Při navrhování a výrobědesky plošných spojůHodnota TG je klíčovým parametrem, který hraje rozhodující roli ve výkonu a spolehlivosti desky plošných spojů. Pochopení, jak správně vybrat vhodnou hodnotu TG, je klíčové pro zajištění stabilního provozu a prodloužení životnosti elektronických produktů.
1, Pochopte hodnotu TG
Hodnota TG, také známá jako teplota skelného přechodu, se týká teploty, při které amorfní polymery (včetně amorfní části krystalických polymerů) přecházejí mezi skelným a pryžovým stavem. U substrátu desek plošných spojů, když je teplota pod hodnotou TG, je substrát v tvrdém sklovitém stavu s dobrými mechanickými vlastnostmi a rozměrovou stálostí; Když teplota překročí hodnotu TG, substrát se postupně přemění do stavu měkké pryže a jeho mechanické vlastnosti se sníží, rozměrová stabilita se zhorší a mohou nastat problémy jako deformace a delaminace, které vážně ovlivňují elektrický výkon a spolehlivost desky plošných spojů.
2, Požadavky na hodnoty TG v různých aplikačních scénářích
Výrobky spotřební elektroniky: Běžné výrobky spotřební elektroniky, jako jsou chytré telefony, tablety atd., generují během provozu relativně omezené teplo. Obecně lze ke splnění požadavku použít běžné desky FR-4 s hodnotami TG mezi 130 stupni a 150 stupni. Tento typ desky má nižší cenu a může zajistit stabilní provoz desky plošných spojů za normálních teplotních podmínek. Vezměme si jako příklad chytré telefony, teplo generované čipy a dalšími součástkami na jejich vnitřních deskách s plošnými spoji při běžném používání lze regulovat v určitém rozsahu pomocí návrhu odvodu tepla a k tomu stačí obvodová deska s normální hodnotou TG.
Průmyslová řídicí zařízení: Průmyslová prostředí jsou obvykle složitá a zařízení mohou čelit náročným podmínkám, jako je vysoká teplota a vysoká vlhkost, a pracovat nepřetržitě po dlouhou dobu. Proto musí mít obvodová deska průmyslového řídicího zařízení vyšší stabilitu a spolehlivost. Obecně se doporučuje používat plechy střední až vysoké TG s hodnotami TG v rozmezí od 150 stupňů do 170 stupňů. Například v řídicím zařízení automatizované výrobní linky se v důsledku nepřetržitého provozu zařízení po dlouhou dobu bude obvodová deska nadále zahřívat. Desky s vyššími hodnotami TG mohou účinně odolávat vlivu vysoké teploty, zajistit stabilní provoz zařízení a snížit pravděpodobnost poruchy.
V oblasti automobilové elektroniky musí automobilová elektronická zařízení nejen odolávat vysokým teplotám v oblastech s vysokou teplotou, jako je motorový prostor, během provozu, ale také se musí vyrovnávat s vibracemi, nárazy a drastickými změnami teploty během provozu vozidla. Zejména desky plošných spojů klíčových komponentů, jako jsou řídicí jednotky motoru a nabíječky do automobilů, vyžadují extrémně vysokou spolehlivost. Takové aplikace často vyžadují plechy s vysokým TG s hodnotami TG vyššími než 170 stupňů a dokonce i některé špičkové{4}} aplikace mohou používat speciální materiály s hodnotami TG přesahujícími 200 stupňů. Například deska s obvody ECU v motorovém prostoru automobilu může udržovat stabilní elektrický a mechanický výkon při vysokých teplotách pracovních podmínek, což zajišťuje přesné ovládání a spolehlivý provoz motoru automobilu.
Letecký a vojenský průmysl: Tyto obory dosáhly extrémních požadavků na spolehlivost a stabilitu výrobků a jakákoli drobná porucha může vést k vážným následkům. Desky s plošnými spoji si musí udržet vysoký výkon v náročných prostředích, jako jsou extrémní teploty a silné vibrace. Proto letecké a vojenské produkty obvykle používají speciální materiály s extrémně vysokými hodnotami TG, jako jsou keramické substráty, jejichž hodnoty TG jsou mnohem vyšší než u běžných organických desek, což může zajistit, že různé výkonnostní ukazatele desek plošných spojů nebudou ovlivněny v drsném prostředí a zajistit spolehlivý provoz zařízení ve složitých prostředích.
3, Faktory, které je třeba vzít v úvahu při výběru hodnot TG
Rozsah pracovních teplot: Nejprve je nutné objasnit maximální teplotu, které může deska plošných spojů čelit během skutečného provozu. To vyžaduje komplexní zvážení faktorů, jako jsou vnitřní topná tělesa, návrh odvodu tepla a okolní teplota, ve které se zařízení používá. Například deska s řídicími obvody průmyslové pece pracující v prostředí s vysokou-teplotou může mít pracovní teplotu blízkou 100 stupňům nebo dokonce vyšší. V tomto případě je nutné zvolit desku s vysokou hodnotou TG, která tuto teplotu odolá a má určitou rezervu.
Vyvíjení energie a tepla součástí: Výroba energie a tepla různých součástí na desce plošných spojů se liší. U součástek s vysokým výkonem a značným vývinem tepla, jako jsou čipy s vysokým výkonem, výkonové rezistory atd., se teplota v okolí obvodové desky výrazně zvýší. V těchto oblastech by měly být vybrány desky s vyššími hodnotami TG, aby se zabránilo zhoršení výkonu desky plošných spojů v důsledku místního přehřátí. Například obvodová deska v počítačovém napájecím zdroji vyžaduje použití desek s vysokou hodnotou TG pro zajištění stabilního provozu obvodu kvůli velkému množství tepla generovaného vnitřními napájecími součástmi během provozu.
Požadavky na životnost: Pokud má produkt vysoké očekávání životnosti, je obzvláště důležité zvolit vhodnou hodnotu TG. Při dlouhodobém-používání, i když pracovní teplota nepřekročí hodnotu TG, může prostředí s trvalou vysokou teplotou postupně stárnout substrát desky plošných spojů a snižovat její výkon. Vyšší hodnota TG může zpomalit rychlost stárnutí substrátu a prodloužit životnost obvodové desky. Například zařízení, jako jsou inteligentní měřiče, která vyžadují dlouhodobý-stabilní provoz, by měla pro své obvody používat desky s vysokou hodnotou TG, aby byl zajištěn stabilní výkon po mnoho let používání.
Omezení nákladů: Obecně řečeno, čím vyšší je hodnota TG desky, tím vyšší je její cena. Při výběru hodnot TG je nutné komplexně zvážit nákladové faktory při splnění požadavků na výkon. U některých produktů spotřební elektroniky, které jsou citlivé na cenu a mají relativně nízké požadavky na výkon, lze zvolit desky s nižší hodnotou TG, aby bylo možné kontrolovat náklady a zároveň zajistit základní spolehlivost. Ale pro klíčové oblasti použití, jako je lékařská zařízení, automobilová elektronika atd., by mělo být prioritou zajištění výkonu a spolehlivosti a rozumný výběr vhodných desek s hodnotou TG, spíše než se zaměřovat pouze na náklady.
4, Testování a ověřování hodnoty TG
Metoda tepelné analýzy: Běžně používaný diferenciální skenovací kalorimetr dokáže přesně změřit hodnotu TG substrátu desky plošných spojů. Zahříváním vzorku při specifické rychlosti ohřevu a zaznamenáváním jeho tepelných změn, když teplota dosáhne teploty skelného přechodu, bude křivka DSC vykazovat významný posun základní linie, který může určit hodnotu TG. Modulační skenovací kalorimetrie, synchronní diferenciální kalorimetrie a další metody mohou také přesně určit hodnoty TG, které mohou v různé míře přesněji analyzovat změny tepelného výkonu materiálů během procesu skelného přechodu.
Testování simulace skutečného prostředí: Kromě testování tepelné analýzy v laboratoři lze testování a ověřování provádět také simulací skutečného pracovního prostředí desky plošných spojů. Například umístění připraveného vzorku desky plošných spojů do vysokoteplotní testovací komory, zahřívání podle předem stanovené teplotní křivky, sledování změn výkonu desky plošných spojů při různých teplotách, včetně elektrických a mechanických vlastností, a kontrola deformací, delaminace, zkratů a dalších problémů, aby se ověřilo, zda vybraná hodnota TG splňuje požadavky praktické aplikace. V oblasti automobilové elektroniky jsou vzorky desek plošných spojů podrobeny komplexním simulačním testům prostředí zahrnujícím více faktorů, jako je vysoká teplota, vibrace, vlhkost atd., aby se komplexně vyhodnotila spolehlivost desky plošných spojů za složitých praktických provozních podmínek.