Штампани кола високе температуре стаклања

Šta je High Tg PCB?

U svetu štampanih kola (PCB), temperatura staklene tranzicije (Tg) je ključna mera otpornosti materijala podloge na toplotu. Ona označava kritičnu temperaturu na kojoj materijal prelazi iz tvrdog, staklastog stanja u mekše, gumenasto stanje. Jednostavnim rečima, kada je ambijentalna temperatura ispod Tg, materijal ostaje krut; kada temperatura premaši Tg, materijal počinje da se topi i mehanička čvrstoća i dimenzionalna stabilnost značajno opadaju.

PCB ploče sa visokim Tg su štampane ploče napravljene od materijala sa visokom temperaturom staklene tranzicije (Tg). Ovi materijali su dizajnirani da izdrže radne uslove sa visokim temperaturama koje obični materijali za PCB ploče (kao što je standardni FR-4, koji obično ima Tg oko 130-140°C) ne mogu podneti. Čak i pod ekstremnim toplotnim opterećenjem, PCB ploče sa visokim Tg mogu održavati strukturnu integritetnost, dimenzionu tačnost i stabilne električne performanse, čime se osigurava pouzdan rad elektronskih uređaja na visokim temperaturama.

Ključne prednosti performansi PCB ploča sa visokim Tg

Razlog zašto materijali sa visokim Tg mogu da izdrže izazove visokih temperatura ogleda se u njihovim izuzetnim karakteristikama:

1. Izuzetna toplotna stabilnost:

• „Čelični kostur“ pri visokim temperaturama: PCB ploče sa visokom tačkom staklastog prelaza mogu i dalje održavati dobru mehaničku čvrstoću i tvrdoću i na temperaturama znatno višim u odnosu na uobičajene materijale. To znači da se ploča ne lomi, ne deformiše niti se odeljuju slojevi, čime se efikasno sprečava otpadanje komponenti i oštećenje lemljenih spojeva.
  
• Performanse se ne „izgube“: Njihove električne performanse mogu ostati stabilne čak i u uslovima visokih temperatura i neće se značajno pogoršati usled povećanja temperature.

2. Nizak koeficijent termičkog širenja (CTE):

• „Sinkrono disanje“ smanjuje napon: Svi materijali se šire pri zagrevanju i skupljaju pri hlađenju. Bakarne žice i zalemljene komponente na ploči takođe imaju svoje koeficijente širenja. Ako se koeficijent termičkog širenja materijala ploče previše razlikuje od bakra i komponenti, pri naglim promenama temperature tokom startovanja, gašenja i procesa lemljenja uređaja, stvaraju se ogromni termički naponi.
  
• Решење са високом температуром стакла: Материјали са високом температуром стакла обично имају нижи коефицијент термичког ширења (CTE) који боље одговара бакру и компонентама. То је као да се подлога штампане плоче и бакарни проводници/компоненте "синхронизују у дисању" при променама температуре, чиме се значајно смањује опасност од пресекања лемних спојева, прелома фолије или оштећења отвора услед неусклађеног термичког ширења и скупљања, што значајно побољшава дуготrajну поузданост производа.

3. Изузетна стабилност димензија:

• Низак коефицијент термичког ширења и висока чврстоћа материјала заједно чине да се коробљење и скупљање високотемпературних PCB-ова током процеса производње и у радним условима са више циклуса високе температуре при пресовању и заваривању, смањује у односу на обичне PCB-ове. То је од кључне важности за одржавање прецизности код вишелојних плоча са комплексном структуром, што директно утиче на проценат исправних у склапању и на перформансе коначног производа.

4. Боље електричне особине на високим фреквенцијама:

• Многи материјали са високом температуром стакла (као што су неки модификовани епоксидни смоле, ППЕ, ПТФЕ итд.) имају нижи диелектрични коефицијент и тангенс губитка.
  
• „Аутопут“ за пренос сигнала: Низак Dk значи бржи пренос сигнала; низак Df значи мање губитка енергије током преноса сигнала. Комбинација ова два фактора омогућава ППП-овима са високом температуром стакла да боље осигурају интегритет и квалитет сигнала у високом фреквентним и брзим апликацијама, смање искривљење и слабљење сигнала и посебно су погодни за авангардна подручја као што су 5G, брзе мреже и радио фреквенције.

5. Побољшана отпорност на влагу и хемикалије:

• Материјали са високом температуром стакла генерално имају нижу апсорпцију влаге, што значи да у влажној средини упијају мање влаге.
  
• Спречите проблеме пре него што настану: Ово не смањује само ризик од одслојавања узрокованог апсорпцијом влаге и ширењем, већ и могућност деградације електричне изолације и миграције јона у влажној средини, као и побољшава трајност производа у тешким условима.

Основна вредност коју носи високотемпературна штампана плоча (High Tg PCB)

Наведене предности у перформансама директно се претварају у значајну вредност у пракси:

1. Скок у поузданости:

Стабилно функционисање у условима високе температуре (као што је моторни простор аутомобила, унутрашњост јаких напајања и средишњи део индустријске опреме), значајно смањује кварове узроковане топлотом, продужује век трајања опреме и укупно поузданост система.

2. Побољшање фиделитета сигнала:

Изузетна електрична перформанса на високим фреквенцијама је основа за кола високе брзине и РF примене, чиме се осигурава јасна и тачна трансмисија кључних сигнала.

3. Проширивање граница примене:

Пробијање температурних граница традиционалних штампаних кола омогућава поуздан рад електронских уређаја у захтевнијим условима високе температуре и отвара нова подручја примене.

4. Гаранција попуста и прецизности производње:

Изузетна димензионална стабилност је предуслов за производњу високоинтегрисаних веза (HDI) и сложених вишекоморних плоча, чиме се побољшава ефикасност производње и конзистенција производа.

5. Дуготrajна издржљивост:

Комбинована отпорност на високе температуре, влагу и хемикалије обезбеђује дуже трајну заштиту електронских уређаја и смањује трошкове одржавања.

Водич кроз класификацију температурних степена Tg материјала штампаних кола

У складу са отпорношћу на топлоту, основе штампаних кола обично се деле у различите категорије на основу Tg вредности како би се испуниле разноврсне потребе:

1. Обични Tg: Tg ≥ 135°C

• Репрезентативни материјали: стандардни FR-4 епоксидни лак.
  
• Примењива област: Већина потрошачких електронских уређаја, канцеларијске опреме и других конвенционалних температурних средина.

2. Средња температура стакластих транзиција (Tg): Tg ≥ 150°C

• Карактеристике перформанси: Боља отпорност на топлоту у односу на стандардни FR-4.
  
• Примењива област: Примене са нешто вишим захтевима у погледу термичких перформанси, као што су неке индустријске контролне машине, опрема средњег опсега за комуникацију итд.

3. Висока температура стакластих транзиција (Tg):

• Tg 170°C: Погодно за континуиране средње и високе температуре, као што су аутомобилска електроника и индустријски контролери.
  
• Tg 180°C: Боља термичка стабилност, често се користи у опреми за базне станице, серверима и електроници за високопоуздане коришћење.
  
• Tg 200°C: Висока отпорност на топлоту, обично са бољом термичком проводљивошћу, погодно за аерокосмичку електронику, висококвалитетну индустријску опрему и подлоге за осветљење са LED диодама високе снаге.
  
• Tg 260°C+: Дизајнирано за екстремно високе температуре и електронску опрему са високом густином снаге.
  
• Tg 300°C+: Najviši nivo otpornosti na toplotu kod komercijalno dostupnih materijala trenutno dostupnih, koristi se u najzahtevnijim visokotemperaturnim scenarijima u vazduhoplovstvu, vojsci ili posebnoj industriji.

Analiza uobičajenih ključnih materijala za PCB ploče sa visokim Tg

Postizanje visokih Tg performansi zavisi od određenog sistema smole. Ispod su navedene nekoliko glavnih vrsta materijala i njihove karakteristike:

1. Poliimid (PI):

• Tg vrednost: ≥ 250°C (veoma visoka)
  
• Karakteristike: Izvrsna otpornost na toplotu, izvrsna otpornost na hemijsku koroziju, dobra mehanička svojstva, mali izlaz isparljivih materija na visokim temperaturama, opcionalna fleksibilnost.
  
• Tipične primene: vazduhoplovstvo, vojna elektronika, visokotemperaturni industrijski senzori/kontroleri, fleksibilni kola.

2. BT epoksna smola:

• Tg vrednost: 180°C – 220°C
  
• Karakteristike: Izvrsna otpornost na toplotu, relativno nizak dielektrični koeficijent i gubici, niska apsorpcija vlage, dobra obradivost. Ravnoteža performansi i cene na putu unapređenja FR-4.
  
• Типична примена: опрема за комуникацију, матичне плоче сервера, штампане плоче са високом брзином преноса података, електроника високе класе за потрошаче.

3. Полифенилен оксид (PPO):

• Tg вредност: 175°C – 220°C
  
• Карактеристике: Веома ниска апсорпција влаге, веома низак диелектрични коефицијент и губици, изузетна димензионална стабилност, добра отпорност на хидролизу.
  
• Типична примена: Штампане плоче високе фреквенције (као што су 5G антене, радари), аеросвемска електроника, комуникационе подножја високе брзине.

4. Полимер са течним кристалом (LCP):

• Tg вредност: ≥ 280°C (врло висока)
  
• Карактеристике: Скоро нулта апсорпција воде, ултра низак и стабилан диелектрични коефицијент и губици, изузетна хемијска отпорност, стабилна механичка својства на високим температурама, може се израдити у облику веома танких флексибилних плоча.
  
• Типична примена: Конектори високе фреквенције/високе брзине, 5G/6G, аутомобилски радари, сензори у тешким условима.

5. Политетрафлуороетилен (PTFE) - често се назива "Teflon":

• Tg vrednost: ≥ 250°C
  
• Karakteristike: Ultra nizak dielektrični koeficijent i gubici, izuzetna hemijska inertnost, odlične performanse na visokim frekvencijama. Međutim, čisti PTFE ima lošu obradivost, visoku cenu, relativno visok CTE i anizotropiju, kao i teškoće u bušenju.
  
• Tipične primene: Sklopovi za mikrotalasne signale visoke klase, radarski sistemi, satelitske komunikacije, oprema za testiranje na visokim frekvencijama.

6. PTFE sa keramičkim punilom:

• Tg vrednost: ≥ 250°C
  
• Karakteristike: Keramička punila se dodaju u čisti PTFE. Značajno poboljšana stabilnost, povećana termalna provodljivost, poboljšana mehanička čvrstoća i tvrdoća, lakša obrada. Električne performanse su nešto lošije u odnosu na čisti PTFE, ali i dalje vrlo dobre.
  
• Tipične primene: Pojačala snage na visokoj frekvenciji/mikrotalasna pojačala, antene baznih stanica, oprema za visoke temperature i visoke frekvencije koja zahteva dobro odvođenje toplote.

7. Smola na bazi ugljovodonika sa keramičkim punilom:

• Tg vrednost: ≥ 200°C
  
• Karakteristike: Sastoji se od hidrokarbonske smole i keramičkog punjenja. Ima nizak dielektrični koeficijent, nizak gubitak, dobru termalnu stabilnost, izuzetnu dimenzionalnu stabilnost i obradivost, a cena je obično niža u odnosu na materijale na bazi PTFE-a.
  
• Tipične primene: Ploče visokofrekventnih digitalnih kola, ploče visokofrekventnih RF kola, mikrotalasna oprema, automobilski radar.

Зашто бирати ПЦБали као стратешки партнер за високо ТГ ПЦБ-е?

Производња високог Тг ПЦБ-а није једноставна продужење обичне производње ФР-4. Од избора материјала, контроле процеса ламинације, прецизности бушења до завршне обраде површине и електричног тестирања, свака веза је поставила скоро захтевне захтеве за управљање температуром и прецизност процеса. Мале одступања могу довести до деламинације, експлозије плоче или до непослушности. ПЦБали је свестан тога. Са 16 година дубоког акумулирања у области специјалних ПЦБ-а, посвећени смо да постанемо солидан и поуздани "партнер за топлотну управљање" иза ваших апликација високих температура.

ПЦБали вам пружа не само плоче са електричним колама, већ и комплетан спектар решења за заштиту под изазовима високих температура:

1. Us služba tačnog izbora:

Наш тим инжињера ће Вам препоручити најефикаснија материјална решења која имају највиши степен усклађености у односу на Ваше специфичне услове примене, како би се избегло претерано пројектовање или недовољна перформанса.

2. Прецизно управљање процесом:

Опрема је састављена од потпуно аутоматске пресе са више степени контроле температуре и онлајн системом за надзор, а уз посебну процесну базу података, обезбеђује да сваки слој ламинирања достигне најбоље стање напредне везе и омогући производњу без недостатака.

3. Топлотни менаџмент кроз цео процес:

Од складиштења сировина, температурног праћења кључних процеса, до симулационих тестова у екстремним условима (TMA, T288 итд.), изграђен је комплетан систем гаранције топлотне поузданости.

4. Флексибилне производне услуге

Подршка од једног примерка узорка до масовне производње у милионима комада, пружајући техничку подршку од оптимизације за израду до масовне производње и омогућавајући безпрекоран прелаз.

5. Заједничка подршка иновацијама

Отворени лабораторије за материјале и поузданост, деле ресурсе за тестирање и заједнички решавају екстремне проблеме управљања топлотом као што су 800V електромобили и сателитска електроника.

6. Прозрачно испоручивање вредности

Кроз масовну набавку и контролу приноса, на основу транспарентности трошкова, обезбеђује се трајна вредност производа која премашује ценовна очекивања.

Избор ПЦБалли значи избор ПЦБ партнера који има дубоко разумевање и екстремну контролу "топлоте". Обећавамо да ћемо користити најсавременију технологију, строге стандарде и искрену сарадњу како бисмо осигурали да ваш електронски систем високих температура остане робустан као и раније у тешким окружењима.

Започните дизајнирање без брига о високим температурама већ сада!
Добродошли да контактирате ПЦБалли професионални тим да добијете високе Тг ПЦБ техничке консултације и решења за вашу апликацију.