高Tg PCB vs. 標準FR-4：優れた熱性能を発揮するのはどちら？

電子機器では,温度が静かな殺し手です.自動車エンジン室から産業用オーブンまで,PCBはしばしば温度が150°C以上に達する環境で動作します.これらのシナリオでは,機能する装置と機能しない装置の違いは PCBの基板に 基づいていることが多い高TgPCBと標準FR-4は最も一般的な2つのオプションですが,熱圧下で劇的に異なる性能を持っています.ご希望の求人向けに適切なものを選択するのに役立ちます..

Tg は 何 で,なぜ 重要 です か
ガラスの移行温度 (Tg) は,PCB基板が硬いガラスのような状態から柔らかいゴム状状態に変化する温度である.Tg以下では,材料は機械的強度を維持する.介電性Tgを超えると変形し,隔熱能力を失い,溶接器の関節の故障や痕跡裂けのリスクがあります.

この移行は,LEDドライバから電気自動車 (EV) のコントローラまで,現代の電子機器がかなりの熱を発生するため,極めて重要です.産業用モーターコントローラが動作中に160°Cに達する低TgのPCBはここで急速に分解し,高Tgの基板は形と性能を維持します.

高Tg PCB と 標準 FR-4: 重要な違い
この比較で示したように,2つの基板は5つの重要な領域で異なる:

熱性能:高Tg PCB が輝く場所
熱は2つの基板の最大の違いである.以下のように高温のシナリオで動作する:

1変形耐性
標準FR-4は,温度がTg (130~140°C) を超えると柔らかくなり始めます. 150°Cでは,1メートルあたり0.3~0.5mmの歪みをみ,溶接接が割れ,またはパッドから痕跡が引き離される可能性があります.これはEVのバッテリー管理システム (BMS) のような 精密装置では 壊滅的なことです0.1mmの歪みでも 重要なセンサーを切り離すことができます

高TgPCBは,170°C以上にはかなり硬いままである.180°CのTg基板は,190°Cでは最小限の歪み (<0.1mm/m) しか示さない.熱いモーターの近くで動作する自動車用PCBや工業用インバーター制御装置に最適化.

2次元安定性
熱はすべての材料を膨張させるが,標準FR-4はTgを超えるとかなり膨張する.熱膨張係数 (CTE) は ~15 ppm/°C (Tg以下) から70+ ppm/°C (Tg以上) に跳ね上がります銅 (CTE: 17 ppm/°C) とのこの不一致は,基板から脱ぐ"銅の引き上げ"痕跡を引き起こす.

高TgPCBは強化樹脂システムにより,CTEが低く安定している (20~30ppm/°C,Tg以上でも).これはLED電源における高密度PCBにとって必須の銅痕にストレスを軽減する.,3ミリメートルくらいの距離です

3. 熱の下での電解特性
Tg 以上の標準FR-4の介電常数 (Dk) は 10~15%,損失触角 (Df) は 20~25%増加する.これは信号の整合性を低下させ,高周波設計 (例えば,電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電波の電.安定したインペダンスが重要な場合.

高Tg基質は180°Cまで一貫したDk (±3%) とDf (±5%) を維持する.例えば,高Tg FR-4はTgが170°CでDkが160°Cで4.2であり,標準FR-4のDkは4である.同じ温度で 8この安定性は,正確な信号タイミングに依存する自動運転車内のレーダーモジュールにとって不可欠です.

4耐湿性 耐化学性
熱と湿度は危険な組み合わせである.標準FR-4は,0.15%~0.2%の水分を吸収し,加熱すると蒸気になり,基板に"水泡"を生成する.湿気のある工業環境 (例えば,水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水中水.食品加工工場)数ヶ月以内に短回路を引き起こす可能性があります

高Tg PCB は,水吸収を <0.1% に減らす改変樹脂を使用し,熱耐性と組み合わせると,水は泡になりません.160°Cの 90% の湿度でも 海洋や屋外用電子機器でよく使われます.

高Tg PCB を いつ 選ぶか (そして いつ 標準 FR-4 に 固執 する か)
あなたの選択は,あなたのアプリケーションの温度要求,パフォーマンスニーズ,予算に依存します:

高Tg PCB を選択する
a.デバイスは,温度 ≥150°Cで動作する (例えば,自動車エンジン制御装置,工業炉).
b. 厳しい環境 (例えば航空宇宙航空電子機器) で長期にわたる信頼性 (10年以上) が必要です.
c.シグナル整合性は極めて重要です (5Gベースステーションのような高周波または高速設計).
d.あなたのPCBには密集した部品や細い音の痕跡がある (歪みに関連したショートカットを避けるために).

標準 FR-4 を選択する
a.動作温度が130°C以下に保たれる (スマートテレビ,オフィスプリンターなどの消費電子機器など).
b.コストは主要な懸念事項である (標準FR-4は高Tg代替品より30~50%安価である).
c.デバイスは,使い捨て医療モニターのような寿命が短い (3~5年).

実用的な例:自動車BMS
電気自動車メーカーが バッテリー管理システムで標準FR-4から180°CのTg PCBに切り替えました 結果は?

a. 熱関連歪みによるフィールド障害が72%減少した.
b.BMSは,高速充電中に170°Cに達するバッテリーパックで安定した性能を維持した.
c.PCBの使用寿命は5年から8年以上まで延長され,車両の保証と一致する.

結論
高Tg PCB と 標準 FR-4 は 異なる 目的 を 果たし ます.標準 FR-4 は 低温,短寿命 の デバイス の 費用 効果 的 な 作業馬 です.高Tg PCB は 高温 で 優れています.高信頼性のアプリケーション鍵は,基板のTgをデバイスのオペレーティング環境に合わせることです これを無視すると,早速故障,高価な再加工,または安全リスクにつながる可能性があります.

高TgPCBへの投資は 長寿と性能に報じられます 消費電子機器や低温のシナリオでは標準 FR-4 は,実際的な選択であり続けます.