Τι είναι ένα PCB με υψηλό Tg;
Τι είναι η Θερμοκρασία Υαλώδους Μετάβασης (Tg);
Θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης, που ονομάζεται Tg, είναι μία από τις σημαντικότερες ιδιότητες των πλαστικών και των εποξειδικών υλικών. Η Tg δείχνει επίσης την ποιότητα του υφάσματος υαλοϊνών που χρησιμοποιείται στα PCB. Σε σύγκριση με την HDT (Θερμοκρασία θερμικής εκτροπής), η Tg δεν είναι πάντα πιο σημαντική, αλλά εξακολουθεί να έχει σημασία. Η Tg είναι η θερμοκρασία κατά την οποία οι μακριές αλυσίδες σε ένα πλαστικό αποκτούν μεγαλύτερη τμηματική κίνηση.
Όταν η θερμοκρασία χρήσης είναι χαμηλότερη από την Tg, η κίνηση των τμημάτων της πολυμερικής αλυσίδας είναι ως επί το πλείστον παγωμένη. Το υλικό εμφανίζει πιο διατεταγμένη, δικτυωτή δομή. Το πλαστικό είναι σκληρό, άκαμπτο και εύθραυστο. Αυτό το ονομάζουμε υαλώδης κατάσταση.
Όταν η θερμοκρασία χρήσης είναι πάνω από την Tg, τα τμήματα της πολυμερικής αλυσίδας έχουν μεγαλύτερη ελευθερία κίνησης. Το πλαστικό γίνεται πιο μαλακό και πιο εύκαμπτο. Αυτό το ονομάζουμε ελαστική κατάσταση.
Έτσι, η Tg είναι η θερμοκρασία στην οποία το υλικό μετατρέπεται από υαλώδες σε ελαστικό. Η Tg είναι η υψηλότερη θερμοκρασία στην οποία ένα υπόστρωμα διατηρεί την ακαμψία του. Με άλλα λόγια, τα συνηθισμένα υλικά υποστρώματος PCB θα μαλακώσουν, θα παραμορφωθούν ή ακόμη και θα λιώσουν σε υψηλή θερμοκρασία. Ταυτόχρονα, οι μηχανικές και ηλεκτρικές ιδιότητές τους μειώνονται γρήγορα.
Tg και συμπεριφορά του σκάφους
Tg σηματοδοτεί μια σαφή αλλαγή στη συμπεριφορά του υλικού. Κάτω από το Tg, η πλακέτα διατηρεί το σχήμα και τη μηχανική αντοχή της. Πάνω από το Tg, η πλακέτα μπορεί να λυγίσει και να χάσει την ακαμψία της. Αυτή η αλλαγή επηρεάζει επίσης τις ηλεκτρικές ιδιότητες. Η διηλεκτρική απώλεια και η συμπεριφορά της μόνωσης μπορούν να αλλάξουν καθώς η θερμοκρασία ξεπερνά το Tg. Για το σχεδιασμό και τη συναρμολόγηση των PCB, η γνώση της Tg βοηθά στην επιλογή των κατάλληλων υλικών και διαδικασιών.
Κατηγορίες τιμών PCB Tg
Οι κατασκευαστές διαχωρίζουν τα υλικά των πλακετών με βάση τα εύρη Tg. Τυπικές ομάδες είναι:
- Κανονικές πινακίδες Tg: 130 °C έως 150 °C. Παραδείγματα: KB-6164F (140 °C), S1141 (140 °C).
- Μεσαίες σανίδες Tg: 150 °C έως 170 °C. Παραδείγματα: KB-6165F (150 °C), S1141-150 (150 °C).
- Πλάκες υψηλής Tg (υψηλότερο κόστος): 170 °C και άνω. Παραδείγματα: KB-6167F (170 °C), S1170 (170 °C).
Σημείωση: Για ορισμένα καταναλωτικά και δικτυακά προϊόντα, το S1141 ήταν κοινό. Στις εκθέσεις QC εμφανίζει μερικές φορές Tg = 130 °C και μερικές φορές Tg = 135 °C. Αυτό δείχνει ότι οι δοκιμές και η ονομασία του βαθμού μπορεί να διαφέρουν.
Πλεονεκτήματα των υλικών υψηλής Τg
- Υψηλότερη σταθερότητα: Αν αυξήσετε την Tg του υποστρώματος PCB, αυξάνετε επίσης τη θερμική αντοχή, τη χημική αντοχή, την αντοχή στην υγρασία και τη σταθερότητα της συσκευής.
- Καλύτερα για σχέδια υψηλής πυκνότητας ισχύος: Εάν μια συσκευή έχει υψηλή πυκνότητα ισχύος και μεγάλη παραγωγή θερμότητας, τα PCB με υψηλή Τg βοηθούν στη διαχείριση της θερμότητας.
- Ευελιξία σχεδιασμού: Με καλύτερες θερμικές ιδιότητες, μπορείτε να αλλάξετε το μέγεθος ή τη διάταξη της πλακέτας και να εξακολουθείτε να καλύπτετε τις ανάγκες ισχύος και θερμότητας. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μεγαλύτερες πλακέτες ή διαφορετικές συστοιχίες όταν η θερμότητα διαχειρίζεται καλύτερα.
- Ιδανικό για πολυστρωματικά και HDI PCBs: Οι πολυστρωματικές πλακέτες και οι πλακέτες HDI είναι πυκνές. Δημιουργούν υψηλότερα επίπεδα θερμότητας. Οι πλακέτες υψηλής Τg βοηθούν στη διατήρηση της αξιοπιστίας της κατασκευής και του προϊόντος.
- Βελτιωμένη αντοχή: Όταν η Tg αυξάνεται, βελτιώνεται η αντοχή της πλακέτας στη θερμότητα, την υγρασία και τα χημικά. Βελτιώνεται επίσης η σταθερότητα στην υπηρεσία.
- Καλύτερα για συγκόλληση χωρίς μόλυβδο: Η επαναπλήρωση χωρίς μόλυβδο χρησιμοποιεί υψηλότερες θερμοκρασίες. Οι πλακέτες με υψηλότερη Tg αντέχουν καλύτερα αυτές τις θερμοκρασίες.
- Χαμηλότερη στρέβλωση σε SMT: Τα υλικά με υψηλό Τg παραμορφώνονται λιγότερο κατά τη διάρκεια της SMT και της επαναπλήρωσης. Παρέχουν μεγαλύτερη αξιοπιστία. Οι κίνδυνοι, όπως η ρηγμάτωση σε υψηλή θερμοκρασία και η δημιουργία φουσκάλων χαλκού, είναι χαμηλότεροι από ό,τι στις πλακέτες με χαμηλό Tg. Κατά τον κανονικό χειρισμό, το υλικό υψηλής Τg μπορεί να αισθάνεται πιο εύθραυστο, αλλά σε υψηλή θερμοκρασία η αντοχή και η σταθερότητα διαστάσεων (συμπεριφορά CTE) είναι καλύτερες από τα υλικά χαμηλής Τg.
Απόδοση PCB υψηλής Tg
Με την ταχεία ανάπτυξη της ηλεκτρονικής, τα υλικά υψηλής Τg χρησιμοποιούνται ευρέως σε υπολογιστές, συσκευές επικοινωνίας, όργανα ακριβείας και εξοπλισμό δοκιμών. Για την επίτευξη υψηλότερων λειτουργιών και περισσότερων στρωμάτων, τα υποστρώματα PCB χρειάζονται υψηλότερη αντοχή στη θερμότητα ως βασική απαίτηση. Επίσης, με τη συναρμολόγηση υψηλής πυκνότητας, όπως οι τεχνολογίες SMT και τοποθέτησης τσιπ, και με τις τάσεις για λεπτότερες πλακέτες, μικρότερες οπές και λεπτότερη δρομολόγηση, η αντίσταση στη θερμότητα του υποστρώματος καθίσταται κρίσιμη.
Η διαφορά μεταξύ του τυπικού FR-4 και του FR-4 με υψηλή περιεκτικότητα σε Τg φαίνεται με πολλούς τρόπους. Η μηχανική αντοχή, η πρόσφυση, η απορρόφηση νερού, η σταθερότητα διαστάσεων και η θερμική συμπεριφορά μετά την πρόσληψη υγρασίας διαφέρουν. Υπό θερμική καταπόνηση και θερμική διαστολή, οι πλάκες με υψηλή περιεκτικότητα σε Τg διατηρούν το σχήμα τους και λειτουργούν καλύτερα. Για το λόγο αυτό, η ζήτηση για πλακέτες με υψηλή περιεκτικότητα σε Τg έχει αυξηθεί. Η τιμή τους είναι υψηλότερη από τις τυπικές πλάκες.
Τα υλικά υψηλής Τg είναι δημοφιλή στο φωτισμό LED. Οι συσκευασίες LED διαχέουν περισσότερη θερμότητα από τα συνηθισμένα μέρη. Μια πλακέτα FR-4 με τη σωστή δομή μπορεί να είναι πολύ φθηνότερη από μια πλακέτα με μεταλλικό πυρήνα και να εξακολουθεί να καλύπτει τις θερμικές ανάγκες σε ορισμένα σχέδια.
Γιατί να χρησιμοποιήσετε το FR-4 για την κατασκευή PCB υψηλής περιεκτικότητας σε Tg;
Ορισμένες εφαρμογές χρειάζονται PCB που λειτουργούν σε θερμοκρασία 200 °C ή υψηλότερη. Για να λειτουργούν αξιόπιστα σε τέτοιες θερμοκρασίες, πρέπει να χρησιμοποιούμε υλικά κατασκευασμένα για υψηλές θερμοκρασίες. Μια συνηθισμένη επιλογή είναι το FR-4. Οι πλακέτες FR-4 με υψηλό Tg μπορούν να αντέξουν πολύ υψηλότερες θερμοκρασίες υαλώδους μετάπτωσης και εξακολουθούν να παρέχουν χρήσιμες ιδιότητες:
- Βελτιωμένος έλεγχος σύνθετης αντίστασης.
- Καλύτερη θερμική διαχείριση.
- Χαμηλότερη πρόσληψη υγρασίας.
- Σταθερή απόδοση σε λειτουργία.
Το FR-4 είναι ένα εποξειδικό υλικό ενισχυμένο με ίνες γυαλιού, που επιβραδύνει τη φλόγα. Διαθέτει πολλά πλεονεκτήματα που ταιριάζουν στις ανάγκες PCB υψηλής Τg:
- Αντέχει σε πολλούς κύκλους πλαστικοποίησης και ταιριάζει σε πολύπλοκες διεργασίες PCB.
- Υποστηρίζει συναρμολόγηση χωρίς μόλυβδο.
- Οι τύποι FR-4 είναι πολλοί. Υπάρχουν τύποι PTFE, PTFE με κεραμική πλήρωση και θερμοσκληρυνόμενες βάσεις υδρογονανθράκων. Επιλέγετε ανάλογα με τις ανάγκες σας.
FR-4 Ειδικές ιδιότητες
Το FR-4 προσφέρει βασικά πλεονεκτήματα για χρήσεις υψηλής ζήτησης:
- Καλή ηλεκτρική απόδοση: Αυτό διατηρεί την ποιότητα του σήματος σε υψηλές συχνότητες και υψηλές θερμοκρασίες.
- Μπορεί να χειριστεί ειδικές διεργασίες διάτρησης και επιμεταλλωμένων διαμπερών οπών (PTH) για πολύπλοκες πλακέτες.
- Η αξιοπιστία του PTH είναι καλή: Αυτό μειώνει τον κίνδυνο αστοχίας της σύνδεσης σε υψηλή θερμοκρασία.
- Το κόστος είναι χαμηλότερο από πολλά υλικά υψηλών προδιαγραφών ενώ η απόδοση είναι καλή.
- Σταθερός συντελεστής διάχυσης (Df) σε σύγκριση με ορισμένα άλλα υλικά. Αυτό μειώνει την απώλεια σήματος.
- Καλή χημική αντοχή για να αντέχουν στις χημικές ουσίες επεξεργασίας και στην έκθεση στο πεδίο.
- Αντοχή σε κραδασμούς και δονήσεις, καθώς και επιβράδυνση φλόγας: Κάντε τις σανίδες πιο ασφαλείς σε σκληρή χρήση.
- Ταιριάζει σε σχέδια PCB που χρειάζονται αυστηρό έλεγχο σύνθετης αντίστασης για σήματα υψηλής ταχύτητας.
Περιοχές εφαρμογής PCB FR-4 High-Tg
Επειδή οι πλακέτες FR-4 υψηλής Τg διαχειρίζονται καλά τη θερμότητα, εξυπηρετούν πολλές βιομηχανίες που χρειάζονται σταθερή θερμική συμπεριφορά. Τυπικές περιοχές περιλαμβάνουν:
- Υπολογισμός, αποθήκευση και περιφερειακά.
- Καταναλωτικά ηλεκτρονικά.
- Συστήματα δικτύωσης και τηλεπικοινωνιών.
- Αεροδιαστημική και άμυνα.
- Ιατρικές συσκευές.
- Βιομηχανικός έλεγχος και όργανα.
- Αυτοκίνηση και μεταφορές.
Πώς να επιλέξετε το σωστό υλικό FR-4
Υπάρχουν πολλές παραλλαγές του FR-4. Η επιλογή της σωστής είναι το κλειδί, επειδή η επιλογή του υλικού καθορίζει τη σταθερότητα της τελικής πλακέτας και την καλύτερη απόδοση. Πριν επιλέξετε ένα υπόστρωμα, ελέγξτε αυτούς τους παράγοντες:
- Διηλεκτρική σταθερά: Επηρεάζει την ταχύτητα και την αντίσταση του σήματος.
- Συντελεστής εφαπτομένης απωλειών ή διάχυσης: Επηρεάζει την απώλεια σήματος.
- Θερμική αγωγιμότητα: Επηρεάζει την απομάκρυνση θερμότητας.
- Θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης (Tg): Αυτός είναι ο βασικός δείκτης που καθορίζει το ανώτερο όριο θερμότητας.
- Συντελεστής θερμικής διαστολής (CTE): Επηρεάζει τη σταθερότητα των διαστάσεων σε υψηλή θερμοκρασία.
- Ηλεκτρικές ιδιότητες όπως η αντίσταση μόνωσης και η τάση διάσπασης.
Πότε χρειάζεστε ένα PCB με υψηλή περιεκτικότητα σε Tg;
Εάν η πλακέτα σας πρέπει να αντέξει θερμικά φορτία που φτάνουν περίπου τους Tg + 25 °C, τότε χρειάζεστε υλικό με υψηλό Tg. Εάν ένα προϊόν λειτουργεί σε θερμοκρασία 130 °C ή υψηλότερη, οι πλακέτες υψηλής Τg προσθέτουν ασφάλεια και αξιοπιστία. Ένας βασικός παράγοντας είναι η συγκόλληση χωρίς μόλυβδο. Οι διεργασίες χωρίς μόλυβδο χρησιμοποιούν υψηλότερες θερμοκρασίες αιχμής. Για το λόγο αυτό, πολλοί κατασκευαστές πλακετών χρησιμοποιούν πλέον υλικά υψηλής Τg.
Τυπικές χρήσεις PCB υψηλής περιεκτικότητας σε Tg
Εάν ένα προϊόν έχει μεγαλύτερη πυκνότητα ισχύος και η θερμότητα θα επηρεάσει την ψύκτρα ή άλλα εξαρτήματα, οι πλακέτες υψηλής Τg είναι μια καλή επιλογή. Καθώς η δημοτικότητα των πλακετών υψηλής Τg αυξάνεται, θα τις βλέπετε εκεί όπου τα ηλεκτρονικά λειτουργούν σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Η PHILIFAST προσφέρει πλακέτες PCB υψηλής θερμότητας για να καλύψει πολλές βιομηχανικές ανάγκες και να ανταποκριθεί στις προδιαγραφές των πελατών με σύντομους χρόνους παράδοσης. Παραδείγματα εφαρμογών περιλαμβάνουν:
- Πύλες και δρομολογητές.
- Αναγνώστες και ετικέτες RFID.
- Μετατροπείς ισχύος.
- Πλακέτες κεραιών και RF.
- Ασύρματοι επαναλήπτες και ενισχυτές.
- Συμβατικές υπηρεσίες κατασκευής (PCBA για πελάτες).
- Μονάδες PLC και ελέγχου χαμηλού κόστους.
- Πλακέτες ανάπτυξης ενσωματωμένων συστημάτων.
- Ενσωματωμένα συστήματα υπολογιστών.
- Μονάδες τροφοδοσίας εναλλασσόμενου ρεύματος και τροφοδοσίας.
Υλικά PHILIFAST High-Tg
Η PHILIFAST διαθέτει και χρησιμοποιεί διάφορα υλικά υψηλής Τg και συναφή υλικά. Ακολουθούν κοινές ονομασίες και τύποι που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία. Οι ονομασίες αυτές είναι εμπορικές ονομασίες και κωδικοί ποιότητας από τους προμηθευτές ρητίνης και ελάσματος.
| Κατηγορία υλικού | Ειδικά μοντέλα/εμπορικές ονομασίες |
|---|---|
| FR-4 υψηλής περιεκτικότητας σε Tg (χωρίς αλογόνα) | Shengyi S1165, Kingboard HF-170 |
| Κανονικό Tg FR-4 (χωρίς αλογόνο) | Shengyi S1155, KB-6165G |
| Υψηλοί τύποι CTI | Shengyi S1600L, KB-6165GC, KB-6169GT |
| Άλλες ποιότητες και εμπορικές ονομασίες FR-4 με υψηλό Tg | 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) και συναφείς ποιότητες όπως IT180A, GETEK, PCL-370HR, σειρά N4000-13, S1000-2 και S1000-2M. |
Αυτοί οι κατάλογοι καλύπτουν πολλά εμπορικά ελάσματα και prepregs που χρησιμοποιούνται για πλάκες υψηλής Τg και υψηλών επιδόσεων. Μπορείτε να επιλέξετε μια ποιότητα με βάση τα δεδομένα δοκιμών και τις ανάγκες της διεργασίας σας.
Βασικές σημειώσεις επεξεργασίας και αξιοπιστίας
- Τα υλικά υψηλής Τg αντιστέκονται στην επαναπλήρωση και στους πολλαπλούς κύκλους πλαστικοποίησης. Αυτό βοηθά στις πολύπλοκες κατασκευές πολλαπλών στρωμάτων.
- Η υψηλότερη Tg μειώνει την πιθανότητα αποκόλλησης κατά τη διάρκεια των θερμικών κύκλων, αλλά θα πρέπει ακόμα να ελέγχετε τις μεταβλητές της διαδικασίας, όπως η πίεση, το προφίλ θερμοκρασίας και η πλήρωση με ρητίνη.
- Η απορρόφηση υγρασίας έχει σημασία. Ακόμα και τα υλικά με υψηλή περιεκτικότητα σε Τg μπορούν να απορροφήσουν υγρασία. Οι διαδικασίες ξήρανσης και αποθήκευσης εξακολουθούν να έχουν σημασία για την αξιόπιστη συναρμολόγηση.
- Η αντιστοιχία CTE είναι σημαντική. Το CTE της πλακέτας πρέπει να ταιριάζει με τη συμπεριφορά του εξαρτήματος και του ελάσματος για να μειωθεί η καταπόνηση της άρθρωσης συγκόλλησης, ειδικά για τα BGA και τα μεγάλα τσιπ.
- Για εργασίες HDI και λεπτού βήματος, επιλέξτε υλικά με σταθερό διηλεκτρικό και χαμηλές απώλειες για την ακεραιότητα του σήματος.
Περίληψη
Tg είναι η θερμοκρασία στην οποία το πλαστικό μετατρέπεται από σκληρό και υαλώδες σε μαλακό και ελαστικό. Τα υλικά PCB με υψηλή Tg διατηρούν τη δομή και τη λειτουργία τους σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Βοηθούν στη συγκόλληση χωρίς μόλυβδο, στην υψηλή πυκνότητα ισχύος και στις στενές ανάγκες σχεδιασμού, όπως οι πολυστρωματικές στρώσεις και το HDI. Το FR-4 παραμένει μια κοινή και οικονομικά αποδοτική επιλογή για πλακέτες υψηλής Τg. Πρέπει να επιλέξετε την ποιότητα υλικού που ταιριάζει στις ηλεκτρικές, θερμικές και μηχανικές σας ανάγκες. Η PHILIFAST παρέχει πολλές επιλογές υψηλής Tg για την κάλυψη διαφορετικών βιομηχανικών απαιτήσεων.