High Tg PCB (Высокотемпературные решения для печатных плат)

По мере того, как электронные устройства становятся компактнее, функциональнее и мощнее, увеличивается и тепловыделение, а условия их работы становятся сложнее и экстремальнее, чем раньше. Стандартные печатные платы выдерживают лишь ограниченный диапазон температур. При превышении предельно допустимых температур печатная плата может деформироваться, её производительность может снизиться, и даже выйти из строя. Поэтому в таких случаях крайне важно использовать печатные платы с высокой температурой стеклования (Tg) или высокотемпературные печатные платы.

Основное преимущество печатной платы с высокой температурой стеклования (Tg) заключается в том, что она использует материалы с более высоким значением Tg, то есть с более высокой температурой стеклования. Следовательно, она сохраняет структурную стабильность в условиях высоких температур. Она не подвержена деформации, расслоению и снижению производительности.

В этой статье вы узнаете, что такое Tg печатных плат, почему все больше отраслей выбирают материалы FR4 с высокой Tg и как выбрать правильный температурный класс FR4 для вашего проекта.

Что такое Tg в печатной плате?

Tg (температура стеклования) — это температура, при которой материал подложки печатной платы (например, FR4) переходит из твёрдого стеклообразного состояния в мягкое, резиноподобное. То есть, когда температура приближается к этой точке или превышает её, материал начинает размягчаться, и его прочность снижается. Например, «Tg130» означает, что температура стеклования (Tg) печатной платы составляет 130 °C.

Температура стеклования FR4 определяет температуру, которую может выдержать материал FR4, прежде чем он начнёт терять свою структурную прочность. Пока температура ниже диапазона Tg печатной платы, печатная плата остаётся практически стабильной. Однако при превышении этого значения может возникнуть множество проблем, таких как расширение или деформация печатной платы, расслоение слоёв, растрескивание переходных отверстий или металлизированных сквозных отверстий (PTH), потеря электрических характеристик или искажение сигнала.

Проще говоря, значение Tg — это не максимальная температура, которую может выдержать печатная плата, а критическая точка, при которой материал теряет свою жёсткость. Для обеспечения надёжности рабочая температура печатной платы предпочтительно должна быть на 20–25 °C ниже значения Tg.

Что такое печатная плата с высокой температурой стеклования?

Печатная плата с высокой температурой стеклования (Tg) — это печатная плата, базовый материал которой имеет температуру стеклования (значение Tg) 170 °C или выше.

Для сравнения: Tg стандартной платы FR4 обычно составляет 130–140 °C, а средняя Tg — около 150 °C. Если Tg превышает 170 °C, то такая плата классифицируется как высокотемпературная или высокотемпературная печатная плата.

При работе печатных плат в условиях высокой мощности или высоких температур, а также при бессвинцовой пайке оплавлением (с пиковыми температурами до 260 °C) стандартный материал FR4 может размягчиться, деформироваться и даже расслаиваться. Однако печатные платы с высокой температурой стеклования (Tg) сохраняют механическую прочность даже в таких экстремальных условиях: механическую прочность, электроизоляционные свойства, размерную стабильность, а также химическую и влагостойкость.

Почему необходимы ПХБ с высокой температурой стеклования

1. Проблемы плотности тепла и мощности

Высокопроизводительные электронные системы, такие как автомобильные блоки управления, преобразователи мощности и промышленные приводы, генерируют большое количество тепла во время работы. Если температура превышает допустимые значения для печатных плат, стандартные платы FR4 могут деформироваться, коробиться и даже выйти из строя. Печатные платы с высокой температурой стеклования (Tg) обладают лучшей термостойкостью, что позволяет им сохранять форму и не расслаиваться при высоких температурах, что делает их пригодными для длительной эксплуатации в условиях высоких нагрузок.

2. Бессвинцовое производство, RoHS

Бессвинцовая пайка оплавлением соответствует стандарту RoHS, но температура пайки достигает 245–260 °C, что близко или даже превышает стандартную температуру стеклования FR4. Обычные печатные платы склонны к образованию пузырей и расслоению в процессе пайки. Использование материала FR4 с высокой температурой стеклования позволяет избежать этих проблем и гарантировать, что плата останется ровной и надёжной после пайки.

3. Печатные платы с большим количеством слоев и HDI

Внутренняя структура многослойных плат и плат HDI сложна, с плотным расположением переходных отверстий и малым шагом компонентов, что затрудняет рассеивание тепла и способствует его накоплению, что может привести к неравномерному нагреву или повреждению платы. В этом случае необходимо использовать высокотемпературные печатные платы, то есть материалы с высокими значениями Tg и низким коэффициентом теплового расширения по оси Z, чтобы предотвратить растрескивание и расслоение, а также повысить общую надежность.

О PCBasic

Время — деньги в ваших проектах — и PCBasic получает это. PCБазовый  - это компания по сборке печатных плат который обеспечивает быстрые и безупречные результаты каждый раз. Наш комплексный Услуги по сборке печатных плат включают экспертную инженерную поддержку на каждом этапе, гарантируя высочайшее качество каждой платы. Как ведущий производитель сборки печатных плат, мы предлагаем комплексное решение, которое оптимизирует вашу цепочку поставок. Сотрудничайте с нашими передовыми Завод по производству прототипов печатных плат для быстрого выполнения заказов и превосходных результатов, которым вы можете доверять.

Основные преимущества и свойства печатных плат с высокой температурой стеклования

При выборе материалов для печатных плат, помимо цены и количества слоёв, решающее значение имеет их способность стабильно работать в течение длительного времени в условиях высоких температур и высокой мощности. Именно в этом и заключается ценность печатных плат с высокой температурой стеклования (Tg). По сравнению со стандартными платами, они сохраняют структурную стабильность при приближении к предельной температуре печатной платы, а их электрические характеристики существенно не ухудшаются.

В следующей таблице наглядно представлены основные преимущества печатных плат с высокой Tg, такие как более высокое значение Tg, меньший КТР по оси Z и более надежная работа FR4 с высокой Tg, а также лучшая термостойкость и надежность в высокотемпературных средах печатных плат.

Распространенные материалы для печатных плат с высокой температурой стеклования

Применение печатных плат с высокой температурой Tg

Заключение

Современные электронные устройства отличаются большей мощностью, меньшими размерами и более требовательными условиями эксплуатации. Это требует от печатных плат способности выдерживать более высокие температуры и обеспечивать долговременную стабильность. Высокотемпературная печатная плата (Tg) разработана специально для удовлетворения этих требований. Она повышает устойчивость печатной платы к высоким температурам, влаге и механическим нагрузкам благодаря более высокому значению Tg и лучшему температурному классу FR4.

Будь то многослойные HDI-платы, автомобильная электроника или радиочастотные модули, если ваша среда применения характеризуется высокой температурой и высокой мощностью, выбирайте печатные платы с высокой температурой стеклования (high Tg FR4) или высокотемпературные печатные платы (high temperature PCB). Все они гарантируют стабильную работу печатной платы и отсутствие потери производительности при приближении к предельным температурам печатной платы.

В связи с непрерывным развитием электронных технологий в сторону высокой мощности и высокой плотности понимание того, что такое Tg печатной платы, как выбрать подходящий показатель Tg печатной платы и выбрать правильные материалы, уже не является просто вариантом, а становится необходимым условием для обеспечения надежности и безопасности продукции.