utmerket høyfrekvensytelse. Men rent PTFE har dårlig formbarhet, høy kostnad, relativt høy CTE og anisotropi, og vanskelig boring.
  
• Typiske anvendelser: Høykvalitets mikrobølgekretser, radarsystemer, satellittkommunikasjon, høyfrekvent testutstyr.

6. Keramiskfylt PTFE:

• Tg-verdi: ≥ 250°C
  
• Egenskaper: Keramiske fyllstoffer er lagt til rent PTFE. Betydelig forbedret stabilitet, økt varmeledningsevne, forbedret mekanisk styrke og hardhet, og lettere bearbeiding. Den elektriske ytelsen er noe dårligere enn rent PTFE, men fremdeles meget god.
  
• Typiske anvendelser: Høyfrekvent RF/mikrobølgeeffektforskyving, baseantenner, høytemperatur- og høyfrekvensee utstyr som krever god varmeavledning.

7. Hydrokarbonbasert keramiskharz:

• Tg-verdi: ≥ 200°C
  
• Egenskaper: Sammensatt av hydrokarbonharz og keramisk fyllstoff. Gir lav dielektrisk konstant, lav tap, god termisk stabilitet, utmerket dimensjonal stabilitet og bearbeidbarhet, og kostnaden er vanligvis lavere enn for PTFE-baserte materialer.
  
• Typiske anvendelser: Høyhastighets digitale kretskort, høyfrekvente RF-kretskort, mikrobølgeutstyr, bilradar.

Hvorfor velge LHD som din strategiske partner for høy Tg PCB?

Produksjon av høy Tg PCB-er er ikke en enkel utvidelse av ordinær FR-4-produksjon. Fra materiellvalg, liming prosesskontroll, boring nøyaktighet til endelig overflatebehandling og elektrisk testing, har hvert enkelt ledd satt nesten krevende krav til temperaturstyring og prosesynøyaktighet. Små avvik kan føre til delaminering, kretskorteksplosjon eller understandardisert ytelse. LHD er godt klar over dette. Med 16 års dyptgående erfaring innen spesielle PCB-er, er vi dedikerte til å bli en solid og pålitelig "termisk styringspartner" bak dine høytemperaturapplikasjoner.

LHD tilbyr deg ikke bare kretskort, men også et fullstendig utvalg av beskyttelsesløsninger under høye temperaturutfordringer:

1. Nøyaktig valgtjeneste:

Vårt team av erfarne ingeniører vil anbefale deg de mest kostnadseffektive material løsningene med høyest ytelse som matcher graden av dine spesifikke bruksområder for å unngå overdesign eller utilstrekkelig ytelse.

2. Presisjonsprosesskontroll:

Utstyrt med en fullautomatisk flertrinns temperaturkontrollpresse og et online overvåkningssystem, støttet av en eksklusiv prosessdatabase, sikrer det at hver lamine lag oppnår den beste tverrbindingstilstanden og oppnår produksjon uten feil.

3. Full prosessvarmehåndtering:

Fra råvarelagring til temperatursporing i nøkkelprosesser, til simuleringstester i ekstreme miljøer (TMA, T288, etc.), bygges et komplett varmepålitelighetssikringssystem.

4. Fleksible produksjonstjenester

Støtter 1 stk prøve til millionnivå massproduksjon, tilbyr full teknisk veiledning fra DFM-optimering til massproduksjon og oppnår sømløs overgang.

5. Felles innovasjonsstøtte

Åpne material- og pålitelighetslaboratorier, del testressurser og løs ekstreme termiske ledelsesutfordringer som 800V elektriske kjøretøy og satellitteknikk.

6. Transparent verdiskapning

Gjennom storskygge og utbyttekontroll tilbyr vi langsiktig produktverdi som overgår prisforventninger på en kostnadsoversiktlig basis.

Å velge LHD betyr å velge en PCB-partner som har en dyp forståelse og ekstrem kontroll over "varme". Vi lover å bruke spisskompetens, strenge standarder og ærlig samarbeid for å sikre at ditt elektroniske systems høytemperatur ytelse forblir like robust i krevende miljøer.

Start din "uten bekymring for høy temperatur"-design nå!
Velkommen til å kontakte LHDs profesjonelle team for å få teknisk rådgivning og løsninger for high Tg PCB til din applikasjon.