Что такое печатная плата с высокой температурой стеклования (high Tg)?
В мире печатных плат (PCB) температура стеклования (Tg) является ключевым показателем термостойкости материалов основания. Это критическая температура, при которой материал переходит из твердого, стеклообразного состояния в более мягкое, резиноподобное состояние. Проще говоря, когда температура окружающей среды ниже Tg, материал остается жестким; как только температура превышает Tg, материал начинает размягчаться, а его механическая прочность и размерная стабильность значительно снижаются.
Печатные платы с высокой температурой стеклования (Tg) изготовлены из материалов с высокой температурой стеклования. Эти материалы разработаны для работы в условиях высоких температур, которые обычные материалы для печатных плат (например, стандартный FR-4, который обычно имеет Tg около 130-140°C) не выдерживают. Даже при сильных тепловых нагрузках печатные платы с высокой Tg могут сохранять свою структурную целостность, размерную точность и стабильные электрические характеристики, обеспечивая надежную работу электронных устройств при высоких температурах.
Основные эксплуатационные преимущества печатных плат с высокой Tg
Причина, по которой материалы с высокой Tg справляются с высокотемпературными испытаниями, заключается в их ряде превосходных эксплуатационных характеристик:
1. Высокая термостойкость:
- «Стальные кости» при высоких температурах: печатные платы с высокой температурой стеклования могут сохранять хорошие механические прочность и жесткость при температурах, намного превышающих, чем у обычных материалов. Это означает, что плата не склонна к короблению, деформации или расслоению, что эффективно предотвращает отрыв компонентов и выход из строя паяных соединений.
- Показатели не «выпадают»: электрические характеристики могут оставаться стабильными даже в условиях высоких температур и не ухудшаются существенно при их повышении.
2. Низкий коэффициент теплового расширения (CTE):
- «Синхронное дыхание» снижает напряжение: все материалы расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении. Токопроводящие дорожки и припаянные компоненты на печатной плате также обладают собственными коэффициентами расширения. Если коэффициент теплового расширения основы платы слишком отличается от коэффициента меди и компонентов, при резких перепадах температуры во время запуска и остановки устройства, а также в процессе пайки возникает значительное термическое напряжение.
- Решение с высокой температурой стеклования (High Tg): Материалы с высокой температурой стеклования обычно имеют более низкий коэффициент теплового расширения (CTE), который лучше соответствует расширению меди и компонентов. Это позволяет подложке печатной платы и медным проводникам/компонентам «дышать синхронно» при изменении температуры, значительно снижая риск растрескивания припоя из-за усталости, разрыва медной фольги или повреждения металлизированных отверстий, вызванных несоответствием теплового расширения и сжатия, а также значительно повышая долгосрочную надежность продукта.
3. Отличная размерная стабильность:
- Низкий CTE и высокая собственная жесткость совместно обеспечивают гораздо меньшее коробление и усадку печатных плат с высоким Tg по сравнению с обычными печатными платами в процессе производства и при эксплуатации в условиях многократного высокотемпературного прессования и пайки. Это особенно важно для сохранения точности многослойных плат с большим количеством слоев и сложной конструкцией, что напрямую влияет на выход годных при сборке и на рабочие характеристики конечного продукта.
4. Лучшие электрические характеристики на высоких частотах:
- Многие материалы с высокой температурой стеклования (например, некоторые модифицированные эпоксидные смолы, PPE, PTFE и т. д.) имеют более низкие диэлектрические постоянные и тангенсы потерь.
- "Шоссе" для передачи сигналов: низкая диэлектрическая проницаемость означает более быстрое распространение сигналов; низкий коэффициент рассеяния означает меньшие потери энергии при передаче сигналов. Сочетание этих двух факторов позволяет печатным платам с высокой температурой стеклования лучше обеспечивать целостность и качество сигналов в высокочастотных и высокоскоростных приложениях, уменьшать искажения и затухание сигналов, что особенно подходит для передовых областей, таких как 5G, высокоскоростные сети и радиочастотные технологии.
5. Повышенная устойчивость к влаге и химическим веществам:
- Материалы с высокой температурой стеклования, как правило, имеют более низкое водопоглощение, что означает, что во влажной среде поглощается меньше влаги.
- Предотвращение проблем до их возникновения: Это не только снижает риск расслоения, вызванного поглощением влаги и расширением, но также уменьшает вероятность деградации электрической изоляции и ионной миграции в условиях высокой влажности, а также повышает долговечность продукта в тяжелых условиях эксплуатации.
Ключевая ценность высокотемпературных печатных плат (High Tg PCB)
Вышеуказанные эксплуатационные преимущества напрямую превращаются в значительную ценность в практическом применении:
1. Повышение надежности:
Стабильная работа в условиях высоких температур (например, в моторном отсеке автомобиля, внутри высокомощных источников питания и в ключевых зонах промышленного оборудования), значительно снижает тепловые сбои, существенно продлевает срок службы оборудования и общую надежность системы.
2. Повышение точности сигнала:
Отличные высокочастотные электрические характеристики являются основой для высокоскоростных цифровых схем и ВЧ-приложений, обеспечивая четкую и точную передачу ключевых сигналов.
3. Расширение границ применения:
Прорыв в температурных пределах традиционных печатных плат, позволяющий электронным устройствам надежно работать в более жестких условиях высокой температуры и открывает новые области применения.
4. Гарантия выхода годных и точности производства:
Отличная размерная стабильность является предпосылкой для производства высокоплотных соединений (HDI) и сложных многослойных плат, повышающих эффективность производства и стабильность качества продукции.
5. Долговечность:
В сочетании с устойчивостью к высокой температуре, влаге и химическим веществам обеспечивает длительную защиту электронных устройств и снижает затраты на техническое обслуживание.
Руководство по классификации температурных градаций Tg материалов печатных плат
В зависимости от термостойкости подложки печатных плат обычно делятся на разные классы по значению Tg для удовлетворения различных потребностей:
1. Обычный Tg: Tg ≥ 135°C
- Представительные материалы: стандартная эпоксидная смола FR-4.
- Применение: большинство электронных потребительских товаров, офисного оборудования и других стандартных температурных условий.
2. Средний Tg: Tg ≥ 150°C
- Эксплуатационные характеристики: более высокая термостойкость по сравнению со стандартным FR-4.
- Применение: устройства с несколько более высокими требованиями к тепловой производительности, такие как промышленное контрольное оборудование, оборудование среднего уровня связи и т.д.
3. Высокий Tg:
- Tg 170°C: подходит для постоянной средней и высокой температуры, например, для автомобильной электроники и промышленных контроллеров.
- Tg 180°C: более высокая тепловая стабильность, обычно используется в оборудовании для базовых станций связи, серверах и высоконадежной потребительской электронике.
- Tg 200°C: высокая термостойкость, обычно обладает лучшей теплопроводностью, подходит для аэрокосмической электроники, высокотехнологичного промышленного оборудования и субстратов для светодиодного освещения высокой мощности.
- Tg 260°C+: разработан для экстремальных высоких температур и электронных устройств с высокой плотностью мощности.
- Tg 300°C+: Самый высокий уровень термостойкости среди коммерчески доступных материалов на данный момент, используется в самых сложных условиях высоких температур в аэрокосмической, военной или специализированной промышленности.
Анализ основных ключевых материалов для печатных плат с высоким Tg
Реализация высоких характеристик Tg зависит от конкретной системы смол. Ниже приведены несколько основных типов материалов и их свойств:
1. Полиимид (PI):
- Значение Tg: ≥ 250°C (очень высокое)
- Свойства: Отличная термостойкость, отличная устойчивость к химической коррозии, хорошие механические свойства, низкое выделение летучих веществ при высоких температурах, возможность гибкости.
- Типичное применение: аэрокосмическая промышленность, электроника для военных нужд, высокотемпературные промышленные датчики/контроллеры, гибкие схемы.
2. Эпоксидная смола BT:
- Значение Tg: 180°C – 220°C
- Свойства: Отличная термостойкость, относительно низкая диэлектрическая проницаемость и потери, низкое водопоглощение, хорошая обрабатываемость. Сбалансированные характеристики и стоимость при модернизации FR-4.
- Типичные области применения: телекоммуникационное оборудование, серверные материнские платы, высокоскоростные цифровые печатные платы, высокотехнологичная бытовая электроника.
3. Полифениленоксид (PPO):
- Значение Tg: 175°C – 220°C
- Особенности: очень низкое водопоглощение, очень низкая диэлектрическая проницаемость и потери, превосходная размерная стабильность, хорошая устойчивость к гидролизу.
- Типичные области применения: высокочастотные ВЧ-платы (например, 5G-антенны, радары), электроника для авиакосмической отрасли, высокоскоростные коммуникационные шины.
4. Полимер на основе жидких кристаллов (LCP):
- Значение Tg: ≥ 280°C (очень высокое)
- Особенности: практически нулевое водопоглощение, сверхнизкая и стабильная диэлектрическая проницаемость и потери, превосходная химическая стойкость, стабильные механические свойства при высоких температурах, может использоваться для производства сверхтонких гибких плат.
- Типичные области применения: высокочастотные/высокоскоростные разъёмы, 5G/6G, автомобильные радары, датчики для экстремальных условий.
5. Политетрафторэтилен (PTFE) — часто называется "Teflon":
- Значение Tg: ≥ 250°C
- Характеристики: Ультранизкий диэлектрический коэффициент и потери, превосходная химическая инертность, превосходные высокочастотные характеристики. Однако, у чистого ПТФЭ плохая обрабатываемость, высокая стоимость, относительно высокий коэффициент теплового расширения и анизотропия, а также трудности при сверлении.
- Типичные применения: Высококачественные микроволновые схемы, радарные системы, спутниковая связь, высокочастотное испытательное оборудование.
6. ПТФЭ с керамическим наполнителем:
- Значение Tg: ≥ 250°C
- Характеристики: В чистый ПТФЭ добавляются керамические наполнители. Значительно улучшена стабильность, повышена теплопроводность, улучшена механическая прочность и твердость, обрабатываемость стала проще. Электрические характеристики немного уступают чистому ПТФЭ, но остаются очень хорошими.
- Типичные применения: Высокочастотные ВЧ/микроволновые усилители мощности, антенны базовых станций, высокотемпературное и высокочастотное оборудование, требующее хорошей теплоотдачи.
7. Углеводородная керамическая смола:
- Значение Tg: ≥ 200°C
- Особенности: Состоит из углеводородной смолы и керамического наполнителя. Обладает низкой диэлектрической проницаемостью, низкими потерями, хорошей термостойкостью, отличной размерной стабильностью и обрабатываемостью, а стоимость, как правило, ниже, чем у материалов на основе ПТФЭ.
- Типичные применения: Печатные платы для высокоскоростных цифровых схем, печатные платы для высокочастотных ВЧ-схем, микроволновое оборудование, автомобильные радары.
Почему стоит выбрать LHD в качестве стратегического партнера для высокотемпературных печатных плат?
Производство печатных плат с высокой температурой стеклования вовсе не является простым расширением производства обычных плат FR-4. Каждое звено, от выбора материалов и контроля процесса ламинирования до точности сверления и окончательной поверхностной обработки и электрических испытаний, предъявляет почти высокие требования к управлению температурным режимом и точности технологического процесса. Незначительные отклонения могут привести к расслоению, взрыву платы или несоответствию рабочих характеристик. Компания LHD прекрасно осведомлена об этом. Благодаря 16-летнему опыту и глубоким знаниям в области производства специальных печатных плат, мы стремимся стать надежным партнером по управлению тепловыми процессами, на которого вы можете положиться в ваших высокотемпературных приложениях.
Компания LHD предоставляет вам не только печатные платы, но и полный спектр решений для защиты в условиях высоких температур:
1. Точный подбор материалов:
Наша команда опытных инженеров порекомендует наиболее экономически эффективные материалы с высокой степенью соответствия производительности вашим конкретным сценариям применения, чтобы избежать избыточного проектирования или недостаточной производительности.
2. Точное управление процессами:
Оснащено полностью автоматическим прессом с многоступенчатым температурным контролем и системой онлайн-мониторинга, опираясь на эксклюзивную технологическую базу данных, обеспечивается достижение наилучшего состояния поперечного сшивания каждого слоя ламинирования и производство без дефектов.
3. Комплексное управление тепловыми процессами:
От хранения сырья до температурной прослеживаемости ключевых процессов и испытаний в условиях экстремальных воздействий (TMA, T288 и др.), создана полная система гарантии тепловой надежности.
4. Гибкие производственные услуги
Поддержка от одного образца до массового производства в объеме миллионных тиражей, обеспечение полного технического сопровождения от оптимизации DFM до массового производства, реализация бесшовной интеграции.
5. Совместная поддержка инноваций
Открытые лаборатории материалов и надежности, общий доступ к ресурсам тестирования, совместное преодоление экстремальных проблем теплового управления, таких как электромобили с напряжением 800 В и электроника спутников
6. Прозрачная передача ценности
За счет закупок в больших объемах и контроля выхода продукции, обеспечивается долгосрочная ценность продукта, превышающая ожидания в отношении цены, при условии прозрачности затрат
Выбирая LHD, вы выбираете партнера по производству печатных плат, который глубоко понимает и обеспечивает экстремальный контроль "тепла". Мы обещаем использовать передовые технологии, строгие стандарты и искреннее сотрудничество, чтобы гарантировать, что ваша электронная система при высоких температурах оставалась такой же надежной, как и раньше, даже в тяжелых условиях
Начните свой проект "беспечной работы при высокой температуре" уже сегодня!
Добро пожаловать! Обратитесь к профессиональной команде LHD, чтобы получить техническую консультацию и решения по печатным платам с высокой температурой стеклования (high Tg) для вашего применения
EN
