Placa de Circuito de Alta TG

O que é uma placa de circuito de alta Tg?

No mundo das placas de circuito impresso (PCB), a temperatura de transição vítrea (Tg) é uma medida fundamental da resistência ao calor dos materiais do substrato. Ela indica o ponto crítico de temperatura em que o material muda de um estado físico duro e vítreo para um estado mais macio e borrachento. Em termos simples, quando a temperatura ambiente está abaixo da Tg, o material mantém-se rígido; uma vez que a temperatura exceda a Tg, o material começa a amolecer e a resistência mecânica e a estabilidade dimensional caem significativamente.

PCBs de alto Tg são placas de circuito impresso fabricadas com materiais que possuem altas temperaturas de transição vítrea (Tg). Esses materiais são projetados para suportar ambientes de trabalho com altas temperaturas, que materiais convencionais para PCBs (como o padrão FR-4, que normalmente tem um Tg em torno de 130-140°C) não conseguem suportar. Mesmo sob cargas térmicas severas, PCBs de alto Tg podem manter sua integridade estrutural, precisão dimensional e desempenho elétrico estável, garantindo que dispositivos eletrônicos possam operar com confiabilidade em altas temperaturas.

Vantagens principais de desempenho de PCB de alto Tg

O motivo pelo qual materiais de alto Tg conseguem suportar os desafios de alta temperatura é devido a uma série de características de desempenho excelentes:

1. Excelente estabilidade térmica:

• "Ossos de aço" em altas temperaturas: PCBs de alto Tg ainda podem manter boa resistência mecânica e dureza em temperaturas muito mais altas do que materiais comuns. Isso significa que a placa de circuito não tende a empenar, deformar ou descamar, prevenindo efetivamente que componentes se soltem e que as soldas falhem.
  
• Desempenho não "cai": O desempenho elétrico pode permanecer estável mesmo em ambientes de alta temperatura e não se deteriorará significativamente devido ao aumento de temperatura.

2. Baixo coeficiente de expansão térmica (CTE):

• "Respiração sincronizada" reduz tensão: Todos os materiais se expandem quando aquecidos e se contraem quando resfriados. Os fios de cobre e componentes soldados na placa PCB também possuem seus próprios coeficientes de expansão. Se o coeficiente de expansão do substrato da PCB for muito diferente do cobre e dos componentes, será gerada uma grande tensão térmica quando ocorrerem mudanças bruscas de temperatura durante a inicialização, desligamento e processo de soldagem do equipamento.
  
• Solução de alto Tg: Materiais de alto Tg geralmente possuem um CTE mais baixo, que se ajusta melhor ao cobre e aos componentes. Isso é como permitir que o substrato do PCB e os fios/componentes de cobre "respirem sincronizadamente" quando há variação de temperatura, reduzindo significativamente o risco de rachaduras por fadiga nas soldas, rompimento da folha de cobre ou danos nos furos, causados por expansão e contração térmicas inconsistentes, melhorando consideravelmente a confiabilidade de longo prazo do produto.

3. Excelente estabilidade dimensional:

• O baixo CTE e sua própria alta rigidez atuam em conjunto para tornar a deformação e retração de PCBs com alto Tg muito menores do que em PCBs convencionais, durante o processo de fabricação e em ambientes de uso com múltiplas pressões e soldagens em alta temperatura. Isso é crucial para manter a precisão em placas multicamadas com muitas camadas e estruturas complexas, afetando diretamente o rendimento da montagem e o desempenho do produto final.

4. Melhor desempenho elétrico em alta frequência:

• Muitos materiais de alta Tg (como algumas resinas epóxi modificadas, PPE, PTFE, etc.) possuem constantes dielétricas e tangentes de perda mais baixas.
  
• "Rodovia" para transmissão de sinais: Um Dk baixo significa propagação de sinal mais rápida; um Df baixo significa menos perda de energia durante a transmissão do sinal. A combinação desses dois fatores permite que placas de circuito de alta Tg garantam melhor a integridade e qualidade dos sinais em aplicações de alta frequência e alta velocidade, reduzindo a distorção e atenuação dos sinais, sendo especialmente adequadas para campos avançados, como 5G, redes de alta velocidade e radiofrequência.

5. Resistência aprimorada à umidade e produtos químicos:

• Materiais de alta Tg geralmente possuem menor absorção de umidade, o que significa que absorvem menos umidade em ambientes úmidos.
  
• Evite problemas antes que eles aconteçam: Isso não apenas reduz o risco de delaminação causada pela absorção e expansão de umidade, mas também reduz a possibilidade de degradação da isolação elétrica e migração iônica em ambientes úmidos, melhorando a durabilidade do produto em ambientes agressivos.

Valor Central Proporcionado pelas Placas de Circuito com Alto Tg

As vantagens de desempenho mencionadas acima são diretamente convertidas em valor significativo nas aplicações práticas:

1. Salto na Confiabilidade:

Funcionamento estável em condições de alta temperatura (como no compartimento do motor do automóvel, dentro de fontes de alimentação de alta potência e na área central dos equipamentos industriais), reduzindo significativamente falhas relacionadas ao calor, prolongando consideravelmente a vida útil dos equipamentos e a confiabilidade geral do sistema.

2. Melhoria na Fidelidade do Sinal:

O excelente desempenho elétrico em alta frequência é o alicerce dos circuitos digitais de alta velocidade e aplicações RF, garantindo a transmissão clara e precisa dos sinais críticos.

3. Expansão dos Limites de Aplicação:

Ultrapassando o limite térmico dos PCBs tradicionais, permitindo que dispositivos eletrônicos operem com confiabilidade em ambientes de alta temperatura mais rigorosos, abrindo novas áreas de aplicação.

4. Garantia de rendimento e precisão na fabricação:

A excelente estabilidade dimensional é o pré-requisito para a fabricação de interconexões de alta densidade (HDI) e placas multicamadas complexas, melhorando a eficiência de produção e a consistência dos produtos.

5. Durabilidade a longo prazo:

Aliado à resistência a altas temperaturas, umidade e produtos químicos, oferece proteção prolongada aos dispositivos eletrônicos e reduz custos de manutenção.

Guia de classificação por graus de temperatura Tg dos materiais para PCB

Com base na resistência ao calor, os substratos de PCB geralmente são divididos em diferentes graus segundo os valores de Tg, atendendo diversas necessidades:

1. Tg normal: Tg ≥ 135°C

• Materiais representativos: Resina epóxi FR-4 padrão.
  
• Cenários aplicáveis: A maioria dos eletrônicos de consumo, equipamentos de escritório e outras temperaturas convencionais.

2. Tg Médio: Tg ≥ 150°C

• Características de desempenho: Maior resistência ao calor do que o padrão FR-4.
  
• Cenários aplicáveis: Aplicações com requisitos ligeiramente mais altos de desempenho térmico, como alguns equipamentos de controle industrial, equipamentos de comunicação de média complexidade, etc.

3. Tg Alto:

• Tg 170°C: Adequado para ambientes de temperatura média e alta contínuos, como eletrônicos automotivos e controladores industriais.
  
• Tg 180°C: Estabilidade térmica superior, comumente utilizada em equipamentos de estações base de comunicação, servidores e eletrônicos de consumo de alta confiabilidade.
  
• Tg 200°C: Alta resistência ao calor, geralmente com melhor condutividade térmica, adequada para eletrônicos aeroespaciais, equipamentos industriais de alta complexidade e substratos para iluminação LED de alta potência.
  
• Tg 260°C+: Projetado para ambientes de altíssima temperatura e dispositivos eletrônicos de alta densidade de potência.
  
• Tg 300°C+: O nível máximo de resistência ao calor entre os materiais comerciais atualmente disponíveis, utilizado nos cenários mais exigentes de alta temperatura na indústria aeroespacial, militar ou industrial especializada.

Análise dos Materiais Principais Comuns para PCB de Alto Tg

A realização de desempenho de alto Tg depende de um sistema específico de resina. Abaixo estão vários tipos principais de materiais e suas características:

1. Poliimida (PI):

• Valor de Tg: ≥ 250°C (muito alto)
  
• Características: Excelente resistência térmica, excelente resistência à corrosão química, boas propriedades mecânicas, baixa liberação de voláteis em altas temperaturas e flexibilidade opcional.
  
• Aplicações típicas: indústria aeroespacial, eletrônicos militares, sensores/controladores industriais de alta temperatura, circuitos flexíveis.

2. Resina epóxi BT:

• Valor de Tg: 180°C – 220°C
  
• Características: Excelente resistência ao calor, constante dielétrica e perda relativamente baixas, baixa absorção de umidade, boa processabilidade. Desempenho e custo equilibrados na evolução da FR-4.
  
• Aplicações típicas: equipamentos de comunicação, placas-mãe de servidores, placas de circuito digital de alta velocidade, eletrônicos de consumo de alta gama.

3. Óxido de polifenileno (PPO):

• Valor de Tg: 175°C – 220°C
  
• Características: Absorção de umidade muito baixa, constante dielétrica e perda muito baixas, excelente estabilidade dimensional, boa resistência à hidrólise.
  
• Aplicações típicas: Placas de circuito de RF de alta frequência (como antenas 5G, radares), eletrônicos aeroespaciais, backplanes de comunicação de alta velocidade.

4. Polímero de cristal líquido (LCP):

• Valor de Tg: ≥ 280°C (muito alto)
  
• Características: Praticamente nenhuma absorção de água, constante dielétrica e perda ultra baixas e estáveis, excelente resistência química, propriedades mecânicas estáveis em altas temperaturas, pode ser fabricado em placas flexíveis ultrafinas.
  
• Aplicações típicas: Conectores de alta frequência/alta velocidade, 5G/6G, radares automotivos, sensores para ambientes agressivos.

5. Politetrafluoretileno (PTFE) - frequentemente chamado de "Teflon":

• Valor de Tg: ≥ 250°C
  
• Características: Constante dielétrica e perda ultra-baixas, excelente inércia química, excelente desempenho em altas frequências. No entanto, o PTFE puro tem baixa processabilidade, custo elevado, CTE relativamente alto e anisotropia, além de furação difícil.
  
• Aplicações típicas: Circuitos de micro-ondas de alta performance, sistemas de radar, comunicações por satélite, equipamentos de teste de alta frequência.

6. PTFE com enchimento cerâmico:

• Valor de Tg: ≥ 250°C
  
• Características: São adicionados enchimentos cerâmicos ao PTFE puro. Estabilidade significativamente melhorada, condutividade térmica aprimorada, resistência mecânica e dureza aumentadas, além de processamento mais fácil. O desempenho elétrico é ligeiramente inferior ao do PTFE puro, mas ainda muito bom.
  
• Aplicações típicas: Amplificadores de potência RF/micro-ondas de alta frequência, antenas de estações base, equipamentos de alta temperatura e alta frequência que exigem boa dissipação de calor.

7. Resina cerâmica à base de hidrocarboneto:

• Valor de Tg: ≥ 200°C
  
• Características: Composto por resina de hidrocarboneto e carga cerâmica. Oferece baixa constante dielétrica, baixa perda, boa estabilidade térmica, excelente estabilidade dimensional e processabilidade, e o custo geralmente é inferior ao dos materiais à base de PTFE.
  
• Aplicações típicas: Placas de circuito digital de alta velocidade, placas de circuito RF de alta frequência, equipamentos de micro-ondas, radar automotivo.

Por que escolher a LHD como sua parceira estratégica para PCBs de alto Tg?

A fabricação de PCBs com alto Tg não é uma simples extensão da produção comum de FR-4. Desde a seleção de materiais, controle do processo de laminação, precisão nas furações até o tratamento superficial final e testes elétricos, cada etapa apresenta exigências quase rigorosas em relação ao gerenciamento de temperatura e precisão dos processos. Desvios mínimos podem levar a descolamento, explosão da placa ou desempenho abaixo do padrão. A LHD está plenamente ciente disso. Com 16 anos de experiência acumulada no campo de PCBs especiais, estamos empenhados em ser seu sólido e confiável "parceiro em gerenciamento térmico" por trás de suas aplicações em altas temperaturas.

A LHD oferece não apenas placas de circuito, mas também um conjunto completo de soluções de proteção diante dos desafios de altas temperaturas:

1. Serviço de seleção precisa:

A nossa equipa de engenheiros séniores recomendará as soluções de materiais mais economicamente eficazes, com o mais alto grau de desempenho adequado às suas aplicações específicas, evitando superdimensionamento ou desempenho insuficiente.

2. Controlo preciso do processo:

Equipado com uma prensa totalmente automática de controlo de temperatura multietapas e um sistema de monitorização online, baseado numa base de dados de processos exclusiva, garante que cada camada de laminado atinja o melhor estado de reticulação e assegura uma produção sem defeitos.

3. Gestão térmica em todo o processo:

Desde o armazenamento das matérias-primas até à rastreabilidade térmica dos processos críticos e aos testes de simulação de ambientes extremos (TMA, T288, entre outros), é criado um sistema completo de garantia de fiabilidade térmica.

4. Serviços de produção flexíveis

Suporta desde 1 peça de amostra até produção em massa de milhões de unidades, oferecendo suporte técnico completo desde a otimização DFM até à produção em série, permitindo uma ligação perfeita.

5. Apoio à inovação conjunta

Laboratórios de materiais e confiabilidade abertos, compartilhamento de recursos de teste e superação conjunta de problemas extremos de gerenciamento térmico, como veículos elétricos de 800V e eletrônicos para satélites.

6. Entrega transparente de valor

Por meio de compras em grande escala e controle de rendimento, oferecemos valor ao produto a longo prazo que excede as expectativas de preço com base na transparência de custos.

Escolher a LHD significa escolher um parceiro em PCBs que possui um profundo conhecimento e controle rigoroso do "calor". Prometemos utilizar tecnologia de ponta, padrões rigorosos e cooperação sincera para garantir que o seu sistema eletrônico de alta temperatura permaneça tão robusto quanto antes, mesmo em ambientes adversos.

Comece agora o seu projeto "livre de preocupações com alta temperatura"!
Entre em contato com a equipe profissional da LHD para obter consultoria técnica e soluções em placas de circuito impresso com alto Tg para a sua aplicação.