Veličina Tg

Teplota skelného přechodu Tg je kritickým parametrem pro materiály používané při výrobě desce plošných spojů. Tg označuje teplotu, při níž materiál přechází ze sklovitého stavu do elastického stavu při nepřetržitém zahřívání.

PCB s vysokým Tg jsou zvláště důležité pro aplikace, které čelí extrémním podmínkám. Podívejme se na význam Tg, výhody desek plošných spojů s vysokým Tg a oblasti, kde jsou tyto desky využitelné.

Tg důležitá hodnota pro tepelnou odolnost

Teplota skelného přechodu Tg je klíčovým ukazatelem pro tepelnou odolnost materiálu. Běžná hodnota Tg pro PCB FR4 se pohybuje okolo 140 stupňů Celsia, což odpovídá plastickému chování materiálu. V případě PCB s vysokým Tg je tato hodnota výrazně vyšší, přes 170 stupňů Celsia, což znamená, že materiál zůstává v elastickém stavu při vyšších teplotách.

Když pracovní teplota dosáhne nebo přesáhne hodnotu Tg, PCB začne měnit svůj tvar z pevného na tekutý stav, což může způsobit selhání zařízení. To platí zejména pro aplikace, které jsou vystaveny vysokým teplotám, jako jsou průmyslové procesy, automobilová elektronika a telekomunikace.

Výhody PCB s vysokým Tg

PCB s vysokým Tg nabízejí několik výhod. Zde je jejich výčet.

Stabilita: PCB s vysokým Tg mají větší stabilitu v tepelné odolnosti, odolnosti proti chemikáliím a vlhkosti. To je zásadní pro zařízení v náročných prostředích.

Rozptyl tepla: Tyto desky mají schopnost efektivně odvádět teplo. To je nezbytné pro zařízení s vysokou hustotou výkonu a velkým množstvím generovaného tepla, jako bývají výkonné procesory počítačů.

Ideální pro vícevrstvé a HDI PCB: materiály s vysokým Tg jsou často volbou pro vícevrstvé desky a PCB s vysokou hustotou obvodů (HDI) kvůli své schopnosti udržet spolehlivost vlastností v náročných konstrukcích.

Aplikace High-Tg PCB 
PCB s vysokým Tg nacházejí uplatnění v řadě průmyslových odvětví, kde jsou kladeny vysoké nároky na tepelnou odolnost a stabilitu. Jimi jsou:

• Průmyslová kontrola: PCB s vysokým Tg jsou klíčové pro řídící jednotky PLC (programmable logic controller), které řídí dlouhodobé výrobní procesy, jako je řezání, broušení, svařování a tavení kovů. Tato zařízení generují vysoké teploty i vibrace, a právě PCB s vysokým Tg zajišťují spolehlivost takového provozu.
   
• Automobilová elektronika: V automobilovém průmyslu jsou PCB s vysokým Tg nezbytné pro řídicí jednotky motoru a další elektronické součásti. Tyto součásti musí odolat vysokým teplotám způsobeným provozem vozidla.
   
• Telekomunikace: PCB s vysokým Tg jsou klíčové pro přepínací brány a komunikační zařízení, která generují velké množství tepla. Tato zařízení musí být spolehlivá a stabilní i při dlouhodobém provozu.

Materiály pro PCB s vysokým Tg

Pro výrobu desek plošných spojů s vysokým teplotním bodem skelného přechodu Tg jsou určené materiály, které jsou nehořlavé a odolné vůči teplotním extrémům. Tyto materiály zahrnují epoxidové pryskyřice a polymery, které mají schopnost zpomalovat hoření, což zvyšuje jejich odolnost.

1. FR4: Zkratka označuje Glass Fibre Reinforced Epoxy Laminate. Jedná se o epoxidový sklolaminátový kompozit, který patří do třídy NEMA (= americký stupeň třídy pro epoxidový laminátový materiál vyztužený sklem). FR v názvu označuje zpomalovač hoření, a tento materiál byl testován na vlastnosti zpomalující hoření podle normy UL94V-0. FR4 nabízí vysokou odolnost vůči vlhkosti a teplotním výkyvům, což je důležité pro PCB s vysokým Tg. Tento materiál dokáže efektivně odvádět teplo, což je důležité pro stabilitu vodičů a dielektrik.

2. IS410: Laminátový a prepregový materiál, který dosahuje teplotního bodu Tg 180°C. Tento materiál je schopen odolat opakovaným teplotním výkyvům a je testován na pájení při vysokých teplotách, až do 288°C. IS410 může být také využit při bezolovnatém pájení v průmyslové výrobě PCB.

3. IS420: Je vysoce výkonná multifunkční epoxidová pryskyřice. Nabízí vynikající tepelný výkon a má nízkou míru roztažnosti ve srovnání s běžnými materiály FR4. Tento materiál má také schopnost blokovat UV záření, což je užitečné pro automatizovanou vizuální kontrolu výroby desek plošných spojů (AOI Automated Optical Inspections), a je vhodný pro aplikace, kde je nutná vysoká stabilita.

4. Venture Isola-G200 směs bismaleimidu/triazinu (BT) a epoxidové pryskyřice poskytuje lepší tepelné, mechanické a elektrické vlastnosti oproti většině epoxidových materiálů (BT). G200 Vyniká svou vysokou tepelnou odolností, mechanickou pevností a elektrickým výkonem. Tento materiál je často využíván pro vícevrstvé desky s plošnými spoji, kde je klíčová spolehlivost výroby.

Materiály s vysokým Tg využívané pro výrobu desek plošných spojů v Gatema PCB

• Špičkový epoxidový laminát a prepreg ISOLA 370HR je nejlepší bezolovnatý kompatibilní produkt ve své třídě pro vysoce spolehlivé aplikace na široké škále trhů. 370HR poskytuje vynikající tepelný výkon s nízkým koeficientem tepelné roztažnosti (CTE) a mechanickými, chemickými vlastnostmi a odolností proti vlhkosti, které se rovnají nebo překračují výkon tradičních materiálů FR-4. Tg= 180°C.
   
• Materiál Ventec VT47 je vysoce kvalitní FR-4 materiál vhodný i pro vysoko výkonnostní aplikace. Ventec VT47 je fenolem tvrzená pryskyřice s hodnotou Tg 180°C.
   
• Laminátové materiály ISOLA Tera® MT40 vykazují výjimečné elektrické vlastnosti, které jsou velmi stabilní na široké frekvenci a teplotní rozsah.  Hodnota Tg u ISOLA Tera® MT40 je  200 °C.
   
• DuPont™ Pyralux® AP – oboustranný, mědí plátovaný laminát a polyimidový kompozit z polyimidového filmu vázaný na měděná fólie. Tento materiál je ideální pro vícevrstvé aplikace jako flex a rigid flex, které vyžadují pokročilé materiálové vlastnosti, teplotní odolnost a vysokou spolehlivost. Skelný přechod DuPont™ Pyraluxu® AP je Tg= 220 stupňů Celsia
   
• ROGERS uhlovodíkový keramický laminát Rogers  RO4003C  je navržen tak, aby nabízel vynikající vysokou frekvenci. Materiál s PTFE pryskyřicí a keramikou nabízí Tg >280°C. Podobnými vlastnostmi se pyšní i Roger RO4350B, který rovněž využíváme pro výrobky v Gatema PCB.
   
• ThinFlex-W22, W-2005RD-C je oboustranný (D/S) laminát plátovaný mědí, který používá ThinFlex TPI fólie a oboustranně laminovaný  měděnou fólií. Materiál ThinFlex-W22 je určený pro širokou škálu aplikací flexibilních obvodů, které vyžadují pokročilý výkon materiálu a vysokou spolehlivost
  Tg ≧ 350℃.

Všechny uvedené materiály, které využíváme v Gatema PCB jsou určené především pro vícevrstvé PCB s požadavky na vyšší Tg. Materiály mají mírně vyšší nároky na zpracování, ale nacházejí uplatnění v oborech automotive, medical, průmyslových aplikacích a v odvětví komunikační a výpočetní techniky.

Závěr

PCB s Tg nad 170 ºC jsou nezbytné pro aplikace, které čelí extrémním teplotám, vlhkosti a chemikáliím. Platí, že  čím je vyšší hodnota Tg, tím lepší je tepelná odolnost desky plošných spojů a odolnost proti vlhkosti. Schopnost PCB odolat extrémním vlivům a zachovat stabilitu a spolehlivost je nezbytná pro mnoho průmyslových odvětví. Vývoj a výroba PCB s vysokým Tg přináší stabilitu elektronických zařízení, což má neodmyslitelně významný dopad na moderní technologie.