No projeto e fabricação deplacas de circuito impresso, O valor TG é um parâmetro chave que desempenha um papel decisivo no desempenho e na confiabilidade da placa de circuito. Compreender como selecionar corretamente o valor TG apropriado é crucial para garantir uma operação estável e prolongar a vida útil dos produtos eletrônicos.
1, Entenda o valor TG
O valor TG, também conhecido como temperatura de transição vítrea, refere-se à temperatura na qual os polímeros amorfos (incluindo a porção amorfa dos polímeros cristalinos) transitam entre os estados vítreo e emborrachado. Para o substrato de placas de circuito, quando a temperatura está abaixo do valor TG, o substrato apresenta um estado vítreo duro com boas propriedades mecânicas e estabilidade dimensional; Quando a temperatura excede o valor TG, o substrato gradualmente se transforma em um estado de borracha macia e suas propriedades mecânicas diminuem, a estabilidade dimensional se deteriora e podem ocorrer problemas como deformação e delaminação, afetando seriamente o desempenho elétrico e a confiabilidade da placa de circuito.
2, Requisitos para valores de TG em diferentes cenários de aplicação
Produtos eletrônicos de consumo: Produtos eletrônicos de consumo comuns, como smartphones, tablets, etc., geram calor relativamente limitado durante a operação. Geralmente, placas FR-4 comuns com valores TG entre 130 graus e 150 graus podem ser usadas para atender à demanda. Este tipo de placa tem custo menor e pode garantir o funcionamento estável da placa de circuito em condições normais de temperatura. Tomando os smartphones como exemplo, o calor gerado por chips e outros componentes em suas placas de circuito interno durante o uso normal pode ser controlado dentro de uma certa faixa por meio do design de dissipação de calor, e uma placa de circuito com valor TG normal é suficiente para lidar com isso.
Equipamento de controle industrial: Os ambientes industriais são geralmente complexos e os equipamentos podem enfrentar condições adversas, como alta temperatura e alta umidade, e operar continuamente por longos períodos de tempo. Portanto, a placa de circuito dos equipamentos de controle industrial precisa ter maior estabilidade e confiabilidade. Geralmente é recomendado usar folhas de TG médio a alto com valores de TG variando de 150 graus a 170 graus. Por exemplo, no equipamento de controle de uma linha de produção automatizada, devido à operação contínua do equipamento por muito tempo, a placa de circuito continuará a aquecer. Placas com valores de TG mais elevados podem resistir eficazmente à influência de altas temperaturas, garantir a operação estável do equipamento e reduzir a probabilidade de falha.
No campo da eletrônica automotiva, os dispositivos eletrônicos automotivos não só precisam suportar altas temperaturas em-áreas de alta temperatura, como o compartimento do motor durante a operação, mas também precisam lidar com vibrações, impactos e mudanças drásticas de temperatura durante a operação do veículo. Especialmente as placas de circuito dos principais componentes, como unidades de controle do motor e carregadores de automóveis, exigem confiabilidade extremamente alta. Essas aplicações geralmente exigem folhas de TG alto com valores de TG acima de 170 graus, e até mesmo algumas aplicações-de ponta podem usar materiais especiais com valores de TG superiores a 200 graus. Por exemplo, a placa de circuito da ECU no compartimento do motor de um carro pode manter um desempenho elétrico e mecânico estável sob condições de trabalho em alta temperatura, garantindo controle preciso e operação confiável do motor do carro.
Produtos aeroespaciais e militares: Esses campos atingiram os requisitos extremos de confiabilidade e estabilidade do produto, e qualquer mau funcionamento menor pode levar a consequências graves. As placas de circuito precisam manter alto desempenho em ambientes agressivos, como temperaturas extremas e fortes vibrações. Portanto, os produtos aeroespaciais e militares costumam utilizar materiais especiais com valores de TG extremamente elevados, como substratos cerâmicos, cujos valores de TG são muito superiores aos das placas orgânicas comuns, o que pode garantir que os diversos indicadores de desempenho das placas de circuito não sejam afetados em ambientes agressivos e garantir a operação confiável dos equipamentos em ambientes complexos.
3, Fatores a serem considerados ao selecionar valores de TG
Faixa de temperatura de trabalho: Primeiramente é necessário esclarecer a temperatura máxima que a placa de circuito pode enfrentar durante a operação real. Isto requer uma consideração abrangente de fatores como os elementos de aquecimento internos, o projeto de dissipação de calor e a temperatura ambiente em que o equipamento é usado. Por exemplo, a placa de circuito de controle de um forno industrial operando em um ambiente-de alta temperatura pode ter uma temperatura de trabalho próxima de 100 graus ou até mais alta. Neste caso, é necessário escolher uma placa de alto valor de TG, que suporte essa temperatura e tenha uma certa margem.
Geração de energia e calor dos componentes: A geração de energia e calor de diferentes componentes na placa de circuito varia. Para componentes com alta potência e geração significativa de calor, como chips de alta-potência, resistores de potência, etc., a temperatura na área circundante da placa de circuito aumentará significativamente. Nessas áreas, placas com valores de TG mais elevados devem ser selecionadas para evitar a degradação do desempenho da placa de circuito devido ao superaquecimento local. Por exemplo, a placa de circuito em uma fonte de alimentação de computador requer o uso de placas de alto valor TG para garantir a operação estável do circuito devido à grande quantidade de calor gerada pelos componentes internos de energia durante a operação.
Requisitos de vida útil: Se o produto tiver uma expectativa elevada de vida útil, é particularmente importante escolher o valor TG apropriado. Durante o uso-de longo prazo, mesmo que a temperatura de trabalho não exceda o valor TG, o ambiente contínuo de alta temperatura pode envelhecer gradualmente o substrato da placa de circuito e reduzir seu desempenho. Um valor TG mais alto pode retardar a taxa de envelhecimento do substrato e prolongar a vida útil da placa de circuito. Por exemplo, dispositivos como medidores inteligentes que exigem operação estável de longo-prazo devem usar placas de alto valor TG em suas placas de circuito para garantir desempenho estável durante muitos anos de uso.
Limitação de custos: De modo geral, quanto maior o valor TG do conselho, maior será o seu custo. Ao selecionar os valores de TG, é necessário considerar os fatores de custo de forma abrangente e, ao mesmo tempo, atender aos requisitos de desempenho. Para alguns produtos eletrônicos de consumo que são sensíveis ao custo e têm requisitos de desempenho relativamente baixos, placas de menor valor TG podem ser selecionadas para controlar os custos e, ao mesmo tempo, garantir a confiabilidade básica. Mas para as principais áreas de aplicação, como equipamentos médicos, eletrônica automotiva, etc., a prioridade deve ser dada à garantia de desempenho e confiabilidade, e à seleção razoável de placas de valor TG apropriadas, em vez de focar apenas no custo.
4, Teste e Verificação do Valor TG
Método de análise térmica: O calorímetro de varredura diferencial comumente usado pode medir com precisão o valor TG do substrato da placa de circuito. Ao aquecer a amostra a uma taxa de aquecimento específica e registrar suas mudanças térmicas, quando a temperatura atingir a temperatura de transição vítrea, a curva DSC mostrará uma mudança significativa na linha de base, que pode determinar o valor de TG. Calorimetria de varredura de modulação, calorimetria diferencial síncrona e outros métodos também podem determinar com precisão os valores de TG, que podem analisar com mais precisão as mudanças no desempenho térmico dos materiais durante o processo de transição vítrea em vários graus.
Teste de simulação de ambiente real: Além dos testes de análise térmica em laboratório, testes e verificação também podem ser realizados simulando o ambiente de trabalho real da placa de circuito. Por exemplo, colocar a amostra de placa de circuito preparada em uma câmara de teste de alta-temperatura, aquecê-la de acordo com uma curva de temperatura predeterminada, observar as alterações de desempenho da placa de circuito em diferentes temperaturas, incluindo propriedades elétricas e mecânicas, e verificar se há deformação, delaminação, curtos-circuitos e outros problemas para verificar se o valor TG selecionado atende aos requisitos práticos da aplicação. No campo da eletrônica automotiva, as amostras de placas de circuito são submetidas a testes abrangentes de simulação ambiental envolvendo vários fatores, como alta temperatura, vibração, umidade, etc., para avaliar de forma abrangente a confiabilidade da placa de circuito sob condições operacionais práticas complexas.