Hvad er et høj-Tg PCB?
Hvad er glasovergangstemperatur (Tg)?
Glasovergangstemperatur, kaldet Tg, er en af de vigtigste egenskaber ved plast og epoxymaterialer. Tg viser også kvaliteten af den glasfiberdug, der bruges i printkort. Sammenlignet med HDT (Heat Deflection Temperature) er Tg ikke altid vigtigere, men den betyder stadig noget. Tg er den temperatur, hvor de lange kæder i en plast får større segmentbevægelse.
Når brugstemperaturen er under Tg, er bevægelsen af polymerkædesegmenter for det meste frosset. Materialet viser en mere ordnet, gitterlignende struktur. Plasten er hård, stiv og skør. Vi kalder dette for Glasagtig tilstand.
Når brugstemperaturen er over Tg, har polymerkædesegmenterne større frihed til at bevæge sig. Plasten bliver blødere og mere fleksibel. Vi kalder dette for gummiagtig tilstand.
Så Tg er den temperatur, hvor materialet skifter fra glasagtigt til gummiagtigt. Tg er den højeste temperatur, hvor et substrat bevarer sin stivhed. Med andre ord vil almindelige PCB-substratmaterialer blødgøres, deformeres eller endda smelte ved høj temperatur. Samtidig falder deres mekaniske og elektriske egenskaber hurtigt.
Tg og bestyrelsesadfærd
Tg markerer en klar ændring i materialets opførsel. Under Tg beholder pladen sin form og mekaniske styrke. Over Tg kan pladen bøje og miste stivhed. Denne ændring påvirker også de elektriske egenskaber. Dielektrisk tab og isoleringsadfærd kan ændre sig, når temperaturen bevæger sig over Tg. Når man designer og monterer printkort, hjælper det at kende Tg med at vælge de rigtige materialer og processer.
Kategorier af PCB Tg-værdier
Producenter inddeler pladematerialer efter Tg-intervaller. Typiske grupper er:
- Normale Tg-tavler: 130 °C til 150 °C. Eksempler: KB-6164F (140 °C), S1141 (140 °C).
- Medium Tg-plader: 150 °C til 170 °C. Eksempler: KB-6165F (150 °C), S1141-150 (150 °C).
- Plader med høj Tg (højere pris): 170 °C og derover. Eksempler: KB-6167F (170 °C), S1170 (170 °C).
Bemærk: For nogle forbruger- og netværksprodukter var S1141 almindelig. I QC-rapporter viser den nogle gange Tg = 130 °C og andre gange Tg = 135 °C. Dette viser, at testning og navngivning af kvaliteter kan variere.
Fordele ved materialer med høj Tg
- Højere stabilitet: Hvis du hæver PCB-substratets Tg, hæver du også varmebestandigheden, den kemiske bestandighed, fugtbestandigheden og enhedens stabilitet.
- Bedre til design med høj effekttæthed: Hvis en enhed har høj effekttæthed og stor varmeudvikling, hjælper PCB'er med høj Tg med at styre varmen.
- Fleksibilitet i designet: Med bedre termiske egenskaber kan du ændre printkortets størrelse eller layout og stadig opfylde strøm- og varmebehov. Du kan bruge større printkort eller forskellige opstillinger, når varmen styres bedre.
- Ideel til flerlags- og HDI-printkort: Multilayer- og HDI-kort er tætte. De skaber højere varmeniveauer. Plader med høj Tg hjælper med at bevare produktions- og produktpålidelighed.
- Forbedret modstandsdygtighed: Når Tg stiger, forbedres pladens modstandsdygtighed over for varme, fugt og kemikalier. Stabiliteten i brug forbedres også.
- Bedre til blyfri lodning: Blyfri reflow bruger højere temperaturer. Kort med højere Tg håndterer disse temperaturer bedre.
- Mindre skævvridning i SMT: Materialer med høj Tg deformeres mindre under SMT og reflow. De giver højere pålidelighed. Risici som revner ved høj temperatur og kobberblærer er lavere end med lav-Tg-kort. Ved normal håndtering kan høj-Tg-materiale føles mere skørt, men ved høj temperatur er dets styrke og dimensionsstabilitet (CTE-adfærd) bedre end lav-Tg-materialer.
Ydeevne af høj-Tg PCB'er
Med den hurtige vækst inden for elektronik bruges høj-Tg-materialer i vid udstrækning i computere, kommunikationsenheder, præcisionsinstrumenter og testudstyr. For at nå højere funktioner og flere lag skal PCB-substrater have højere varmebestandighed som et grundlæggende krav. Også med højdensitetsmontering som SMT og chipmonteringsteknologier og med tendenser til tyndere plader, mindre huller og finere routing bliver substratets varmebestandighed kritisk.
Forskellen mellem typisk FR-4 og høj-Tg FR-4 viser sig på mange måder. Mekanisk styrke, vedhæftning, vandabsorption, dimensionsstabilitet og termisk opførsel efter fugtoptagelse varierer alle. Under termisk stress og termisk udvidelse holder høj-Tg-plader formen og fungerer bedre. Af denne grund er efterspørgslen efter høj-Tg-plader steget. Deres pris er højere end standardplader.
Høj-Tg-materialer er populære i LED-belysning. LED-pakker afgiver mere varme end almindelige dele. Et FR-4-kort med den rigtige struktur kan være meget billigere end et metalkernekort og stadig opfylde de termiske behov i nogle designs.
Hvorfor bruge FR-4 til at lave høj-Tg-printkort?
Nogle applikationer har brug for printkort, der fungerer ved 200 °C eller højere. For at kunne køre pålideligt ved sådanne temperaturer skal vi bruge materialer, der er lavet til høje temperaturer. Et almindeligt valg er FR-4. FR-4-plader med høj Tg kan håndtere meget højere glasovergangstemperaturer og stadig have brugbare egenskaber:
- Forbedret impedansstyring.
- Bedre termisk styring.
- Lavere optagelse af fugt.
- Stabil ydelse i drift.
FR-4 er en flammehæmmende, glasfiberforstærket epoxy. Den har mange fordele, der passer til PCB-behov med høj Tg:
- Det modstår mange lamineringscyklusser og passer til komplekse PCB-processer.
- Den understøtter blyfri montering.
- FR-4-typerne er mange. Der er PTFE-typer, keramikfyldt PTFE og termohærdede kulbrintebaser. Du vælger efter behov.
FR-4 Særlige egenskaber
FR-4 tilbyder vigtige styrker til anvendelser med stor efterspørgsel:
- God elektrisk ydeevne: Dette bevarer signalkvaliteten ved høj frekvens og høj temperatur.
- Den kan håndtere specialboringer og PTH-processer (plated through-hole) til komplekse printplader.
- PTH's pålidelighed er god: Det mindsker risikoen for, at forbindelsen svigter ved høje temperaturer.
- Prisen er lavere end mange avancerede materialer mens ydeevnen er god.
- Stabil afledningsfaktor (Df) sammenlignet med nogle andre materialer. Det reducerer signaltabet.
- God kemisk modstandsdygtighed til at modstå proceskemikalier og eksponering i felten.
- Stød- og vibrationsbestandighed samt flammehæmning: Gør brædderne mere sikre ved hårdhændet brug.
- Den passer til PCB-designs, der kræver stram impedansstyring for højhastighedssignaler.
FR-4 høj-Tg PCB-anvendelsesområder
Fordi FR-4 høj-Tg-plader håndterer varme godt, bruges de i mange brancher, der har brug for stabil termisk adfærd. Typiske områder omfatter:
- Computere, lagerplads og periferiudstyr.
- Forbrugerelektronik.
- Netværk og telekommunikationssystemer.
- Luft- og rumfart og forsvar.
- Medicinsk udstyr.
- Industriel kontrol og instrumenter.
- Biler og transport.
Sådan vælger du det rigtige FR-4-materiale
Der findes mange FR-4-varianter. Det er vigtigt at vælge det rigtige, fordi materialevalget er afgørende for PCB'ets endelige stabilitet og bedste ydeevne. Før du vælger et substrat, skal du tjekke disse faktorer:
- Dielektrisk konstant: Det påvirker signalets hastighed og impedans.
- Tabstangent eller spredningsfaktor: Det påvirker signaltabet.
- Termisk ledningsevne: Det påvirker varmeafgivelsen.
- Glasovergangstemperatur (Tg): Dette er den centrale indikator, der sætter den øvre varmegrænse.
- Koefficient for termisk udvidelse (CTE): Det påvirker dimensionsstabiliteten ved høje temperaturer.
- Elektriske egenskaber som isolationsmodstand og gennembrudsspænding.
Hvornår har du brug for et høj-Tg PCB?
Hvis dit board skal kunne modstå varmebelastninger, der når op på ca. Tg + 25 °C, skal du bruge materiale med høj Tg. Hvis et produkt kører ved 130 °C eller højere, tilføjer høj-Tg-kort sikkerhed og pålidelighed. En vigtig drivkraft er blyfri lodning. Blyfri processer bruger højere spidstemperaturer. Derfor bruger mange printkortproducenter nu materialer med høj Tg.
Typiske anvendelser af høj-Tg PCB'er
Hvis et produkt har højere effekttæthed, og varmen vil påvirke kølelegemet eller andre dele, er høj-Tg-kort et godt valg. Efterhånden som høj-Tg-kort bliver mere og mere populære, vil du se dem, hvor elektronikken kører ved højere temperaturer. PHILIFAST tilbyder PCB'er med høj varme til at opfylde mange industribehov og til at opfylde kundespecifikationer med korte leveringstider. Eksempler på anvendelser omfatter:
- Gateways og routere.
- RFID-læsere og -tags.
- Power invertere.
- Antenne- og RF-kort.
- Trådløse repeatere og boostere.
- Kontraktproduktion (PCBA for kunder).
- Billige PLC- og kontrolenheder.
- Udviklingskort til indlejrede systemer.
- Indlejrede computersystemer.
- AC-strøm og strømforsyningsmoduler.
PHILIFAST-materialer med høj Tg
PHILIFAST lagerfører og bruger flere høj-Tg og relaterede materialer. Nedenfor er almindelige navne og typer, der bruges i branchen. Disse navne er handelsnavne og kvalitetskoder fra harpiks- og laminatleverandører.
| Materialekategori | Specifikke modeller/handelsnavne |
|---|---|
| Høj-Tg FR-4 (halogenfri) | Shengyi S1165, Kingboard HF-170 |
| Normal Tg FR-4 (halogenfri) | Shengyi S1155, KB-6165G |
| Høje CTI-typer | Shengyi S1600L, KB-6165GC, KB-6169GT |
| Andre høj-Tg FR-4-kvaliteter og handelsnavne | 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) og relaterede kvaliteter som IT180A, GETEK, PCL-370HR, N4000-13-serien, S1000-2 og S1000-2M. |
Disse lister dækker mange kommercielle laminater og prepregs, der bruges til høj-Tg og højtydende plader. Du kan vælge en kvalitet ud fra testdata og dine procesbehov.
Vigtige bemærkninger om behandling og pålidelighed
- Materialer med høj Tg modstår reflow og flere lamineringscyklusser. Dette hjælper med komplekse flerlagsopbygninger.
- Højere Tg reducerer risikoen for delaminering under termiske cyklusser, men du skal stadig kontrollere procesvariabler som tryk, temperaturprofil og resinfyldning.
- Fugtoptagelse er vigtig. Selv materialer med høj Tg kan optage fugt. Tørre- og opbevaringsprocedurer er stadig vigtige for en pålidelig samling.
- CTE-match er vigtigt. Kortets CTE skal matche komponentens og laminatets opførsel for at reducere stress i loddefugen, især for BGA'er og store chips.
- Til HDI og fine pitch-arbejde skal du vælge materialer med stabilt dielektrikum og lavt tab for at sikre signalintegriteten.
Sammenfatning
Tg er den temperatur, hvor plast ændrer sig fra hård og glasagtig til blød og gummiagtig. PCB-materialer med høj Tg bevarer struktur og funktion ved højere temperaturer. De hjælper med blyfri lodning, høj effekttæthed og stramme designbehov som flerlag og HDI. FR-4 er fortsat et almindeligt og omkostningseffektivt valg til printkort med høj Tg. Du skal vælge den materialekvalitet, der passer til dine elektriske, termiske og mekaniske behov. PHILIFAST tilbyder mange høj-Tg-muligheder for at opfylde forskellige branchekrav.