PCB cu Temperatură Ridicată de Tranziție (High TG)

Ce este un PCB cu Tg ridicat?

În lumea plăcilor de circuite imprimate (PCB), temperatura de tranziție vitrească (Tg) este o măsură esențială a rezistenței la căldură a materialelor de bază. Aceasta indică punctul critic al temperaturii la care materialul se transformă dintr-o stare dură, vitrească, într-o stare mai moale, cauciucată. În termeni simpli, atunci când temperatura ambientală este sub Tg, materialul rămâne rigid; odată ce temperatura depășește Tg, materialul începe să se înmoaie și rezistența mecanică precum și stabilitatea dimensională vor scădea semnificativ.

PCB-urile High Tg sunt plăci de circuite imprimate realizate din materiale cu temperaturi ridicate de tranziție a sticlei (Tg). Aceste materiale sunt concepute pentru a face față mediilor de lucru cu temperaturi înalte pe care materialele obișnuite pentru PCB (cum ar fi standardul FR-4, care de regulă are un Tg de aproximativ 130-140°C) nu le pot suporta. Chiar și în condiții severe de solicitare termică, PCB-urile High Tg își pot menține integritatea structurală, precizia dimensională și performanțele electrice stabile, asigurând astfel funcționarea fiabilă a dispozitivelor electronice la temperaturi ridicate.

Avantajele principale ale performanței PCB-urilor High Tg

Motivul pentru care materialele High Tg pot face față provocărilor termice este legat de seria lor de caracteristici excelente:

1. Stabilitate termică excelentă:

• "Oase de oțel" la temperaturi înalte: PCB-urile High Tg își pot menține în continuare o bună rezistență mecanică și duritate la temperaturi mult mai mari decât materialele obișnuite. Aceasta înseamnă că placa de circuit nu este predispusă la răsucire, deformare sau delaminare, prevenind eficient desprinderea componentelor și defectarea sudurilor.
  
• Performanța nu „cade”: Performanța sa electrică poate rămâne stabilă chiar și în medii cu temperaturi ridicate și nu se va degrada semnificativ din cauza creșterii temperaturii.

2. Coeficient redus de dilatare termică (CTE):

• "Respirație sincronă" reduce stresul: Toate materialele se extind la căldură și se contractă la rece. Firele de cupru și componentele sudate de pe placa PCB au și ele propriile coeficienți de dilatare. Dacă coeficientul de dilatare termică al suportului PCB este prea diferit față de cel al cuprului și componentelor, se vor genera stresuri termice enorme atunci când temperatura se modifică brusc în timpul pornirii/opririi dispozitivului și a procesului de sudare.
  
• Soluție High Tg: Materialele High Tg au de obicei un CTE mai scăzut, care se potrivește mai bine cu cuprul și componentele. Acest lucru este similar cu lăsarea substratului PCB și a cablurilor/componentelor de cupru să "respiră sincron" atunci când temperatura se modifică, reducând semnificativ riscul de crăpare a sudurilor din cauza oboselei, ruperea foliei de cupru sau deteriorarea găurilor filetate cauzată de expansiunea și contracția termică neuniformă, îmbunătățind considerabil fiabilitatea pe termen lung a produsului.

3. Stabilitate excelentă dimensională:

• CTE-ul scăzut și rigiditatea ridicată a materialului lucrează împreună pentru a face ca răsucirea și contracția PCB-urilor High-Tg să fie mult mai redusă comparativ cu PCB-urile obișnuite, în procesul de fabricație și în condițiile de utilizare caracterizate prin presare și sudare la temperatură ridicată repetate. Acest aspect este crucial pentru menținerea preciziei în cazul plăcilor multistrat cu multe straturi și structuri complexe, influențând direct randamentul asamblării și performanța produsului final.

4. Performanță electrică mai bună la frecvență ridicată:

• Multe materiale cu Tg ridicat (cum ar fi anumite rășini epoxidice modificate, PPE, PTFE etc.) au constante dielectrice și tangente de pierderi mai scăzute.
  
• "Autostrada" pentru transmisia semnalelor: Un Dk scăzut înseamnă o propagare mai rapidă a semnalului; un Df scăzut înseamnă o pierdere mai mică de energie în timpul transmisiei semnalului. Combinarea acestor două caracteristici permite plăcilor de circuit cu Tg ridicat să asigure mai bine integritatea și calitatea semnalului în aplicații de înaltă frecvență și viteză, reducând distorsiunile și atenuarea semnalului, fiind potrivite în special pentru domenii avansate, cum ar fi 5G, rețelele rapide și frecvența radio.

5. Rezistență crescută la umiditate și substanțe chimice:

• Materialele cu Tg ridicat au în general o absorbție mai scăzută a umidității, ceea ce înseamnă că absorb mai puțină umiditate într-un mediu umed.
  
• Preveniți problemele înainte ca acestea să apară: Aceasta nu reduce doar riscul de delaminare provocat de absorbția și expansiunea umidității, ci și posibilitatea degradării izolației electrice și migrației ionilor într-un mediu umed, îmbunătățind durabilitatea produsului în condiții dificile.

Valoarea esențială adusă de plăcile PCB cu Tg ridicat

Avantajele de performanță de mai sus se transformă direct într-o valoare semnificativă în aplicațiile practice:

1. Creștere a fiabilității:

Funcționare stabilă în condiții de temperatură ridicată (cum ar fi compartrimentul motorului automobilului, interiorul sursei de alimentare de mare putere și zona centrală a echipamentelor industriale), reducând semnificativ defecțiunile legate de căldură, extinzând considerabil durata de viață a echipamentelor și fiabilitatea generală a sistemului.

2. Îmbunătățirea fidelității semnalului:

Performanțele electrice excelente la frecvență înaltă reprezintă temelia circuitelor digitale rapide și a aplicațiilor RF, garantând transmisia clară și precisă a semnalelor esențiale.

3. Extinderea limitelor de aplicație:

Depășind limita de temperatură a PCB-urilor tradiționale, permite dispozitivelor electronice să funcționeze în mod fiabil în medii cu temperaturi mai ridicate și deschide noi domenii de aplicații.

4. Garanția randamentului și preciziei de fabricație:

Stabilitatea excelentă dimensională este o condiție prealabilă pentru fabricarea interconexiunilor cu densitate mare (HDI) și a plăcilor multistrat complexe, ceea ce îmbunătățește eficiența producției și consistența produselor.

5. Durabilitate pe termen lung:

În combinație cu rezistența la temperaturi înalte, la umiditate și la agenți chimici, oferă o protecție pe termen mai lung pentru dispozitivele electronice și reduce costurile de întreținere.

Ghid pentru clasificarea pe grade a temperaturii Tg a materialelor pentru PCB

În funcție de rezistența la căldură, substraturile PCB sunt împărțite, de obicei, în diferite grade conform valorilor Tg pentru a satisface nevoile diverse:

1. Tg obișnuit: Tg ≥ 135°C

• Materiale reprezentative: Rășină epoxidică FR-4 standard.
  
• Scenarii aplicabile: Majoritatea echipamentelor electronice pentru consumatori, echipamentelor de birou și alte medii cu temperatură obișnuită.

2. Tg mediu: Tg ≥ 150°C

• Caracteristici de performanță: Rezistență mai bună la căldură comparativ cu FR-4 standard.
  
• Scenarii aplicabile: Aplicații cu cerințe ușor mai mari privind performanța termică, cum ar fi unele echipamente de control industrial, echipamente de comunicație de mijloc etc.

3. Tg ridicat:

• Tg 170°C: Potrivit pentru medii cu temperatură medie și ridicată în mod continuu, cum ar fi electronica auto și controlerele industriale.
  
• Tg 180°C: Stabilitate termică mai bună, utilizat frecvent în echipamente pentru stații de bază de comunicații, servere și electronice pentru consum de înaltă fiabilitate.
  
• Tg 200°C: Rezistență mare la căldură, de obicei cu o conductivitate termică mai bună, potrivit pentru electronica aerospațială, echipamente industriale de înaltă clasă și substraturi pentru iluminat LED de putere mare.
  
• Tg 260°C+: Proiectat pentru medii cu temperatură extrem de ridicată și dispozitive electronice cu densitate mare de putere.
  
• Tg 300°C+: Cel mai ridicat nivel de rezistență la căldură al materialelor comerciale disponibile în prezent, utilizat în cele mai solicitante aplicații aerospațiale, militare sau industriale speciale cu temperaturi înalte.

Analiza materialelor cheie comune pentru PCB cu Tg ridicat

Realizarea performanțelor cu Tg înalt depinde de un sistem specific de rășină. Iată câteva tipuri principale de materiale și caracteristicile acestora:

1. Poliimida (PI):

• Valoare Tg: ≥ 250°C (foarte ridicată)
  
• Caracteristici: Rezistență excelentă la temperatură, rezistență excelentă la coroziune chimică, proprietăți mecanice bune, eliberare redusă de volatili la temperaturi înalte și flexibilitate opțională.
  
• Aplicații tipice: aeronautică și spațială, electronice militare, senzori/controale industriale de înaltă temperatură, circuite flexibile.

2. Rășină epoxidică BT:

• Valoare Tg: 180°C – 220°C
  
• Caracteristici: Rezistență excelentă la căldură, constantă dielectrică și pierderi relativ reduse, absorbție scăzută a umidității, procesabilitate bună. O combinație echilibrată între performanță și cost în cadrul evoluției FR-4.
  
• Aplicații tipice: echipamente de comunicație, plăci de bază pentru servere, plăci de circuite digitale de mare viteză, electronice de consum de înaltă clasă.

3. Oxid de polifenilenă (PPO):

• Valoarea Tg: 175°C – 220°C
  
• Caracteristici: Absorbție foarte scăzută a apei, constantă dielectrică și pierderi dielectrice foarte mici, stabilitate dimensională excelentă, rezistență bună la hidroliză.
  
• Aplicații tipice: Plăci de circuite RF de înaltă frecvență (de exemplu, antene 5G, radare), electronice pentru aeronautică și spațial, backplane-uri de comunicație de mare viteză.

4. Polimer cristalin lichid (LCP):

• Valoarea Tg: ≥ 280°C (foarte ridicată)
  
• Caracteristici: Absorbție practic nulă a apei, constantă dielectrică și pierderi dielectrice extrem de scăzute și stabile, rezistență excelentă la substanțe chimice, proprietăți mecanice stabile la temperaturi ridicate, poate fi utilizat pentru plăci flexibile ultra-subțiri.
  
• Aplicații tipice: Conectori de înaltă frecvență/mare viteză, 5G/6G, radare auto, senzori pentru medii dificile.

5. Politetrafluoretilenă (PTFE) - adesea denumită "Teflon":

• Valoarea Tg: ≥ 250°C
  
• Caracteristici: Constant dielectric și pierderi extrem de scăzute, inerție chimică excelentă, performanță excelentă la frecvență înaltă. Totuși, PTFE-ul pur are o procesabilitate slabă, cost ridicat, CTE relativ mare și anizotropie, iar găurirea este dificilă.
  
• Aplicații tipice: Circuite micro-ondă de înaltă clasă, sisteme radar, comunicații satelit, echipamente de testare la frecvență înaltă.

6. PTFE cu umplutură ceramică:

• Valoarea Tg: ≥ 250°C
  
• Caracteristici: Sunt adăugate umpluturi ceramice la PTFE-ul pur. Stabilitate semnificativ îmbunătățită, conductibilitate termică crescută, rezistență mecanică și duritate îmbunătățite, precum și o procesare mai ușoară. Performanța electrică este ușor inferioară PTFE-ului pur, dar rămâne foarte bună.
  
• Aplicații tipice: Amplificatoare de putere RF/micro-ondă la frecvență înaltă, antene de stație de bază, echipamente la temperatură și frecvență înaltă care necesită o disipare termică bună.

7. Rezină ceramică pe bază de hidrocarburi:

• Valoarea Tg: ≥ 200°C
  
• Caracteristici: Compus din rășină de hidrocarburi și umplutură ceramică. Oferă o constantă dielectrică scăzută, pierderi reduse, bună stabilitate termică, stabilitate dimensională și prelucrabilitate excelentă, iar costul este de obicei mai mic decât al materialelor pe bază de PTFE.
  
• Aplicații tipice: Plăci de circuite digitale de înaltă viteză, plăci de circuite RF de înaltă frecvență, echipamente microwave, radar auto.

De ce să alegeți LHD ca partener strategic pentru PCB-uri cu Tg ridicat?

Fabricarea PCB-urilor cu Tg ridicat nu este o simplă extindere a producției obișnuite din FR-4. De la alegerea materialelor, controlul procesului de laminare, precizia găuririi până la tratarea finală a suprafeței și testarea electrică, fiecare etapă a impus cerințe aproape solicitante privind gestionarea temperaturii și precizia procesului. Abateri minore pot duce la desprinderea stratului, la explozia plăcii sau la o performanță necorespunzătoare. LHD este conștientă de aceasta. Cu 16 ani de experiență în domeniul PCB-urilor speciale, ne străduim să devenim un partener solid și fiabil în gestionarea termică pentru aplicațiile dvs. la temperatură ridicată.

LHD vă oferă nu doar plăci de circuite, ci și o gamă completă de soluții de protecție pentru a face față provocărilor generate de temperaturi ridicate:

1. Serviciul de selecție precisă:

Echipa noastră de ingineri experimentați vă va recomanda cele mai eficiente soluții de materiale din punct de vedere al costurilor, cu cel mai înalt grad de potrivire a performanței, conform scenariilor dvs. specifice de aplicație, pentru a evita supra-dimensionarea sau performanța insuficientă.

2. Control precis al procesului:

Echipat cu o presă complet automatizată cu control multi-temp în temperatură și cu un sistem de monitorizare în timp real, bazându-se pe o bază de date exclusivă privind procesele, asigură ca fiecare strat de laminare să atingă starea optimă de reticulare și realizează o producție fără defecte.

3. Gestionarea termică pe întregul proces:

De la depozitarea materiei prime până la urmărirea temperaturii în procesele cheie, la testele de simulare a mediului extrem (TMA, T288 etc.), este construit un sistem complet de garanție a fiabilității termice.

4. Servicii flexibile de producție

Susține producția de la 1 bucată probă până la nivel de milioane, oferă sprijin tehnic complet de la optimizarea DFM până la producția de serie, realizând astfel o conectare fără întreruperi.

5. Sprijin pentru inovare în parteneriat

Deschiderea de laboratoare de materiale și fiabilitate, partajarea resurselor de testare și depășirea împreună a problemelor extreme de gestionare termică, cum ar fi cele ale vehiculelor electrice de 800V și ale electronicii satelitului.

6. Livrare transparentă a valorii

Prin achiziții la scară largă și controlul randamentului, se oferă o valoare pe termen lung a produsului care depășește așteptările privind prețul, pe baza transparenței costurilor.

Alegerea LHD înseamnă a alege un partener pentru circuite imprimate (PCB) care are o înțelegere profundă și o control extremă asupra "căldurii". Ne angajăm să utilizăm tehnologii avansate, standarde stricte și cooperare sinceră pentru a garanta faptul că sistemul dvs. electronic de înaltă temperatură rămâne la fel de robust ca înainte, chiar și în condiții dificile.

Începeți acum proiectarea dvs. "fără griji legate de temperatură ridicată"!
Vă invităm să contactați echipa profesională LHD pentru a obține consultanță tehnică și soluții pentru circuite imprimate (PCB) cu punct de tranziție termică ridicat (High Tg), adaptate aplicației dvs.