Como Selecionar o Tg de uma PCB?

Como Selecionar o Tg de uma PCB

No fabrico de PCBs, a sigla “Tg” significa temperatura de transição vítrea (glass transition temperature). Esta é a temperatura à qual um material passa de um estado sólido e rígido para um estado elástico mais “borrachoso” quando aquecido. Diferente de derreter, o material não se inflama num ponto específico — em vez disso, ele amolece quando a temperatura ultrapassa o seu Tg.

Quando a temperatura excede o Tg, o material do substrato (como FR-4) pode passar de duro e frágil para mais mole, provocando alterações dimensionais e deformações na placa, o que pode afetar as propriedades mecânicas e eléctricas da mesma. Por isso, ao selecionar o material da PCB, é essencial considerar a faixa de temperatura de funcionamento necessária para garantir que o Tg do material escolhido atende aos requisitos de projeto.

Placas com valores de Tg mais elevados ajudam a assegurar que o dispositivo electrónico funcione de forma estável em diferentes condições ambientais, seja no verão quente ou no inverno frio. Selecionar um material com um valor de Tg adequado é um fator crucial para garantir a qualidade e desempenho da sua PCB.

Classes de Tg em PCBs

No fabrico de PCBs, os engenheiros escolhem o substrato FR‑4 adequado com base nas necessidades da aplicação. O material base padrão é um sistema de resina epóxi, e o valor de Tg é o indicador mais usado para classificar os diferentes tipos de material FR‑4.

De forma geral, segundo a temperatura, os materiais podem ser divididos em três níveis: Tg padrão, Tg médio e Tg alto.

Tg Geral:

A temperatura de transição vítrea (Tg) das chapas FR‑4 baixas situa-se tipicamente entre 130-140°C. No entanto, devido às suas excelentes propriedades físicas, tecnologia de produção consolidada e custo acessível, continua a ser o material preferido pela maioria dos fabricantes de placas de circuito impresso. Por exemplo, para produtos gerais de eletrónica de consumo digital 3C, os requisitos de temperatura não são elevados, sendo suficiente escolher um valor de Tg padrão.

De forma geral, a tecnologia de processamento das placas Tg é madura e simples, o custo de produção é baixo e apresenta boa eficiência económica.

Tg Médio:

O valor médio de Tg situa-se em torno de 150°C. Comparadas com as chapas FR‑4 comuns, as chapas Tg150 oferecem melhor resistência ao calor, à humidade e a produtos químicos. Podem operar de forma fiável por períodos prolongados em ambientes de alta temperatura, alta humidade e condições corrosivas.

Portanto, as placas Tg150 são adequadas para utilização em áreas com requisitos mais elevados, tais como circuitos digitais de alta velocidade, circuitos de frequência de micro-ondas e circuitos de alta frequência. No entanto, o processamento das placas Tg150 é mais desafiante do que o das placas Tg comuns, e o custo destas placas é elevado.

Tg Alto:

Se o valor de transição vítrea (Tg) do substrato estiver acima de 170°C, isso indica que a PCB terá alta resistência ao calor, à humidade, a produtos químicos, resistência constante e outras características importantes. Isto é crucial no processo de soldadura sem chumbo, onde um valor elevado de Tg é essencial.

Se houver restrições de tempo durante o processamento da PCB, múltiplas camadas de PCB, alta temperatura de soldadura (≥230°C), alta temperatura de funcionamento (acima de 100°C) ou tensão térmica significativa durante a soldadura (como na soldadura por onda), é aconselhável escolher uma placa de Tg alto.

As chapas de Tg alto são principalmente utilizadas em PCBs multicamadas complexas (10 camadas), indústria automóvel, materiais de embalamento, substratos embutidos, instrumentos de precisão para controlo industrial, routers e outros setores. No entanto, deve-se notar que quanto maior o valor de Tg, maior será o custo da placa de circuito impresso. Em geral, um Tg mais elevado indica melhor resistência térmica da placa, resultando em menor deformação e maior resistência à curvatura.

No entanto, devido ao elevado ponto de transição vítrea (Tg), isso indica que os requisitos de temperatura da placa também são elevados durante o processamento e prensagem. Como resultado, a placa será relativamente dura e frágil, o que pode afetar a qualidade da perfuração mecânica subsequente e as características elétricas do seu uso em certa medida. O custo deve ser baseado nas suas necessidades, tendo em conta o tempo e recursos disponíveis.

As propriedades elétricas, mecânicas, químicas e térmicas precisam ser consideradas ao escolher o laminado adequado. Em cenários gerais, o FR‑4 de Tg médio e baixo pode satisfazer completamente os requisitos.

Para PCBs multicamadas, a JLCPCB atualmente fornece opções de FR‑4 de Tg alto. Por exemplo, o serviço de “PCB de Alta Precisão” pode fabricar PCBs de até 20 camadas, o que é muito útil para projetos que exigem layouts complexos e integração em larga escala. Este material FR‑4 de Tg elevado consegue manter estabilidade em ambientes de alta temperatura e fornecer bom desempenho.

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Como Selecionar o Tg de uma PCB?

Escolher a temperatura máxima de operação (Tg) de uma PCB é uma decisão importante que determina a fiabilidade e desempenho da placa em ambientes de alta temperatura. Aqui estão algumas sugestões para escolher o Tg de uma PCB:

1.Compreender o ambiente de aplicação: Primeiro, determine a temperatura máxima que poderá ocorrer no ambiente de aplicação. Considere as condições de temperatura sob as quais a PCB irá operar, incluindo temperatura ambiente, calor gerado e dissipação esperados, etc. Isto ajudará a determinar a faixa desejada de Tg da PCB.

2.Considerar a temperatura máxima de funcionamento dos componentes: Verifique a temperatura máxima de operação dos componentes que planeia usar na PCB. Certifique-se de que o Tg da PCB selecionada seja pelo menos suficiente para atender aos requisitos de temperatura máxima de todos os componentes. Geralmente, o Tg da PCB deve ser superior à temperatura máxima de operação do componente para garantir o funcionamento normal e a vida útil adequada do componente.

3.Escolher o material de PCB apropriado: Selecione um material de PCB com Tg elevado. O Tg representa a capacidade do substrato da PCB em manter a sua resistência estrutural e propriedades elétricas sob condições contínuas de alta temperatura.

4.Considerar o processo de fabrico da PCB: Diferentes processos de fabrico podem influenciar a temperatura de transição vítrea (Tg) da PCB. Certos processos podem reduzir o Tg de uma PCB. Ao selecionar um fabricante, é importante compreender claramente os seus processos de fabrico e a sua capacidade de controlar o Tg para garantir que possam atender aos seus requisitos.

Em resumo, selecionar a temperatura máxima de operação (Tg) para uma PCB requer considerar fatores como o ambiente de aplicação, a temperatura máxima de operação dos componentes, materiais da PCB e processos de fabrico. Certifique-se de que a PCB selecionada tenha um Tg suficientemente elevado para garantir a fiabilidade e desempenho da placa em ambientes de alta temperatura.