Comment choisir le Tg d’un PCB ?

C'est quoi le Tg d’un PCB?

Dans la fabrication de PCB, l’abréviation « Tg » signifie « Glass Transition Temperature » (température de transition vitreuse), c’est-à-dire la température à laquelle un matériau passe de l’état solide à un état élastique et caoutchouteux lorsqu’il est chauffé. Comme on le sait, le PCB doit être ignifuge. Il ne peut pas brûler à une certaine température ; il ne peut que ramollir.

Lorsque la température dépasse le Tg, le matériau du substrat PCB FR-4 passe d’un état cassant et rigide à un état mou. Cette transition peut entraîner des changements dimensionnels et une déformation du PCB, affectant finalement ses propriétés mécaniques et électriques. Par conséquent, lors du choix des matériaux PCB, il est nécessaire de prendre en compte la plage de températures de fonctionnement requise afin de s’assurer que la valeur de Tg du matériau sélectionné répond aux exigences de conception.

Les substrats PCB ayant des valeurs de Tg élevées permettent de garantir que les dispositifs électroniques peuvent fonctionner correctement dans diverses conditions environnementales, que ce soit pendant les été chauds ou les hivers froids. Dans la conception et la fabrication de PCB, le choix d’un substrat avec une valeur de Tg appropriée est un facteur crucial pour assurer la qualité et les performances du produit.

Classe de Tg des PCB

Dans la fabrication de PCB, les ingénieurs sélectionnent le substrat FR-4 approprié en fonction des exigences de l’application. Le matériau de base standard est un système de résine époxy, et la valeur de Tg est l’indicateur le plus courant utilisé pour classer les grades de matériau FR-4.

En fonction de la température, il est généralement divisé en trois niveaux, à savoir Tg général, Tg moyen et Tg élevé.

Tg Général

La température de transition vitreuse (Tg) des plaques FR-4 standard est généralement d’environ 130-140 °C. Cependant, grâce à ses excellentes propriétés physiques, à une technologie de production bien maîtrisée et à son coût abordable, ce matériau reste privilégié par la majorité des fabricants de circuits imprimés.

Par exemple, pour les produits électroniques grand public 3C classiques, les exigences en température ne sont pas élevées, et il suffit de choisir une valeur Tg standard. En général, la technologie de traitement des plaques Tg standard est mature et simple, le coût de production est faible, et le matériau offre une bonne rentabilité économique.

Tg Moyen

La valeur de Tg moyen est d’environ 150 °C. Comparées aux plaques FR-4 ordinaires, les plaques Tg150 offrent une meilleure résistance à la chaleur, à l’humidité et aux produits chimiques. Elles peuvent fonctionner de manière fiable pendant de longues périodes dans des environnements chauds, humides et corrosifs.

Par conséquent, les plaques Tg150 conviennent aux applications à exigences plus élevées, telles que les circuits numériques haute vitesse, les circuits à micro-ondes et les circuits haute fréquence. Cependant, le traitement des plaques Tg150 est plus complexe que celui des plaques standard, et leur coût est plus élevé.

Tg Élevé

Lorsque la valeur de Tg d’un substrat dépasse 170 °C, cela indique que le PCB possède une haute résistance à la chaleur, à l’humidité, aux produits chimiques, ainsi que des caractéristiques stables et durables. Cela est crucial pour les procédés sans plomb, où une valeur Tg élevée est indispensable.

Les plaques Tg élevé sont recommandées si :

- Le PCB comporte plusieurs couches

- La température de soudure est élevée (≥230 °C)

- La température de fonctionnement est supérieure à 100 °C

- Les contraintes thermiques de soudage sont importantes (ex. soudage à la vague)

Ces plaques sont principalement utilisées pour les PCB multicouches complexes (10 couches ou plus), l’industrie automobile, les matériaux d’emballage, les substrats embarqués, les instruments de précision pour contrôle industriel, les routeurs, et d’autres secteurs nécessitant une haute fiabilité.

Cependant, il faut noter que plus la valeur de Tg est élevée, plus le coût du PCB est important. Une valeur Tg élevée signifie également que le PCB sera plus dur et cassant, ce qui peut influencer la qualité du perçage mécanique et les propriétés électriques lors de son utilisation. Le choix du Tg doit donc être fait en fonction de vos besoins et de votre budget.

Lors du choix d’un laminé FR-4, il faut tenir compte des propriétés électriques, mécaniques, chimiques et thermiques. Dans la majorité des cas, les plaques Tg moyen ou bas sont suffisantes.

Pour les PCB multicouches complexes, certains fabricants comme JLCPCB proposent des options FR-4 à Tg élevé. Par exemple, le service « High Precision PCB » peut fabriquer des PCB jusqu’à 20 couches, idéal pour les projets nécessitant des agencements complexes et une grande intégration. Ce matériau Tg élevé maintient la stabilité à haute température et assure de bonnes performances.

Comment choisir le Tg d’un PCB

Le choix de la température maximale de fonctionnement (Tg) d’un PCB est une décision importante, car il détermine la fiabilité et les performances du PCB dans des environnements à haute température. Voici quelques conseils pour choisir le Tg d’un PCB :

1. Comprendre l’environnement d’application

Déterminez d’abord la température maximale que le PCB pourrait rencontrer dans son environnement d’utilisation. Prenez en compte : La température ambiante La chaleur générée par les composants La dissipation thermique Cela vous aidera à déterminer la plage de Tg souhaitée pour le PCB.

2. Considérer la température maximale des composants

Vérifiez la température maximale de fonctionnement des composants que vous comptez utiliser sur le PCB. Assurez-vous que le Tg du PCB sélectionné répond au moins aux exigences de température maximale de tous les composants. En général, le Tg du PCB doit être supérieur à la température maximale des composants pour garantir leur fonctionnement normal et leur durée de vie.

3. Choisir le matériau PCB approprié

Sélectionnez un matériau de PCB avec un Tg élevé. Le Tg représente la capacité du substrat PCB à maintenir sa résistance structurelle et ses propriétés électriques sous des conditions de haute température prolongée.

4. Prendre en compte le processus de fabrication du PCB

Les différents processus de fabrication peuvent influencer le Tg du PCB. Certains procédés peuvent réduire la Tg. Lors du choix d’un fabricant de PCB, il est important de comprendre clairement leurs procédés de fabrication et leur capacité à contrôler le Tg, afin de s’assurer que le PCB pourra respecter vos exigences de Tg.

En résumé, le choix de la température maximale de fonctionnement (Tg) d’un PCB nécessite de prendre en compte l’environnement d’application, la température maximale des composants, le matériau du PCB et les processus de fabrication. Assurez-vous que le PCB sélectionné possède un Tg suffisamment élevé pour garantir sa fiabilité et ses performances dans des environnements à haute température.