Tg stellt den Temperaturbereich dar, in dem das Grundmaterial einer Leiterplatte von einem festen, starren und glasartigen Zustand in einen gummiartigen Zustand übergeht. Es ist wichtig, eine Leiterplatte mit einem Tg-Wert auszuwählen, der mindestens 20–25 Grad Celsius über der erwarteten Betriebstemperatur des Geräts liegt. Dies gewährleistet die Stabilität der Platte und verhindert negative Auswirkungen während des Herstellungsprozesses. Leiterplatten mit hohem Tg-Wert verfügen über eine hervorragende thermische Beständigkeit, mechanische Festigkeit und chemische Stabilität, was sie für den zuverlässigen Betrieb in elektronischen Anwendungen mit hoher Dichte unerlässlich macht.
Was ist eine Leiterplatte mit hohem TG?
Eine Leiterplatte mit hoher Tg bezieht sich auf eine Leiterplatte mit einer hohen Glasübergangstemperatur (Tg). Tg ist die Temperatur, bei der das Grundmaterial der Leiterplatte von einem festen und starren Zustand in einen eher gummiartigen Zustand übergeht. Das heißt, Tg ist eine mechanische Eigenschaft, die die Glasübergangstemperatur bezeichnet, also die höchste Temperatur, bei der das Substrat starr bleibt.
Eine normale PCB-FR4-Tg liegt bei 130–140 Grad, die mittlere Tg liegt über 150–160 Grad und die hohe Tg liegt über 170 Grad. Durch die Verwendung von Materialien mit höheren Tg-Werten können Leiterplatten mit hohem Tg höheren Temperaturen standhalten, ohne dass es zu Verformungen, Delaminationen oder anderen thermischen Problemen kommt. Dadurch eignen sie sich für Anwendungen, bei denen Wärmeableitung und Wärmemanagement von entscheidender Bedeutung sind, um die Langlebigkeit und Leistung elektronischer Komponenten auf der Platine sicherzustellen.
Eigenschaften von Leiterplatten mit hoher Tg
Leiterplatten mit hohem Tg-Wert verfügen über mehrere Schlüsseleigenschaften, die sie für einige Anwendungen vorteilhaft machen.
Hohe Temperaturbeständigkeit: Leiterplatten mit hoher Tg sind so konstruiert, dass sie erhöhten Temperaturen standhalten, ohne ihre strukturelle Integrität zu verlieren. Sie zeichnen sich durch eine hervorragende Hitzebeständigkeit aus und verhindern so Probleme wie Verformung oder Delaminierung während des Betriebs.
Verbesserte mechanische Festigkeit: Diese Leiterplatten bieten eine verbesserte mechanische Stabilität und stellen sicher, dass sie den Belastungen durch Montageprozesse, Vibrationen und Temperaturwechsel standhalten. Ihre robuste Konstruktion erhöht die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit des Boards.
Verbesserte Signalintegrität: Leiterplatten mit hoher Tg sorgen für eine bessere Signalübertragung und einen geringeren Signalverlust, insbesondere bei Hochfrequenzanwendungen. Ihre überlegenen elektrischen Eigenschaften tragen zu einer verbesserten Signalintegrität bei und minimieren Signalverzerrungen.
Zuverlässiges Wärmemanagement: Aufgrund ihrer Fähigkeit, höheren Temperaturen standzuhalten, ermöglichen Leiterplatten mit hoher Tg eine effiziente Wärmeableitung und verhindern so eine Überhitzung empfindlicher elektronischer Komponenten. Diese Eigenschaft ist entscheidend für die Aufrechterhaltung einer optimalen Leistung und die Vermeidung thermisch bedingter Ausfälle.
Chemische Resistenz: Leiterplatten mit hohem Tg weisen eine verbesserte Beständigkeit gegenüber Chemikalien und Lösungsmitteln auf, was sie in rauen Umgebungen langlebiger macht. Diese Eigenschaft gewährleistet ihre langfristige Funktionalität und Zuverlässigkeit auch unter schwierigen Einsatzbedingungen.
Designflexibilität: Leiterplatten mit hoher Tg können mit mehreren Schichten hergestellt werden, was die Erstellung komplexer Schaltkreise ermöglicht und fortschrittliche Technologien wie hochdichte Verbindungen und Fine-Pitch-Komponenten unterstützt.
Vorteile von Leiterplatten mit hoher Tg
Perfekt für Multilayer- und HDI-Leiterplatten
Multilayer- und High-Density-Interconnect-Leiterplatten, die für ihre kompakte Größe und dicht gepackten Schaltkreise bekannt sind, neigen dazu, viel Wärme zu erzeugen. Leiterplatten mit hoher Tg sind ideal für diese Art von Leiterplatten, da sie die erhöhte Wärmeableitung bewältigen können, ohne den Herstellungsprozess zu beeinträchtigen. Dies stellt sicher, dass die Leiterplatten auch in anspruchsvollen Anwendungen zuverlässig und langlebig sind.
Erhöhte Stabilität mit PCB-Substraten mit hoher Tg
Durch Erhöhen der Tg oder Glasübergangstemperatur eines PCB-Substrats kann die Leistung der Platine erheblich gesteigert werden. Eine höhere Tg bedeutet eine bessere Beständigkeit gegenüber Hitze, Chemikalien und Feuchtigkeit, was die Gesamtstabilität des Geräts erhöht. Diese Verbesserung ist entscheidend für Elektronik, die unter Stressbedingungen zuverlässig funktionieren muss.
Umgang mit hoher Leistungsdichte
Geräte, die aufgrund der hohen Leistungsdichte viel Wärme erzeugen, können von Leiterplatten mit hoher Tg profitieren. Diese Platinen sind so konzipiert, dass sie die Wärme effektiv leiten und sicherstellen, dass das Gerät funktionsfähig und sicher bleibt. Anstatt eine größere Leiterplatte zur Wärmeableitung zu verwenden, was das Design und die Leistungsanforderungen ändern kann, bietet eine Leiterplatte mit hoher Tg eine effizientere Lösung.
Anwendungen von Leiterplatten mit hoher Tg
Mit dem schnellen Wachstum der Elektronikindustrie werden Materialien mit hoher Tg zunehmend in verschiedenen Anwendungen wie Computern, Kommunikationsgeräten, Präzisionsinstrumenten und mehr eingesetzt. Da elektronische Produkte eine höhere Funktionalität und mehrschichtige Entwicklung anstreben, erfordern PCB-Substratmaterialien eine höhere Hitzebeständigkeit als Voraussetzung. Die Entstehung und Weiterentwicklung hochdichter Montagetechnologien wie SMT und CMT haben dazu geführt, dass Leiterplatten zunehmend auf Substrate mit überlegener Hitzebeständigkeit angewiesen sind, insbesondere in Fällen, in denen es um dünnere Schichten, kleine Öffnungen und feine Verdrahtungen geht.
Darüber hinaus erfreuen sich Materialien mit hohem Tg-Wert in der LED-Beleuchtungsindustrie zunehmender Beliebtheit. LEDs erzeugen im Vergleich zu herkömmlichen elektronischen Bauteilen mehr Wärme. Während Metallkern-Leiterplatten, wie z. B. Aluminium-Leiterplatten, eine hervorragende Wärmeableitung bieten, verwenden sie das gleiche strukturelle Design FR-4-Karten ist deutlich kostengünstiger.
Tg für Leiterplatten
Bei Leiterplatten entspricht Tg der Temperatur, bei der Glasfasern beim Laminieren von Schichten aus unterschiedlichen Materialien unter hoher Temperatur und hohem Druck amorph werden. Dabei handelt es sich nicht um die maximale Betriebstemperatur der Leiterplatte, sondern um die Temperatur, der die Leiterplatte kurzzeitig standhalten kann, bevor sie sich verschlechtert.
Kupferkaschiertes Laminat (FR4) mit Bildgebung auf der Innenschicht ist das am häufigsten verwendete Material in der Leiterplattenproduktion, erfordert jedoch die Verwendung von PREPRG-Schichten, die aus Gründen der Steifigkeit laminiert werden. Die für die PREPRG-Steifigkeit erforderliche Wärme muss angewendet werden, ohne die FR4-Tg zu überschreiten, um die PCB-Stabilität aufrechtzuerhalten. Die Standard-FR4-Tg liegt zwischen 130 und 140 °C, mit einer mittleren Tg von 150 °C und einer hohen Tg von mehr als 170 °C. Im heißen Zustand weist FR4 mit hoher Tg eine bessere mechanische und chemische Beständigkeit gegenüber Hitze und Feuchtigkeit auf als Standard-FR4.
Tg für Leiterplattenmontage
Temperaturschwankungen können die Leistung und Zuverlässigkeit von Leiterplattenbaugruppen (PCBAs) erheblich beeinträchtigen. In Leiterplatten verwendete Materialien dehnen sich bei steigenden Temperaturen aus, was zu mechanischer Spannung und möglichen Mikrorissen führt. Diese Mikrorisse bleiben bei elektrischen Tests nach der Produktion oft unentdeckt. Ohne ordnungsgemäße Erkennung kann es bei der Montage oder sogar im Endprodukt zu Fehlern kommen, die zu Zuverlässigkeitsproblemen führen. Darüber hinaus hat die Umstellung auf bleifreie Lötlegierungen, wie in den RoHS-Richtlinien vorgeschrieben, die Löttemperatur für Leiterplatten erhöht. Um die Integrität von PCBAs sicherzustellen, ist es von entscheidender Bedeutung, eine Leiterplatte mit geeigneten mechanischen Eigenschaften auszuwählen, insbesondere einer angemessenen Tg, die zum gewählten Lötprozess passt.
Wann benötigen Sie eine Leiterplatte mit hohem Tg?
Wenn Ihre Leiterplatte einer thermischen Belastung von nicht mehr als 25 Grad Celsius unter der Tg nicht standhalten kann, benötigen Sie für Ihre Anwendungen eine Leiterplatte mit hoher Tg. Wenn der Kreislauf bei 150 °C betrieben werden muss, wird ein Material mit einer Tg größer oder gleich 180 °C bevorzugt. Solche Anforderungen werden typischerweise in Raumfahrtanwendungen gesehen. Darüber hinaus gewährleistet es auch Sicherheit mit Leiterplatten mit hoher Tg, wenn Ihr Produkt im Temperaturbereich von 130 Grad Celsius oder höher betrieben wird. Es versteht sich von selbst, dass der Hauptgrund für Leiterplatten mit hoher Tg die Umstellung auf RoHS-Leiterplatten ist. Daher tendieren immer mehr Leiterplattenindustrien zu Materialien mit hoher Tg, da bleifreies Lot zum Fließen höhere Temperaturen benötigt.
Bei VictoryPCB verwendete Materialien mit hoher Tg
| Werkstoff | Tg-Wert |
|---|
| FR370HR | 180°C |
| I-Geschwindigkeit | 180°C |
| N4380-13RF | 200°C |
| RO4350 B | 280°C |
| RO4003 C | 280°C |
| S1000-2/S1000-2B | 185°C |
| S1170G/S1170GB | 180°C |
| IT180A | 190°C |
Der Unterschied zwischen Standard-FR-4-Materialien und Materialien mit hoher Tg besteht darin, dass Leiterplattensubstrate mit hoher Tg hinsichtlich mechanischer Festigkeit, Dimensionsstabilität, Haftung, Wasseraufnahme und Wärmemanagement eine bessere Leistung erbringen. Wenn Sie weitere Fragen haben, wenden Sie sich bitte an uns kontaktiere uns und unser Leiterplattenexperte hilft Ihnen bei der Auswahl der richtigen Materialien für Leiterplatten mit hohem Tg.
