ПЕЧАТНАЯ PCB - Sharing: High TG PCB performance and applications

Печатная плата с высокой температурой стеклования (high glass transition temperature printed circuit board) является ключевым показателем эффективности материалов для печатных плат. Это температура, при которой материал переходит из жесткого стеклообразного состояния в эластичное эластомерное. Для обычных материалов подложек печатных плат, таких как FR-4, значение Tg составляет приблизительно от 130°C до 150°C. Когда температура поднимается выше определенного уровня, подложка размягчается, деформируется или даже плавится, а ее механические и электрические свойства резко ухудшаются. Температура стеклования (Tg) печатных плат с высоким содержанием TG значительно выше, чем у обычных материалов FR-4 (обычно ≥170°C). По мере того как электронные устройства становятся все более производительными, высокоплотными и работающими при высоких температурах, печатные платы с высоким содержанием TG стали ключевым материалом благодаря их превосходной термостойкости, механической стабильности и надежности.

Основные характеристики печатных плат с высоким TG

1. Превосходная термическая стабильность: Печатные платы с высоким TG имеют более низкий CTE по оси Z, что сводит к минимуму дифференциальное расширение слоев меди и компонентов при высоких температурах, снижая риск растрескивания паяных соединений. Это эффективно сводит к минимуму изменения характеристик, вызванные тепловым расширением. В устройствах, которые длительное время работают в условиях высокой температуры, обычные печатные платы могут вызывать такие проблемы, как разрыв цепей и ослабление паяных соединений из-за теплового расширения и сжатия. Печатные платы с высоким содержанием TG, обладающие превосходной термической стабильностью, обеспечивают стабильную работу.

2. Отличные электрические характеристики: В высокочастотных приложениях материалы с высоким содержанием TG обычно обладают более стабильными диэлектрическими постоянными (Dk) и коэффициентами рассеяния (Df), что делает их пригодными для высокоскоростной передачи сигналов.

3. Высокая механическая прочность: Они обладают повышенной гибкостью и ударопрочностью в условиях высоких температур, что делает их пригодными для суровых условий эксплуатации (например, в моторных отсеках автомобилей).

4. Отличная влагостойкость: Во влажной среде обычные материалы печатных плат могут впитывать влагу, что приводит к ухудшению электрических характеристик и даже к коротким замыканиям и другим неисправностям. Однако печатные платы с высоким содержанием TG обладают более низкой степенью влагопоглощения и высокой влагостойкостью, что обеспечивает стабильную работу во влажной среде.

Рисунок 1: Печатная плата с высоким содержанием TG поддерживает стабильное рабочее состояние во влажной среде

Обычные материалы для печатных плат с высоким содержанием TG

1. Эпоксидная смола с улучшенными свойствами: например, Isola 370HR (Tg 180 °C), Tuc 862 (Tg 170 °C).

2.BT смола: используется для изготовления плат-носителей микросхем при температуре приблизительно 180-220 °C.

3. Полиимид (PI): температура может достигать более 250 °C, используется в экстремальных условиях, таких как аэрокосмическая промышленность.

4.Керамический пломбировочный материал: например, Rogers RO4835 (высокочастотный гибридный материал с высоким содержанием TG).

Распространенные типы печатных плат с высоким содержанием TG и их характеристики

Обычно используемые печатные платы с высоким содержанием TG - это, в основном, печатные платы с высоким содержанием TG FR-4, разделенные на различные уровни производительности

1. Печатные платы с высоким содержанием TG FR-4 (Tg 170 ℃ -180 ℃)

Наиболее широко используется модернизированная версия обычного FR-4. Подложка в основном темно-зеленого цвета, контур из медной фольги гладкий, температура термического разложения превышает 320 ℃, и при сварке на ней нелегко образуются слои и пузырьки. Используется в автомобильной электронике, промышленных источниках питания и т.д. с высокой экономичностью.

Рисунок 2: Высокая температура FR-4 (Tg 170 ℃ -180 ℃) Печатная плата

2. Сверхвысокий TG FR-4 (Tg 180 ℃ -200 ℃)

Если температура оборудования при длительной работе превышает 120 ℃, следует выбрать его. Подложка имеет высокую твердость и частично покрыта синей или черной паяльной маской. Плата имеет строгие требования к толщине, что делает ее пригодной для подключения с высокой плотностью. Используется для усилителей мощности базовых станций 5G, высокопроизводительных серверных материнских плат и т.д.

Рисунок 3: Печатная плата со сверхвысоким TG FR-4 (Tg 180 ℃ -200 ℃) с синим слоем маски для припоя

3. Специальные материалы с высоким TG (Tg выше 200 ℃)

На основе полиимида, BT-смолы и т.д., с Tg более 250 ℃, низкой радиационной стойкостью и влагопоглощением. Полиимидная подложка коричневато-желтого цвета и легкая; подложка из полимера BT светло-желтого цвета и имеет гладкую поверхность. Используется в аэрокосмической промышленности, медицинских высокочастотных приборах и т.д., имеет относительно высокую цену.

Рисунок 4: Коричнево-желтая полиимидная подложка, специальная печатная плата из материала с высоким содержанием TG

Общие характеристики: После высокотемпературной обработки не деформируется, выдерживается в духовке при температуре 200 ℃ в течение 2 часов, деформация контролируется в пределах 0,2%

Различия в сырье между плитами с высоким содержанием TG и обычными плитами

Основное различие между плитами с высоким содержанием TG и обычными плитами заключается в формуле сырья и его характеристиках, которые напрямую влияют на Tg и общую производительность:

1. Различные системы смол: обычные плиты изготавливаются из обычной эпоксидной смолы с Tg 130 ℃ -150 ℃; Плиты с высокой TG изготавливаются из модифицированной эпоксидной смолы или специальной высокоэффективной смолы с Tg 170 ℃ или выше.

2. Наполнители и армирующие материалы: Отрегулируйте параметры ткани из стекловолокна или добавьте специальные наполнители в плиты с высоким содержанием TG для повышения стабильности при высоких температурах; Обычные плиты ориентированы на контроль затрат.

3. Технологичность процесса: Материалы с высоким TG требуют отверждения при более высоких температурах и давлении для формирования жаропрочных структур.

Основные области применения печатных плат с высоким TG

1. Оборудование для высокочастотной связи:

Базовые станции 5G обрабатывают большой объем данных и выделяют много тепла. Печатные платы с высоким TG отвечают требованиям к электрическим характеристикам при высоких температурах и используются в базовых станциях, маршрутизаторах и т.д. для обеспечения передачи сигнала.

2. Медицинские приборы

К медицинскому оборудованию предъявляются чрезвычайно высокие требования в отношении безопасности и надежности. Некоторые виды медицинского оборудования, такие как медицинские изделия, прошедшие высокотемпературную дезинфекцию, должны выдерживать высокие температуры окружающей среды в процессе дезинфекции. Печатные платы с высоким содержанием TG позволяют поддерживать стабильные условия работы в таких суровых условиях, обеспечивая надежную гарантию нормальной работы медицинского оборудования и безопасность пациентов.

3. Автомобильная электроника

Температура в моторном отсеке автомобиля высокая, и электронные устройства должны быть устойчивы к высоким и низким температурам, а также влажности. Печатная плата с высоким содержанием TG используется в системах управления двигателем, датчиках и т.д., таких как системы управления аккумуляторами транспортных средств new energy, для обеспечения безопасной и эффективной работы аккумуляторов

Рисунок 5: Электронные устройства внутри моторного отсека автомобиля, использующие печатную плату с высоким TG для работы при высоких температурах

4. Аэрокосмическая промышленность

Аэрокосмическое электронное оборудование работает в экстремальных условиях, а печатные платы с высоким содержанием TG используются в самолетах, спутниках и других устройствах, таких как модули спутниковой связи, для обеспечения бесперебойного выполнения задач.

5. Промышленный контроль

Промышленные условия суровы, а печатные платы с высоким содержанием TG обеспечивают стабильную работу контроллеров и контрольного оборудования в таких отраслях, как производство сталелитейного и химического оборудования. Например, в системах контроля температуры промышленных печей печатные платы с высоким содержанием TG позволяют точно контролировать температуру внутри печи, обеспечивая качество выпускаемой продукции.

Рисунок 6: Печатная плата с высоким содержанием TG в системе контроля температуры промышленной печи

Проблемы в процессе производства печатных плат с высоким TG

1.Оптимизация процесса ламинирования: Материалы с высоким TG требуют более высоких температур ламинирования (возможно, до 200 °C) и давлений, а параметры необходимо регулировать, чтобы избежать неравномерного отверждения смолы.   

2.Сверление и обработка: Материал обладает высокой твердостью и требует использования сверл с алмазным покрытием для уменьшения шероховатости стенки отверстия.   

3.Обработка поверхности: При высокотемпературной пайке (например, при бессвинцовой пайке с максимальной температурой 260 °C) требуется, чтобы поверхностные покрытия (такие как ENIG, OSP) были совместимы с подложками с высоким содержанием TG.

Печатная плата с высоким TG стала краеугольным камнем высокотемпературных, мощных и высокочастотных применений благодаря повышению термостойкости и надежности. При выборе необходимо всесторонне оценить Tg, CTE, стоимость и технологичность. В будущем, с развитием материаловедения, спрос на печатные платы с высоким содержанием TG будет продолжать расти, и они будут демонстрировать свои превосходные характеристики во многих областях, способствуя развитию электронных устройств в направлении повышения производительности и надежности.