Šta je PCB s visokim Tg?
Šta je temperatura staklenog prijelaza (Tg)?
Temperatura staklenog prijelaza, nazvana Tg, je jedna od najvažnijih osobina plastika i epoksidnih materijala. Tg također pokazuje kvalitetu staklenog vlaknastog platna koje se koristi u tiskanim pločicama. U usporedbi s HDT-om (temperatura savijanja pri zagrijavanju), Tg nije uvijek važniji, ali je ipak bitan. Tg je temperatura pri kojoj duge lance u plastici dobivaju veće segmentalno gibanje.
Kada je radna temperatura ispod Tg, kretanje segmenata polimernog lanca je uglavnom zamrznuto. Materijal pokazuje više urednu, mrežastu strukturu. Plastika je tvrda, kruta i krhka. Ovo nazivamo stakleno stanje.
Kada je radna temperatura iznad Tg, segmenti lanaca polimera imaju više slobode kretanja. Plastika postaje mekša i fleksibilnija. To nazivamo gumena stanja.
Tg je temperatura pri kojoj materijal prelazi iz staklastog u gumenasto stanje. Tg je najviša temperatura pri kojoj podloga zadržava svoju krutost. Drugim riječima, obični materijali za PCB podloge omekšavaju, deformišu se ili čak tope na visokim temperaturama. Istovremeno im brzo opadaju mehanička i električna svojstva.
Tg i ponašanje odbora
Tg označava jasnu promjenu u ponašanju materijala. Ispod Tg, ploča zadržava svoj oblik i mehaničku čvrstoću. Iznad Tg, ploča se može saviti i izgubiti krutost. Ova promjena također utječe na električna svojstva. Gubici dielektrika i ponašanje izolacije mogu se promijeniti kako se temperatura kreće preko Tg. Za dizajn i montažu PCB-a, poznavanje Tg pomaže pri odabiru odgovarajućih materijala i procesa.
Kategorije vrijednosti Tg za PCB
Proizvođači dijele materijale ploča prema rasponima Tg. Tipične grupe su:
- Normalne Tg ploče: 130 °C do 150 °C. Primjeri: KB-6164F (140 °C), S1141 (140 °C).
- Srednje Tg ploče: 150 °C do 170 °C. Primjeri: KB-6165F (150 °C), S1141-150 (150 °C).
- Štampane ploče s visokim Tg (viša cijena): 170 °C i više. Primjeri: KB-6167F (170 °C), S1170 (170 °C).
Napomena: Za neke potrošačke i mrežne proizvode S1141 je bio uobičajen. U izvještajima o kontroli kvaliteta ponekad se prikazuje Tg = 130 °C, a ponekad Tg = 135 °C. To pokazuje da testiranje i nazivanje razreda mogu varirati.
Prednosti materijala s visokim Tg
- Veća stabilnostAko povećate Tg podloge PCB-a, također povećavate toplotnu otpornost, hemijsku otpornost, otpornost na vlagu i stabilnost uređaja.
- Bolje za dizajne visoke gustoće snageAko uređaj ima visoku gustoću snage i veliko stvaranje toplote, PCB-ovi s visokim Tg-om pomažu u upravljanju toplotom.
- Fleksibilnost dizajnaUz bolja toplinska svojstva možete promijeniti veličinu ili raspored ploče i i dalje zadovoljiti potrebe za napajanjem i hlađenjem. Možete koristiti veće PCB-ove ili različite slojeve kada se toplina bolje upravlja.
- Idealno za višeslojne i HDI tiskane pločice: Višeslojne i HDI ploče su guste. One stvaraju veće nivoe toplote. Ploče s visokim Tg-om pomažu u održavanju proizvodnje i pouzdanosti proizvoda.
- Poboljšana otpornostKada se Tg poveća, otpornost ploče na toplinu, vlagu i hemikalije se poboljšava. Stabilnost u radu se također poboljšava.
- Bolje za lemljenje bez olovaBezosvredni reflow koristi više temperature. Štampane ploče s višom Tg temperaturom bolje podnose ove temperature.
- Manja deformacija u SMT-uMaterijali s visokim Tg-om manje se deformišu tokom SMT-a i reflow-a. Oni pružaju veću pouzdanost. Rizici poput pucanja na visokim temperaturama i stvaranja mjehurića na bakru manji su nego kod ploča s niskim Tg. Pri uobičajenom rukovanju materijal s visokim Tg može djelovati krhkije, ali na visokim temperaturama njegova čvrstoća i dimenzionalna stabilnost (ponašanje pri CTE) bolji su nego kod materijala s niskim Tg.
Performanse PCB-ova s visokim Tg
Sa brzim razvojem elektronike, materijali s visokim Tg-om se široko koriste u računarima, komunikacionim uređajima, preciznim instrumentima i testnoj opremi. Da bi se postigle naprednije funkcije i veći broj slojeva, PCB podloge moraju imati veću otpornost na toplotu kao osnovni zahtjev. Također, kod visokog gustog sklapanja poput SMT i tehnologija montaže čipova, te s trendovima ka tanjim pločama, manjim rupama i finijim rasporedom tragova, toplinska otpornost podloge postaje kritična.
Razlika između tipičnog FR-4 i visokotemperaturnog FR-4 očituje se na mnogo načina. Mehanička čvrstoća, adhezija, upijanje vode, dimenzionalna stabilnost i termičko ponašanje nakon upijanja vlage se razlikuju. Pod termičkim opterećenjem i termičkim širenjem, ploče s visokim Tg-om bolje zadržavaju oblik i funkciju. Zbog toga je potražnja za pločama s visokim Tg-om porasla. Njihova cijena je viša od cijene standardnih ploča.
Materijali s visokim Tg-om su popularni u LED rasvjeti. LED paketi odvajaju više topline nego obični dijelovi. FR-4 ploča s odgovarajućom strukturom može biti znatno jeftinija od ploče s metalnom jezgrom, a ipak zadovoljiti toplotne potrebe u nekim dizajnima.
Zašto koristiti FR-4 za izradu PCB-ova s visokim Tg?
Neke primjene zahtijevaju tiskane pločice koje rade na 200 °C ili više. Da bi pouzdano radile na takvim temperaturama, moramo koristiti materijale namijenjene visokim temperaturama. Jedan uobičajen izbor je FR-4. FR-4 ploče s visokim Tg-om mogu podnijeti znatno više temperatura staklenog prijelaza, a pritom pružaju korisna svojstva:
- Poboljšana kontrola impedanse.
- Bolje upravljanje toplinom.
- Manje upijanje vlage.
- Stabilna izvedba u usluzi.
FR-4 je epoksid ojačan staklenim vlaknima i otporan na plamen. Ima mnoge prednosti koje odgovaraju potrebama PCB-ova s visokim Tg:
- Otporan je na mnoge cikluse laminiranja i pogodan za složene procese proizvodnje tiskanih pločica.
- Podržava montažu bez olova.
- FR-4 tipova je mnogo. Postoje PTFE tipovi, PTFE ispunjeni keramikom i termoreaktivne hidrokarbonske baze. Birate prema potrebi.
FR-4 posebna svojstva
FR-4 nudi ključne prednosti za primjene s velikom potražnjom:
- Dobri električni performansiOvo održava kvalitetu signala pri visokim frekvencijama i visokim temperaturama.
- Može obraditi specijalno bušenje i pozlatene procesne rupe (PTH) za složene ploče.
- Pouzdanost PTH je dobraOvo smanjuje rizik od prekida veze pri visokim temperaturama.
- Trošak je niži nego kod mnogih vrhunskih materijala. dok je performansa dobra.
- Stabilni faktor rasipanja (Df) u poređenju sa nekim drugim materijalima. Ovo smanjuje gubitak signala.
- Dobra otpornost na hemikalije otporan na procesne hemikalije i izlaganje na terenu.
- Otpornost na udarce i vibracije, plus otpornost na plamenUčinite daske sigurnijim pri gruboj upotrebi.
- Odgovara PCB dizajnima koji zahtijevaju strogu kontrolu impedanse za visokobrzinske signale.
Područja primjene FR-4 PCB-ova s visokim Tg
Budući da FR-4 ploče s visokim Tg-om dobro podnose toplinu, koriste se u mnogim industrijama kojima je potrebno stabilno termičko ponašanje. Tipična područja uključuju:
- Računarstvo, pohrana i periferije.
- Potrošačka elektronika.
- Mreže i telekomunikacijski sistemi.
- Zrakoplovstvo i odbrana.
- Medicinski uređaji.
- Industrijska kontrola i instrumenti.
- Automobilski i transportni.
Kako odabrati pravi FR-4 materijal
Postoji mnogo varijanti FR-4. Odabir prave je ključan jer odabir materijala određuje konačnu stabilnost PCB-a i najbolje performanse. Prije odabira podloge provjerite ove faktore:
- Dielektrična konstanta: Utječe na brzinu signala i impedanciju.
- Tangens gubitka ili faktor disipacije: Utječe na gubitak signala.
- Toplinska provodljivost: Utječe na uklanjanje toplote.
- Temperatura staklenog prijelaza (Tg): Ovo je osnovni indikator koji postavlja gornju granicu toplote.
- Koeficijent toplinske ekspanzije (CTE): Utječe na dimenzionalnu stabilnost pri visokim temperaturama.
- Električna svojstva kao što su otpor izolacije i probni napon.
Kada vam je potreban PCB s visokim Tg?
Ako vaša ploča mora izdržati toplotna opterećenja koja dosežu otprilike Tg + 25 °C, tada vam je potreban materijal s visokim Tg. Ako proizvod radi na 130 °C ili više, ploče s visokim Tg povećavaju sigurnost i pouzdanost. Glavni pokretač je lemljenje bez olova. Procesi bez olova koriste više vršnih temperatura. Iz tog razloga mnogi proizvođači PCB-a sada koriste materijale s visokim Tg.
Tipične primjene visok-Tg PCB-ova
Ako proizvod ima veću gustoću snage i toplota utječe na hladnjak ili druge dijelove, visokotemperaturne ploče (high-Tg) su dobar izbor. Kako visokotemperaturne ploče postaju sve popularnije, vidjet ćete ih tamo gdje elektronika radi na višim temperaturama. PHILIFAST nudi PCB-ove otporne na visoke temperature kako bi zadovoljio mnoge industrijske potrebe i specifikacije kupaca uz kratke rokove isporuke. Primjeri primjena uključuju:
- Pristupne tačke i ruteri.
- RFID čitači i oznake.
- Inverteri za napajanje.
- Antena i RF ploče.
- Bežični repetitori i pojačivači.
- Usluge ugovorne proizvodnje (PCBA za klijente).
- PLC i kontrolne jedinice niske cijene.
- Razvojne ploče za ugrađene sisteme.
- Ugrađeni računarski sistemi.
- AC napajanje i moduli za napajanje.
PHILIFAST materijali visoke Tg
PHILIFAST skladišti i koristi nekoliko materijala s visokim Tg i srodnih materijala. Ispod su uobičajeni nazivi i vrste koje se koriste u industriji. Ovi nazivi su trgovački nazivi i kodovi razreda od dobavljača smola i laminata.
| Kategorija materijala | Specifični modeli/trgovački nazivi |
|---|---|
| High-Tg FR-4 (bez halogena) | Shengyi S1165, Kingboard HF-170 |
| Normal Tg FR-4 (bez halogena) | Shengyi S1155, KB-6165G |
| Visoki CTI tipovi | Shengyi S1600L, KB-6165GC, KB-6169GT |
| Ostale FR-4 klase s visokim Tg i trgovački nazivi | FR408, FR408HR, IS410, FR406, GETEK, PCL-370HR; S1000-2, IT180A, IT-150DA; N4000-13, N4000-13EP, N4000-13SI, N4000-13EP SI; Megtron4, Megtron6 (Panasonic); EM-827 (Taiguang); GA-170 (Hongren); NP-180 (Nanya); TU-752, TU-662 (Taiaoyao); TU-872; MCL-BE-67G(H); MCL-E-679(W); MCL-E-679F(J) (Hitachi) i srodne vrste kao što su IT180A, GETEK, PCL-370HR, serija N4000-13, S1000-2 i S1000-2M |
Ove liste obuhvataju mnoge komercijalne laminate i prepregove koji se koriste za ploče s visokim Tg i visokim performansama. Možete odabrati razred na osnovu podataka o ispitivanjima i prema potrebama vašeg procesa.
Ključne napomene o obradi i pouzdanosti
- Materijali s visokim Tg otporni su na reflow i višestruke cikluse laminacije. To pomaže pri izradi složenih višeslojnih konstrukcija.
- Viši Tg smanjuje vjerovatnoću delaminacije tokom termičkih ciklusa, ali i dalje morate kontrolisati varijable procesa poput pritiska, profila temperature i punjenja smolom.
- Upijanje vlage je važno. Čak i materijali s visokim Tg-om mogu upiti vlagu. Postupci sušenja i skladištenja i dalje su važni za pouzdanu montažu.
- CTE podudaranje je važno. Tabla CTE treba podudarati svojstva komponenti i laminata kako bi se smanjio stres na lemnim spojevima, posebno kod BGA i velikih čipova.
- Za HDI i rad s finom razmaknicom, odaberite materijale sa stabilnim dielektričnim svojstvima i niskim gubicima radi integriteta signala.
Sažetak
Tg je temperatura na kojoj plastika prelazi iz tvrdog i staklastog u mekano i gumenasto stanje. Visoko-Tg materijali za PCB zadržavaju strukturu i funkciju na višim temperaturama. Pomažu pri lemljenju bez olova, velikoj gustoći snage i zahtjevima za kompaktnim dizajnom poput višeslojnog i HDI. FR-4 ostaje uobičajen i isplativ izbor za ploče s visokim Tg-om. Morate odabrati razred materijala koji odgovara vašim električnim, toplotnim i mehaničkim potrebama. PHILIFAST nudi brojne opcije s visokim Tg-om kako bi zadovoljio različite industrijske zahtjeve.