High Tg PCB
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Die Zuverlässigkeit einer Leiterplatte hängt maßgeblich von der richtigen Materialauswahl für das Laminat ab. Drei Parameter sind dabei von zentraler Bedeutung: die Glasübergangstemperatur (Tg), der Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) und die Zersetzungstemperatur (TD).
Die Glasübergangstemperatur, abgekürzt „Tg“, bezeichnet den Zeitpunkt, an dem sich das Leiterplattenmaterial zu verändern beginnt. Sie ist ein entscheidender Parameter für das Grundmaterial, da sie die Temperatur bestimmt, bei der die Harzmatrix von einem starren, nicht elastischen Zustand in einen weichen, elastischen Zustand übergeht. Der Tg-Wert für das Grundmaterial legt im Wesentlichen eine obere Temperaturschwelle fest, jenseits derer die Harzmatrix zu zerfallen beginnt, was zur Delaminierung der Leiterplatte führt. Daher stellt Tg nicht die maximale Betriebstemperatur der Leiterplatte dar, sondern eine Temperatur, der das Material nur für einen kurzen Zeitraum standhalten kann.
Fastlink, ein spezialisierter Leiterplattenhersteller aus China, verfügt über umfassende Erfahrung in der Herstellung von Hochtemperatur-Leiterplatten und Hoch-TG-Leiterplatten und bietet hochwertige Fertigungsdienstleistungen für Hoch-TG-Leiterplatten an. Wir bieten einen perfekten Kundendienst und technischen Support, der unseren Kunden ein gutes Erlebnis garantiert.
Die Glasübergangstemperatur (Tg) bezeichnet den Punkt, an dem sich das Substrat von einem glasartigen, starren Zustand in einen gummiartigeren Zustand verwandelt. Leiterplatten mit einem hohen Tg sind so konstruiert, dass sie bei erhöhten Temperaturen optimal funktionieren. Eine Leiterplatte wird als Leiterplatte mit hohem Tg eingestuft, wenn ihr Tg 180 °C übersteigt.
Typische FR-4-Platinen weisen einen Tg-Wert zwischen 130 und 150 °C auf. Im Gegensatz dazu weisen Hochtemperatur-Leiterplatten im Vergleich zu FR-4-Platinen eine verbesserte mechanische und chemische Widerstandsfähigkeit gegen Hitze und Feuchtigkeit auf. Ein höherer Tg-Wert bedeutet eine verbesserte Temperaturbeständigkeit des Materials.
Wenn die Plattentemperatur den Tg-Wert überschreitet, erfährt das Substrat strukturelle Veränderungen, was zu einem Verlust sowohl der mechanischen als auch der elektrischen Eigenschaften der Leiterplatte führt. Dieses Szenario bereitet den Boden für verschiedene Plattenfehler. Sobald die Temperatur unter den Tg-Wert fällt, kehrt die Leiterplatte in ihren ursprünglichen Zustand zurück.
In Übereinstimmung mit den RoHS- und WEEE-Vorschriften werden in modernen elektronischen Geräten keine gefährlichen Stoffe verwendet. Während der Montagephase laufen bleifreie Prozesse bei höheren Temperaturen ab als ihre bleihaltigen Gegenstücke. Folglich sind Materialien mit einem höheren Tg-Wert gefragter.
Bei der Platinenkonstruktion ist die Betriebstemperatur ein entscheidender Faktor, da sie einen direkten Einfluss auf die Zuverlässigkeit hat. Materialien mit hohem Tg-Wert sind vielseitig und werden sowohl in starren als auch in flexiblen Platinen verwendet. Hier sind einige Überlegungen, die für die Auswahl von PCBs mit hohem Tg gegenüber Standardplatinen sprechen:
Platinen mit hohem Tg-Wert übertreffen aufgrund ihrer verbesserten thermischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften im Allgemeinen die Zuverlässigkeit von Standard-FR-4-Platinen. Dies führt zu einer Verringerung der Wahrscheinlichkeit von Kurzschlüssen und verschiedenen anderen Platinenfehlern beim Betrieb in Hochtemperaturumgebungen.
HDI-/Mehrschichtplatinen mit ihren komplexen elektronischen Schaltkreisen und dicht bestückten Komponenten erzeugen im Vergleich zu Standardplatinen eine höhere Wärmeentwicklung. Der Einsatz von Materialien mit hohem Tg-Wert mildert dieses Problem effektiv.
Nach den Standards der Leiterplattenindustrie liegt die typische Tg (Glasübergangstemperatur) für Standard-PCB FR4 bei 130–140 Grad, die mittlere Tg liegt über 150–160 Grad und die hohe Tg übersteigt 170 Grad.
Die Unterscheidung zwischen allgemeinem FR-4 und FR-4 mit hoher Tg dreht sich hauptsächlich um mechanische Festigkeit, Haftung, Wasseraufnahme, Dimensionsstabilität und thermische Zersetzung im erhitzten Zustand. Insbesondere nach der Wasseraufnahme werden die Unterschiede in der Wärmeausdehnung unter verschiedenen Bedingungen deutlich. FR-4-Leiterplatten mit hoher Tg weisen im Vergleich zu Standard-FR-4-Leiterplatten eine verbesserte Leistung auf. Aufgrund dieser Vorteile ist die Nachfrage nach Leiterplatten mit hoher Tg in den letzten Jahren stark gestiegen, allerdings zu einem höheren Preis als bei Standard-FR-4-Leiterplatten.
Leiterplatten mit hohem Tg sind entscheidend, um Ihre Leiterplatten vor den hohen Temperaturen zu schützen, die in Ihrem Anwendungsprozess oder während der extremen Temperaturen der bleifreien Montage auftreten. Es ist jedoch ratsam, verschiedene Methoden zu erkunden, um die intensive Hitze, die von elektronischen Anwendungen erzeugt wird, von Ihrer Platine abzuleiten.
Die wichtigsten Methoden zur Ableitung der übermäßigen Hitze, die von Elektronik in Leiterplatten erzeugt wird, sind Konvektion, Leitung und Strahlung. Konvektion überträgt Wärme auf Luft oder Wasser, sodass sie von einem bestimmten Bereich wegfließen kann, oft mit Hilfe von Ventilatoren oder Pumpen, um die Luftbewegung über die Oberfläche zu erleichtern. Bei den meisten Leiterplatten herrscht ein Konvektionssystem vor, bei dem Konvektion, oft gepaart mit einem Kühlluftventilator, die Wärme durch thermische Durchkontaktierungen zu großen, emittierenden Kühlkörpern leitet, die an leitfähigen Trägern befestigt sind.
Die Konduktionskühlung funktioniert, indem der Kühlkörper in direkten Kontakt mit der Wärmequelle gebracht wird, wodurch die Wärme von der Quelle wegdriften kann, ähnlich wie elektrischer Strom durch ein System fließt. Designer verringern Strahlungswärme, indem sie einen direkten Weg für elektromagnetische Wellen sicherstellen, die sich von der Quelle wegbewegen. Obwohl elektromagnetische Wellenstrahlung keine massive Wärmequelle darstellt, kann ein Rückpralleffekt auftreten, wenn die Platine reflektierende Oberflächen im Weg dieser Wellen enthält, wodurch die auf der Platine erzeugte Wärmestrahlung erheblich verstärkt wird.
Es ist offensichtlich, dass die zu bewältigende Wärmemenge direkte Auswirkungen auf das Design der Platine hat. Eine Verringerung der Leistungsdichte kann die Wirksamkeit Ihres Produkts beeinträchtigen, während das Hinzufügen von Kühlkörpern und Lüftern Größe, Gewicht und Kosten erhöhen kann. Daher ist es wohl die richtige Wahl, Materialien mit hohem Tg zu einem integralen Bestandteil einer umfassenden Wärmekontrolllösung zu machen, selbst wenn man andere effektive Wärmemanagementmethoden kennt.
Funktionen und Vorteile von Leiterplatten mit hohem Tg
1. Verbesserte thermische Stabilität: Leiterplatten mit hohem Tg weisen eine verbesserte thermische Stabilität auf, die während des Lötprozesses und in Betriebsumgebungen mit schwankenden Temperaturen entscheidend ist.
2. Bessere mechanische Festigkeit: Sie weisen eine verbesserte mechanische Festigkeit auf, die für die Aufrechterhaltung der strukturellen Integrität unter thermischer Belastung von Vorteil ist.
3. Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE): Materialien mit hohem Tg haben einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, wodurch das Risiko mechanischer Verformungen während Heiz- und Kühlzyklen minimiert wird.
4. Verbesserte chemische Beständigkeit: Leiterplatten mit hohem Tg sind widerstandsfähiger gegen aggressive Chemikalien, was in bestimmten industriellen Anwendungen von Vorteil sein kann.
5. Längere Lebensdauer: Die verbesserten thermischen, mechanischen und chemischen Beständigkeitseigenschaften tragen zu einer längeren Lebensdauer von Leiterplatten mit hohem Tg bei, selbst in anspruchsvollen Betriebsumgebungen.
6. Reduziertes Ausfallrisiko: Ihre Fähigkeit, thermischer Belastung standzuhalten, verringert die Wahrscheinlichkeit von Ausfällen wie Delamination, thermischer Verformung oder elektrischem Ausfall und verbessert so die Gesamtzuverlässigkeit der elektronischen Baugruppe.
1. Luft- und Raumfahrt und Verteidigung: In der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungssektor sind elektronische Bauteile extremen Temperaturschwankungen und rauen Bedingungen ausgesetzt. Hochtemperatur-Leiterplatten sind für Anwendungen wie Radarsysteme, Kommunikationssysteme, Steuerungssysteme und andere kritische elektronische Bauteile von entscheidender Bedeutung, da sie hohen Temperaturen standhalten und ihre Integrität unter thermischer Belastung bewahren können.
2. Automobil: Moderne Automobilelektronik ist hohen Temperaturen ausgesetzt, insbesondere bei Anwendungen unter der Motorhaube. Hochtemperatur-Leiterplatten finden Anwendung in Motorsteuergeräten, Antiblockiersystemen, Servolenkungssystemen, Getriebesteuerungen und anderen kritischen Systemen, die eine zuverlässige Leistung bei erhöhten Temperaturen erfordern.
3. Industrieelektronik: Industrielle elektronische Anwendungen wie Stromrichter, Automatisierungssteuerungen und Überwachungssysteme arbeiten häufig in Umgebungen mit hohen Temperaturen. Hochtemperatur-Leiterplatten werden aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und thermischen Stabilität ausgewählt.
4. Telekommunikation: Telekommunikationsgeräte wie Router, Switches und Signalsysteme erfordern zuverlässige Leistung und thermische Stabilität, weshalb Hochtemperatur-Leiterplatten eine geeignete Wahl sind, um unterbrechungsfreie Kommunikationsdienste sicherzustellen.
5. Medizinische Geräte: Hochtemperatur-Leiterplatten werden aufgrund ihrer zuverlässigen Leistung in der medizinischen Elektronik eingesetzt. Geräte wie Diagnosegeräte, Überwachungssysteme und Bildgebungssysteme profitieren von der thermischen Stabilität und mechanischen Festigkeit von Hochtemperatur-Leiterplatten.
6. LED-Beleuchtungssysteme: Die von LEDs erzeugte Wärme kann erheblich sein, insbesondere bei Hochleistungsanwendungen. Hochtemperatur-Leiterplatten werden bevorzugt, da sie der Hitze standhalten und ihre Leistung beibehalten können, wodurch die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit von LED-Beleuchtungssystemen gewährleistet wird.
7. Unterhaltungselektronik: Leistungsstarke Unterhaltungselektronik wie Hochgeschwindigkeitscomputer, Spielesysteme und Home-Entertainment-Systeme können ebenfalls von der Verwendung von Hochtemperatur-Leiterplatten profitieren, insbesondere da diese Geräte immer kompakter und leistungsstärker werden.
8. Hochfrequenzsysteme: Hochfrequenzsysteme profitieren von Hochtemperatur-Leiterplatten aufgrund ihres geringen dielektrischen Verlusts, der für die Aufrechterhaltung der Signalintegrität entscheidend ist.
| Item | Fabrication Capability |
|---|---|
| Materials | FR4, Shengyi, ISOLA, TUC, Rogers, Nelco, Taconic, Arlon etc. |
| Layer Count | 4-36 Layer |
| Laser Drilling | 3Mil |
| TG | >170° |
| TD | >345° |
| Board Thickness Tolerance | 10% |
| Finish Copper Thickness | 1-20OZ |
| Surface Finishing | Immersion Gold, Plating Nickel, Immersion Silver, OSP, Hard Gold, Enepig, HASL lead free |
| Solder Mask | Green, Red, Yellow, Blue, White, Black, Purple, Matte Black, Matte green |
| Silkscreen | Green,Yellow, White, Black |
| Via Process | Tenting Vias, Plugged Vias, Vias not covered |
| Testing | Fly Probe Testing (Free) and A.O.I. testing |
| Delivery Time | 3-10 Working days |
| Aspect ration | 12:1 |
Mit über einem Jahrzehnt Erfahrung in der Leiterplattenherstellung und umfassender Ingenieurserfahrung kann Fastlink Sie bei der Entwicklung und Herstellung von Hochtemperatur-Leiterplatten unterstützen. Wir können Hochtemperatur-Leiterplatten mit einem Tg-Wert von über 180 °C herstellen. Darüber hinaus bieten wir unseren Kunden auch metallbasierte Leiterplatten mit hervorragender Wärmeableitungsleistung, darunter Aluminium-Leiterplatten, LED-Leiterplatten, Metallkern-Leiterplatten und Kupfer-Leiterplatten.
Wir können FR4-Leiterplatten und andere Hochtemperatur-Leiterplatten liefern, die auf die spezifischen Anforderungen Ihres Leiterplattenprojekts zugeschnitten sind. Wenn Sie sich nicht sicher sind, ob Ihre Anwendungen die Verwendung von Hochtemperatur-Leiterplatten erfordern oder ob andere spezifische Anforderungen bestehen, können Sie sich gerne an uns wenden. Unser Team aus erfahrenen Ingenieuren bei Fastlink unterstützt Sie bei der Analyse Ihres Projekts und gibt Ihnen entsprechende Empfehlungen und Anleitungen.