Yüksek TG'li PCB

Yüksek Tg PCB nedir?

Baskılı devre kartları (PCB) dünyasında, cam geçiş sıcaklığı (Tg), substrat malzemesinin ısı direncinin önemli bir ölçüsüdür. Bu, malzemenin sert, camsı bir fiziksel durumdan daha yumuşak, lastiksel bir duruma geçtiği kritik sıcaklık noktasını işaretler. Basitçe söylemek gerekirse, ortam sıcaklığı Tg'nin altında olduğunda malzeme sert kalır; sıcaklık Tg'yi aştığında, malzeme yumuşamaya başlar ve mekanik dayanıklılık ile boyutsal stabilite önemli ölçüde düşer.

Yüksek Tg PCB'ler, yüksek cam geçiş sıcaklıklarına (Tg) sahip malzemelerden üretilen baskı devre kartlarıdır. Bu malzemeler, normal PCB malzemelerinin (genellikle 130-140°C civarında bir Tg değerine sahip standart FR-4 gibi) dayanamayacağı yüksek sıcaklıkta çalışma ortamlarına karşı dayanıklı olacak şekilde tasarlanmıştır. Aşırı termal yükler altında bile yüksek Tg PCB'ler yapısal bütünlüklerini, boyutsal doğruluklarını ve stabil elektriksel performanslarını koruyabilirler, bu da elektronik cihazların yüksek sıcaklıklarda güvenilir bir şekilde çalışmasını sağlar.

Yüksek Tg PCB'nin temel performans avantajları

Yüksek Tg malzemelerin yüksek sıcaklık zorluklarına karşı koyabilmesinin nedeni, sahip oldukları dizi üstün performans özellikleridir:

1. Mükemmel termal stabilite:

• yüksek sıcaklıklarda "çelik kemikler": Yüksek Tg PCB'ler, devre kartının çarpılmaya, deformasyona veya tabakalarının ayrılmasına karşı dirençli olup bileşenlerin düşmesini ve lehim birleşimlerinin bozulmasını etkili bir şekilde önleyerek, sıradan malzemelerden çok daha yüksek sıcaklıklarda bile iyi mekanik dayanım ve sertlik özelliğini koruyabilir.
  
• Performans "azalmaz": Elektriksel performansı yüksek sıcaklık ortamlarında bile stabil kalabilir ve sıcaklık artışı nedeniyle önemli ölçüde kötüleşmez.

2. Düşük termal genleşme katsayısı (CTE):

• "Senkronize nefes almak" gerilimi azaltır: Tüm malzemeler ısıtıldığında genleşir ve soğutulduğunda büzüşür. PCB üzerindeki bakır teller ve lehimlenen bileşenlerin de kendi genleşme katsayıları vardır. PCB taban malzemesinin genleşme katsayısı bakır ve bileşenlerinkinden çok farklıysa, cihazın açılış-kapanış ve lehimleme süreçlerinde sıcaklık değişimi sırasında büyük termal gerilimler oluşur.
  
• Yüksek Tg çözümü: Yüksek Tg malzemeler genellikle daha düşük CTE'ye sahiptir ve bu, bakır ve komponentlerle daha iyi eşleşir. Bu da PCB substratı ile bakır tel/komponentlerin sıcaklık değişiklikleri sırasında "senkronize şekilde nefes almasına" izin vererek, sıcaklıkla birlikte gerçekleşen genleşme ve büzülmenin farklı olmasından kaynaklanan lehim kırıkları, bakır folyo kopması veya geçit deliği hasarları riskini büyük ölçüde azaltır ve ürünün uzun vadeli güvenilirliğini önemli ölçüde artırır.

3. Üstün boyutsal stabilite:

• Düşük CTE ve malzemenin kendi yüksek sertliği, yüksek Tg'li PCB'lerin üretim süreci ve çoklu yüksek sıcaklıkta presleme ve kaynak yapma süreçlerinde, ordinatör PCB'lere göre çok daha düşük eğilme ve büzülme oranına sahip olmasını sağlar. Bu durum, özellikle çok katmanlı ve karmaşık yapıdaki çok katmanlı PCB'lerde hassasiyetin korunması açısından çok önemlidir ve bu da montaj verimliliğini ve nihai ürünün performansını doğrudan etkiler.

4. Daha iyi yüksek frekans elektriksel performansı:

• Yüksek Tg'ye sahip birçok malzeme (modifiye edilmiş bazı epoksi reçineleri, PPE, PTFE vb.) daha düşük dielektrik sabitine ve kayıp tanjantına sahiptir.
  
• "Otoyol" sinyal iletimi için: Düşük Dk, daha hızlı sinyal iletimi anlamına gelir; düşük Df ise sinyal iletimi sırasında daha az enerji kaybı anlamına gelir. Bu ikisinin birleşimi, yüksek Tg'li PCB'nin yüksek frekans ve yüksek hızlı uygulamalarda sinyal bütünlüğünü ve kalitesini daha iyi sağlayabilmesini, sinyal bozulmasını ve zayıflamayı azaltmasını ve özellikle 5G, yüksek hızlı ağlar ve radyo frekansı gibi ileri teknoloji alanlara uygun olmasını sağlar.

5. Artırılmış nem ve kimyasal direnç:

• Yüksek Tg malzemeler genellikle daha düşük nem emme özelliğine sahiptir; bu da nemli bir ortamda daha az nem emdiği anlamına gelir.
  
• Sorunleri oluşmadan önce önleyin: Bu sadece nemin emilmesi ve genişlemesi nedeniyle delaminasyon riskini azaltmakla kalmaz, aynı zamanda nemli bir ortamda elektrik yalıtımının bozulma ihtimalini ve iyon göçünü de azaltır ve ürünün sert şartlarda dayanıklılığını artırır.

Yüksek Tg PCB Tarafından Sağlanan Temel Değer

Yukarıda belirtilen performans avantajları, uygulamalarda doğrudan önemli değerlere dönüşür:

1. Güvenilirlikte Sıçrama:

Yüksek sıcaklıkta (örneğin otomobil motor bölmesi, yüksek güçlü güç kaynağı içi ve endüstriyel ekipmanların kritik bölgeleri) stabil çalışma, ısı kaynaklı arızaları büyük ölçüde azaltır, ekipmanın ömrünü ve sistemin genel güvenilirliğini önemli ölçüde uzatır.

2. Sinyal Sadeliğinde İyileşme:

Yüksek frekanslı elektriksel performans, yüksek hızlı dijital devreler ve RF uygulamaları için temel taştır, kritik sinyallerin net ve doğru iletilmesini sağlar.

3. Uygulama Sınırlarının Genişletilmesi:

Geleneksel PCB'lerin sıcaklık sınırını aşarak elektronik cihazların daha sert yüksek sıcaklık ortamlarında güvenilir şekilde çalışmasına olanak tanır ve yeni uygulama alanları açar.

4. İmalat verimi ve hassasiyet garantisi:

Yüksek boyutsal stabilite, yüksek yoğunluklu bağlantıların (HDI) ve karmaşık çok katmanlı kartların üretiminde önkoşuldur; üretim verimliliğini ve ürün tutarlılığını artırır.

5. Uzun vadeli dayanıklılık:

Yüksek sıcaklık direnci, nem direnci ve kimyasal direnci ile birleşerek elektronik cihazlara daha uzun süreli koruma sağlar ve bakım maliyetlerini azaltır.

PCB malzemelerinin Tg sıcaklık sınıfı sınıflandırmasına giriş

Isıya dayanıklılığa göre PCB taban malzemeleri genellikle Tg değerlerine göre farklı sınıflara ayrılır ve çeşitli ihtiyaçlara cevap verir:

1. Normal Tg: Tg ≥ 135°C

• Temsilci malzemeler: Standart FR-4 epoksi reçinesi.
  
• Uygulanabilir senaryolar: Çoğu tüketici elektroniği, ofis ekipmanları ve diğer geleneksel sıcaklık ortamları.

2. Orta Tg: Tg ≥ 150°C

• Performans özellikleri: Standart FR-4'e göre daha iyi ısı direnci.
  
• Uygulanabilir senaryolar: Termal performans için biraz daha yüksek gereksinimleri olan uygulamalar, örneğin bazı endüstriyel kontrol ekipmanları, orta seviye iletişim ekipmanları vb.

3. Yüksek Tg:

• Tg 170°C: Otomotiv elektroniği ve endüstriyel kontrol cihazları gibi sürekli orta ve yüksek sıcaklık ortamlarında kullanım için uygundur.
  
• Tg 180°C: Daha iyi termal stabiliteye sahiptir, genellikle iletişim baz istasyonu ekipmanlarında, sunucularda ve yüksek güvenilirlikli tüketici elektroniklerinde kullanılır.
  
• Tg 200°C: Yüksek ısı direncine sahiptir, genellikle daha iyi termal iletkenlik ile birlikte gelir, havacılık elektroniği, yüksek seviye endüstriyel ekipmanlar ve yüksek güçlü LED aydınlatma altlıklarında kullanılır.
  
• Tg 260°C+: Aşırı yüksek sıcaklık ortamları ve yüksek güç yoğunluklu elektronik cihazlar için tasarlanmıştır.
  
• Tg 300°C+: Şu anda ticari olarak mevcut olan en yüksek ısı direnç seviyesidir; havacılık, savunma veya özel endüstriyel yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılır.

Yüksek Tg PCB için Yaygın Anahtar Malzemelerin Analizi

Yüksek Tg performansının gerçekleştirilmesi, özel bir reçine sistemiyle mümkündür. İşte yaygın birkaç ana malzeme türü ve özellikleri:

1. Poliimid (PI):

• Tg değeri: ≥ 250°C (çok yüksek)
  
• Özellikler: Mükemmel sıcaklık direnci, mükemmel kimyasal korozyon direnci, iyi mekanik özellikleri, yüksek sıcaklıklarda uçucu madde salınımı düşük, esneklik seçeneği.
  
• Tipik uygulamalar: havacılık, askeri elektronik, yüksek sıcaklık endüstriyel sensör/kontrolcüler, esnek devreler.

2. BT epoksi reçinesi:

• Tg değeri: 180°C – 220°C
  
• Özellikler: Mükemmel ısı direnci, nispeten düşük dielektrik sabiti ve kaybı, düşük nem emme, iyi işlenebilirlik. FR-4 yükseltme yolunda performans ve maliyet açısından dengeli.
  
• Tipik uygulamalar: iletişim ekipmanları, sunucu anakartları, yüksek hızda dijital devre kartları, yüksek uç tüketici elektroniği.

3. Polifenilen oksit (PPO):

• Tg değeri: 175°C – 220°C
  
• Özellikler: Çok düşük nem emme, çok düşük dielektrik sabiti ve kaybı, mükemmel boyutsal stabilite, iyi hidroliz direnci.
  
• Tipik uygulamalar: Yüksek frekanslı RF devre kartları (örneğin 5G antenleri, radarlar), havacılık elektroniği, yüksek hızlı iletişim arka yüz kartları.

4. Sıvı kristal polimer (LCP):

• Tg değeri: ≥ 280°C (çok yüksek)
  
• Özellikler: Neredeyse hiç su emmemesi, ultra düşük ve kararlı dielektrik sabiti ve kaybı, mükemmel kimyasal direnç, yüksek sıcaklıklarda stabil mekanik özellikleri, ultra ince esnek kartlar olarak üretilebilmesi.
  
• Tipik uygulamalar: Yüksek frekanslı/yüksek hızlı konnektörler, 5G/6G, otomotiv radarları, zorlu ortam sensörleri.

5. Politetrafloroetilen (PTFE) - sıklıkla "Teflon" olarak adlandırılır:

• Tg değeri: ≥ 250°C
  
• Özellikler: Ultra düşük dielektrik sabiti ve kayıp, mükemmel kimyasal inertlik, mükemmel yüksek frekans performansı. Ancak, saf PTFE'nin işlenebilirliği zayıftır, maliyeti yüksektir, CTE ve anizotropisi göreceli olarak yüksektir ve delinmesi zordur.
  
• Tipik uygulamalar: Yüksek seviyeli mikrodalga devreleri, radar sistemleri, uydu haberleşme sistemleri, yüksek frekanslı test ekipmanları.

6. Seramik dolgulu PTFE:

• Tg değeri: ≥ 250°C
  
• Özellikler: Saf PTFE'ye seramik dolgu maddeleri eklenir. Stabilite önemli ölçüde artar, termal iletkenlik artar, mekanik dayanıklılık ve sertlik artar, işlenmesi kolaylaşır. Elektriksel performans saf PTFE'ye göre biraz daha düşüktür ancak hâlâ çok iyidir.
  
• Tipik uygulamalar: Yüksek frekanslı RF/mikrodalga güç yükselteçleri, baz istasyonu antenleri, iyi ısı dissipation gerektiren yüksek sıcaklık ve yüksek frekanslı ekipmanlar.

7. Hidrokarbon bazlı seramik reçine:

• Tg değeri: ≥ 200°C
  
• Özellikler: Hidrokarbon reçinesi ve seramik dolgu maddesi ile bileşenlerden oluşur. Düşük dielektrik sabiti, düşük kayıp, iyi termal stabilite, mükemmel boyutsal stabilite ve işlenebilirlik sağlar ve maliyet genellikle PTFE bazlı malzemelerden daha düşüktür.
  
• Tipik uygulamalar: Yüksek hızlı dijital devre kartları, yüksek frekanslı RF devre kartları, mikrodalga cihazları, otomotiv radarları.

Yüksek Tg PCB'ler için stratejik ortağınız olarak LHD'yi neden seçmelisiniz?

Yüksek Tg PCB'lerin üretimi, sıradan FR-4 üretim sürecinin basit bir uzantısı değildir. Malzeme seçimi, lamine etme sürecinin kontrolü, delme hassasiyeti ve son olarak yüzey işlemeniz ve elektrik testi gibi her aşamada, sıcaklık yönetimi ve süreç hassasiyeti konularında neredeyse yüksek talepler ortaya konmaktadır. Küçük sapmalar, katman ayrılması, kart patlaması ya da performansın standartların altında kalmasına yol açabilir. LHD bu durunun bilincindedir. Özel PCB alanında 16 yıllık derin birikime sahip olarak, yüksek sıcaklık uygulamalarınızın arkasında sağlam ve güvenilir bir "ısıl yönetim ortağı" olmayı amaçlıyoruz.

LHD sadece size devre kartları sağlar, aynı zamanda yüksek sıcaklık zorlukları altında tam bir koruma çözümü sunar:

1. Doğru malzeme seçimi hizmeti:

Uzman mühendislerimiz, aşırı tasarım ya da yetersiz performanstan kaçınmak için belirli uygulama senaryolarınıza göre en yüksek performans uyum derecesine sahip, en maliyet etkin malzeme çözümlerini önerecektir.

2. Hassas proses kontrolü:

Tam otomatik çok aşamalı sıcaklık kontrolüne sahip pres ve çevrimiçi izleme sistemi ile özel bir proses veri tabanına dayanarak her bir lamine katmanın en iyi çapraz bağlanma durumuna ulaşmasını sağlar ve sıfır hata üretimini gerçekleştirir.

3. Tüm süreçte termal yönetim:

Ham madde depolamasından anahtar süreçlerin sıcaklık izlenebilirliğine kadar, ekstrem çevre simülasyon testlerine (TMA, T288 vb.) kadar tam bir termal güvenilirlik garanti sistemi oluşturulmuştur.

4. Esnek üretim hizmetleri

1 adet örnekten milyon seviyesine seri üretime destek, DFM optimizasyonundan seri üretime kadar tüm teknik eşliği sağlar ve sorunsuz entegrasyonu gerçekleştirir.

5. Ortak inovasyon desteği

Malzeme ve güvenilirlik laboratuvarlarını açın, test kaynaklarını paylaşın ve 800V elektrikli araçlar ve uydu elektroniği gibi aşırı termal yönetim problemlerini birlikte aşın.

6. Şeffaf değer teslimi

Büyük ölçekli satın alma ve verim kontrolü sayesinde maliyet şeffaflığı temelinde fiyat beklentilerini aşan uzun vadeli ürün değeri sunulmaktadır.

LHD'yi seçmek, "ısıtma" konusunda derin anlayışa ve aşırı kontrole sahip bir PCB ortağı seçmek demektir. İleri teknolojiyi, sert standartları ve samimi iş birliğini kullanarak, yüksek sıcaklıkta çalışan elektronik sisteminizin zorlu ortamlarda eskisi kadar dayanıklı kalmasını garanti altına aldığımızı taahhüt ediyoruz.

Şimdi "yüksek sıcaklık kaygısı olmayan" tasarımınıza başlayın!
Uygulamanız için yüksek Tg PCB teknik danışmanlığı ve çözümler almak üzere LHD profesyonel ekibine başvurmaktan çekinmeyin.