A Tg érték vagy más néven üvegesedési hőmérséklet (glass transition temperature) a PCB tervezők és a hardverfejlesztők számára kritikus paraméter az alapanyag kiválasztásakor. Ebben a cikkben elmagyarázzuk, hogy mit kell figyelembe venni az elektronikai szerelvény későbbi működése szempontjából, és megfogalmazunk egy ökölszabályt a megfelelő Tg értékre vonatkozóan.
A Tg érték szerepe az elektronikai tervezésben
Az FR-4 Tg értéke a mérnökök számára döntő fontosságú kiválasztási kritérium. Ezen a hőmérsékleten ugyanis a gyanta kemény, merev állapotból lágy, rugalmas állapotba megy át, ami a Z tengelyű tágulás (CTEz) jelentős növekedését okozza. Ez a tágulás repedésekhez vezethet az átvezető furatokban, valamint a belső réteg/via bekötések között. Ezenkívül delamináció is előfordulhat, ami a préselt laminátum részleges leválásához vezet, ez pedig végül az elektronikai eszköz meghibásodását okozza.
Az FR-4 alapanyagok tipikus Tg értékei a következők:
- Standard Tg 130°C
- Közepes Tg 150°C
- Magas Tg 170°C
Miért fontos a Tg érték?
A felhasznált FR4 alapanyag Tg értékét gondosan kell megválasztani annak érdekében, hogy az üzemi hőmérséklet (pl. a környezeti hőmérséklet vagy az IC-k környezetében uralkodó hőmérséklet) mindig bizonyos tűréshatár alatt maradjon.
Általában a Tg értéknek körülbelül 20-30°C-kal kell az eszköz legmagasabb üzemi hőmérséklete felett lennie.
Például: Egy modul maximális hőmérséklete 85°C, amihez hozzáadódik az említett 30°C-os tűrés. Ez azt jelenti, hogy az alapanyag Tg értékének legalább 115°C-nak kell lennie. Egy legfeljebb 125°C-os maximális üzemi hőmérsékletű szerelvény, plusz a 30°C-os tűrés esetében a Tg értéknek ≥155°C-nak kell lennie. Ebben az esetben magas, 170°C-os Tg értékű alapanyagra van szükség.
Költségek és teljesítmény
Az elektronikai alkatrészek beültetésekor a forrasztási folyamat nagy hőterhelést jelent a nyomtatott áramköri lapokra. Ebben az esetben azonban a Tg érték kevésbé számottevő kiválasztási paraméter, hiszen a magasabb Tg érték nem feltétlenül jelent nagyobb hőállóságot a folyamat során. Mindössze annak a valószínűsége csökken, hogy a PCB sérül a forrasztási folyamat alatt. A magasabb Tg érték azonban magasabb anyagköltséget és bonyolultabb gyártási folyamatot jelent.
Érdemes még valamit szem előtt kell tartaniuk a fejlesztőknek: A Tg érték növelésére alkalmazott intézkedések gyakran együtt járnak a réz tapadási szilárdságának csökkenésével, ami kiszolgáltatottabbá teszi az alapanyagot; ezért a PCB gyártó bonyolultabb gyártási folyamatot alkalmaz.
A termomechanikai hibák, például a delamináció kockázatának minimalizálása érdekében a nyomtatott áramköri lapok beültetési folyamatában más paramétereket is figyelembe kell venni, különösen a bomlási hőmérsékletet (Td).
A nyomtatott áramköri lapokra forrasztott alkatrészek alapanyagra gyakorolt hatásainak megértése érdekében 2013-ban részletes cikket publikáltunk a témában, amely ma is releváns.
> Milyen gyakran lehet egy Eurocircuits PCB-t ólommentes forrasztási hőmérsékletre emelni?
Az FR-4 tulajdonságai
Egy másik blogbejegyzésben az FR-4 alapanyag tulajdonságait, feldolgozási módszereit, és a PCB tervezés szempontjából kulcsfontosságú paraméterek összefüggéseit ismertetjük. Ezek megértése segít a megbízható hardverek tervezésében.
> Mit kell tudni az FR-4 alapanyagról?
Az Eurocircuits tesztelte az FR-4 alapanyagok teljesítményét kifejezetten ólommentes forrasztási eljárásokhoz. Rendelésösszevonásra optimalizált gyártásunkban olyan alapanyagot használunk, amelynek átlagos Tg értéke 145°C, Td 350°C és CTEz 3%: Isola IS400 és NanYa NP-155-F.
> Válassza az Eurocircuits STANDARD pool PCB gyártási és beültetési szolgáltatását!
Összefoglalva a legfontosabb állításokat:
- A Tg érték döntő paraméter az FR-4 alapanyagok kiválasztásánál
- Az irányadó a végtermék folyamatos üzemi hőmérséklete. A Tg értéknek 20-30°C-kal a legmagasabb üzemi hőmérséklet felett kell lennie
- A magasabb Tg érték előnyökkel jár a hőstabilitás és a megbízhatóság szempontjából, de drágábbá teszi a nyomtatott áramköri lapot
Értesüljön legfrissebb híreinkről elsőként! Kövessen minket!
