Hög TG PCB

Vad är en high Tg PCB?

I världen av kretskort (PCB) är glasövergångstemperaturen (Tg) ett viktigt mått på substratmaterialens värmetålighet. Den anger den kritiska temperaturpunkten där materialet förändras från ett hårt, glasaktigt tillstånd till ett mjukare, gummilikt tillstånd. Med enkla ord, när den omgivande temperaturen är under Tg förblir materialet styvt; när temperaturen överskrider Tg börjar materialet mjukna och den mekaniska styrkan samt den dimensionella stabiliteten sjunker markant.

Hög Tg PCB är tryckkretskort tillverkade av material med höga glasövergångstemperaturer (Tg). Dessa material är utformade för att klara arbetsmiljöer med höga temperaturer som vanliga PCB-material (såsom standard FR-4, som vanligtvis har en Tg på cirka 130-140°C) inte tål. Även under svåra termiska belastningar kan hög Tg PCB behålla sin strukturella integritet, dimensionella precision och stabila elektriska egenskaper, vilket säkerställer att elektroniska apparater kan fungera tillförlitligt vid höga temperaturer.

Kerneprestandafördelar hos hög Tg PCB

Anledningen till att hög Tg-material kan hantera högtemperaturutmaningar beror på deras serie av utmärkta prestandaegenskaper:

1. Utmärkt termisk stabilitet:

• "Stålbens" vid höga temperaturer: Hög Tg PCB kan fortfarande upprätthålla god mekanisk styrka och hårdhet vid temperaturer mycket högre än vanliga material. Det innebär att kretskortet inte lätt förlorar sin form, deformeras eller delamineras, vilket effektivt förhindrar att komponenter lossnar och lötjunktioner misslyckas.
  
• Prestanda minskar inte: Dess elektriska egenskaper kan förbli stabila även i högtemperaturmiljöer och kommer inte att försämras markant på grund av temperaturhöjningar.

2. Låg termisk expansionskoefficient (CTE):

• "Synchron andning" minskar spänningar: Alla material expanderar när de värms och drar sig samman när de kyls. Koppartrådarna och de lödda komponenterna på PCB:n har också sina egna expansionskoefficienter. Om expansionskoefficienten för PCB-substratet är för olika kopparns och komponenternas expansionskoefficienter, genereras stora termiska spänningar när temperaturen ändras kraftigt under enhetens start, stopp och lödprocess.
  
• High Tg-lösning: High Tg-materialer har vanligtvis en lägre CTE som bättre matchar koppar och komponenter. Detta är som att låta PCB-substratet och koppartråden/komponenterna "andas i takt" när temperaturen förändras, vilket kraftigt minskar risken för soldnbristning i leder, bristning i kopparfolie eller skador i genomborrade hål orsakade av ojämn värmeexpansion och kontraktion, och förbättrar produkten långsiktiga tillförlitlighet avsevärt.

3. Utmärkt dimensionell stabilitet:

• Den låga CTE:n och dess egna höga styvhet fungerar tillsammans så att böjning och krympning av High-Tg PCB:er blir mycket lägre än hos vanliga PCB:er under tillverkningsprocessen och i användningsmiljöer med flera högtemperaturpressningar och svetsningar. Detta är avgörande för att upprätthålla precisionen hos flerskiktiga plattor med många lager och komplexa strukturer, vilket direkt påverkar monteringsutbytet och slutprodukten prestanda.

4. Bättre högfrekvent elektrisk prestanda:

• Många hög-Tg-material (såsom vissa modifierade epoxiharts, PPE, PTFE m.fl.) har lägre dielektricitetskonstanter och förlusttangenter.
  
• "Motorväg" för signalöverföring: Låg Dk innebär snabbare signalpropagation; låg Df innebär mindre energiförlust under signalöverföringen. Kombinationen av dessa två faktorer gör att hög Tg PCB bättre kan säkerställa signaintegritet och kvalitet i högfrekventa och höghastighetsapplikationer, minska signaldistorsion och dämpning, och är särskilt lämplig för framskjutna områden såsom 5G, höghastighetsnätverk och radiofrekvens.

5. Förbättrad motståndskraft mot fukt och kemikalier:

• Hög Tg-material har generellt lägre fuktkapacitet, vilket innebär att mindre fukt absorberas i fuktiga miljöer.
  
• Förebygg problem innan de uppstår: Detta minskar inte bara risken för avskalning orsakad av fuktabsorption och expansion, utan också möjligheten till degradering av elektrisk isolering och jonmigration i en fuktig miljö, samt förbättrar produktens hållbarhet i svåra miljöer.

Kärnvarde från hög Tg PCB

Fördelarna ovan översätts direkt till betydande värden i praktiska tillämpningar:

1. Pålitlighetshopp:

Stabilt arbete vid höga temperaturer (t.ex. i bilars motorutrymme, inuti kraftfulla strömförsörjningar och kärrområden i industrimaskiner), minskar värmeförorsakade fel markant, förlänger utrustningens livslängd och systemets totala pålitlighet avsevärt.

2. Förbättrad signalfidelitet:

Utmärkande elektriska högfrekvensprestanda är grunden för höghastighetsdigitala kretsar och RF-tillämpningar, vilket säkerställer tydlig och exakt överföring av kritiska signaler.

3. Utökad användningsgräns:

Att bryta temperaturens gräns för traditionella PCB-kort, vilket gör att elektroniska apparater kan fungera tillförlitligt i mer krävande högtemperatur-miljöer och öppnar upp för nya användningsområden.

4. Tillverkningsutbyte och precisionssäkerställande:

Utmärkt dimensionell stabilitet är en förutsättning för tillverkning av högdenitet-interconnects (HDI) och komplexa flerskiktade kort, vilket förbättrar produktionshastighet och produktkonsekvens.

5. Långsiktig hållbarhet:

Kombinerat med hög temperaturmotstånd, fuktmotstånd och kemikaliemotstånd erbjuds en längre skyddstid för elektroniska apparater och minskade underhållskostnader.

Guide till Tg-temperaturklassificering av PCB-material

Baserat på värmetålighet indelas PCB-substrat vanligtvis i olika klasser enligt Tg-värden för att möta varierande behov:

1. Vanlig Tg: Tg ≥ 135°C

• Exempel på representativa material: Standard FR-4 epoxiharts.
  
• Tillämpliga scenarier: De flesta konsumentelektronik, kontorsutrustning och andra konventionella temperaturmiljöer.

2. Medium Tg: Tg ≥ 150°C

• Prestandaegenskaper: Bättre värmetålighet än standard FR-4.
  
• Tillämpliga scenarier: Applikationer med något högre krav på termisk prestanda, såsom vissa industriella styrsystem, mellanklasskommunikationsutrustning etc.

3. Hög Tg:

• Tg 170°C: Lämplig för kontinuerliga medelhöga och höga temperaturmiljöer, såsom bil-elektronik och industriella styrsystem.
  
• Tg 180°C: Bättre termisk stabilitet, vanligt i kommunikationsbasstationer, servrar och högre kvalitet konsumentelektronik.
  
• Tg 200°C: Hög värmetålighet, ofta med bättre värmeledningsförmåga, lämplig för luftfartselektronik, högklassig industriell utrustning och högeffekt LED-belysningsunderlag.
  
• Tg 260°C+: Designad för extrema högtemperaturmiljöer och högeffektelektronik.
  
• Tg 300°C+: Den högsta värmetålighetsnivån för kommersiella material som finns tillgängliga idag, används i de mest krävande högtemperaturscenarierna inom luftfart, militär och specialindustri.

Analys av vanliga nyckelmaterial för hög Tg PCB

Realiseringen av hög Tg-prestanda beror på ett specifikt härdningssystem. Följande är flera etablerade materialtyper och deras egenskaper:

1. Polyimid (PI):

• Tg-värde: ≥ 250°C (mycket högt)
  
• Egenskaper: Utmärkt värmetålighet, utmärkt korrosionsmotstånd, god mekanisk prestanda, låg avgivning av volatila ämnen vid höga temperaturer samt valfri flexibilitet.
  
• Typiska användningsområden: luftfart, militärelektronik, högtemperatursensorer/styrda, flexibla kretsar.

2. BT-epoxyharts:

• Tg-värde: 180°C – 220°C
  
• Egenskaper: Utmärkt värmemotstånd, relativt låg dielektricitetskonstant och låg dielektrisk förlust, låg vattenupptagning, god bearbetbarhet. Balanserad prestanda och kostnad inom FR-4 uppgraderingsvägen.
  
• Typiska användningsområden: kommunikationsutrustning, servermoderkort, höghastighets digitala kretskort, högkvalitativ konsumentelektronik.

3. Polyfenylenoxid (PPO):

• Tg-värde: 175°C – 220°C
  
• Egenskaper: Mycket låg fuktnivåabsorption, mycket låg dielektricitetskonstant och förlust, utmärkt dimensionsstabilitet, god hydrolysbeständighet.
  
• Typiska användningsområden: Högfrekventa RF-kretskort (t.ex. 5G-antenner, radarer), aerosektronik, höghastighets kommunikationsryggar.

4. Flytande kristallpolymer (LCP):

• Tg-värde: ≥ 280°C (mycket hög)
  
• Egenskaper: Nästan ingen vattenupptagning, ultralåg och stabil dielektricitetskonstant och förlust, utmärkt kemikaliemotstånd, stabila mekaniska egenskaper vid höga temperaturer, kan tillverkas till ultratunna flexibla plattor.
  
• Typiska applikationer: Högfrekventa/höghastighetskontakter, 5G/6G, bilradar, sensorer i hårda miljöer.

5. Polytetrafluoroetylen (PTFE) - kallas ofta "Teflon":

• Tg-värde: ≥ 250°C
  
• Egenskaper: Ultra-låg dielektricitetskonstant och förlust, utmärkt kemiskt motståndskraftig, utmärkt högfrekvensprestanda. Dock har ren PTFE dålig bearbetbarhet, hög kostnad, relativt hög CTE och anisotropi samt svår borrning.
  
• Typiska applikationer: Högpresterande mikrovågskretsar, radarsystem, satellitkommunikation, högfrekvent testutrustning.

6. Keramikfylld PTFE:

• Tg-värde: ≥ 250°C
  
• Egenskaper: Tillsats av keramikfyllnad till ren PTFE. Betydligt förbättrad stabilitet, förbättrad värmeledning, förbättrad mekanisk styrka och hårdhet samt enklare bearbetning. Den elektriska prestandan är något sämre än ren PTFE men fortfarande mycket god.
  
• Typiska applikationer: Högfrekventa RF/mikrovågsförstärkare, basstationenantenner, högtemperatur- och högfrekvensutrustning som kräver god värmeavledning.

7. Kolvätebaserad keramisk resin:

• Tg-värde: ≥ 200°C
  
• Egenskaper: Sammansatt av kolväteresin och keramisk fyllnadsmedel. Erbjuder låg dielektricitetskonstant, låga förluster, god termisk stabilitet, utmärkt dimensionell stabilitet och bearbetbarhet samt är kostnaden vanligtvis lägre än material baserat på PTFE.
  
• Typiska applikationer: Hög hastighet digitala kretskort, högfrekventa RF-kretskort, mikrovågsutrustning, automotiv radar.

Varför välja LHD som din strategiska partner för hög Tg PCB?

Tillverkningen av hög Tg PCB är inte en enkel förlängning av vanlig FR-4-produktion. Från materialval, laminering av processkontroll, borrningsprecision till slutlig ytbehandling och elektrisk testning har varje länk ställt nästan krävande krav på temperaturhantering och processprecision. Lätta avvikelser kan leda till avskalning, plattaexplosion eller otillräcklig prestanda. LHD är väl medveten om detta. Med 16 års djupa erfarenheter inom special PCB är vi dedicerade att bli en fast och pålitlig "värmeledningspartner" bakom era högtemperaturapplikationer.

LHD erbjuder dig inte bara kretskort, utan också en fullständig lösning för skydd under högtemperaturpåfrestande situationer:

1. Exakta valtjänst:

Vår team av sakkunniga ingenjörer kommer att rekommendera de mest kostnadseffektiva materiallösningarna med högsta prestanda som bäst matchar era specifika användningsscenarier, för att undvika överdimensionering eller otillräcklig prestanda.

2. Exakt processkontroll:

Utrustad med en helt automatisk flerstegstemperaturreglerad press och ett onlinemonitoringssystem, samt ett exklusivt processdatabasstöd, säkerställer det att varje lager av laminering uppnår optimalt tillstånd för korslänkning och möjliggör produktion utan defekter.

3. Heltäckande värmebehandling genom hela processen:

Från lagring av råvaror till temperaturövervakning i nyckelprocesser, till simuleringstester i extrema miljöer (TMA, T288, etc.), byggs ett komplett system för värmeteknisk tillförlitlighetsgaranti upp.

4. Flexibla produktionslösningar

Stödjer alltifrån en provproduktion till miljontals enheter i massproduktion, erbjuder full teknisk handledning från DFM-optimering till massproduktion och säkerställer en sömlös övergång.

5. Gemensamt stöd för innovation

Öppna material- och pålitlighetslaboratorium, dela testresurser och tillsammans överkomma extrema termiska hanteringsproblem såsom 800V elfordon och satellitelektronik.

6. Transparent värteleverans

Genom storskalig inköp och avkastningskontroll erbjuds långsiktig produktvärde som överstiger prisförväntningar på grundval av kostnadstransparens.

Att välja LHD innebär att välja en PCB-partner som har en djup förståelse och extrem kontroll över "värme". Vi lovar att använda spetskompetens, stränga standarder och ärligt samarbete för att säkerställa att ditt högtemperatur elektroniksystem förblir lika robust även i hårda miljöer.

Starta din "högtemperatur-fria" design nu!
Välkommen att kontakta LHD:s professionella team för att få teknisk rådgivning och lösningar för high Tg PCB till din applikation.