در طراحی و ساختبرد مدار چاپی، مقدار TG یک پارامتر کلیدی است که نقش تعیین کننده ای در عملکرد و قابلیت اطمینان برد مدار دارد. درک نحوه انتخاب صحیح مقدار TG مناسب برای اطمینان از عملکرد پایدار و افزایش طول عمر محصولات الکترونیکی بسیار مهم است.
1، ارزش TG را درک کنید
مقدار TG که به عنوان دمای انتقال شیشه ای نیز شناخته می شود، به دمایی اشاره دارد که در آن پلیمرهای آمورف (شامل بخش آمورف پلیمرهای کریستالی) بین حالت های شیشه ای و لاستیکی انتقال می یابند. برای بستر تخته های مدار، زمانی که دما کمتر از مقدار TG است، بستر در حالت شیشه ای سخت با خواص مکانیکی و پایداری ابعادی خوب است. هنگامی که دما از مقدار TG بیشتر می شود، بستر به تدریج به حالت لاستیکی نرم تبدیل می شود و خواص مکانیکی آن کاهش می یابد، پایداری ابعادی بدتر می شود و مشکلاتی مانند تغییر شکل و لایه لایه شدن ممکن است رخ دهد که به طور جدی بر عملکرد الکتریکی و قابلیت اطمینان برد مدار تأثیر می گذارد.
2، الزامات برای مقادیر TG در سناریوهای کاربردی مختلف
محصولات الکترونیکی مصرفی: محصولات الکترونیکی رایج مصرفی مانند گوشی های هوشمند، تبلت ها و غیره در حین کار گرمای نسبتاً محدودی تولید می کنند. به طور کلی می توان از بردهای معمولی FR-4 با مقادیر TG بین 130 تا 150 درجه برای پاسخگویی به تقاضا استفاده کرد. این نوع برد هزینه کمتری دارد و می تواند عملکرد پایدار برد مدار را در شرایط دمایی معمولی تضمین کند. با در نظر گرفتن تلفنهای هوشمند، گرمای تولید شده توسط تراشهها و سایر اجزاء روی بردهای مدار داخلی آنها در طول استفاده معمولی را میتوان در محدوده خاصی از طریق طراحی اتلاف گرما کنترل کرد و یک برد مدار با مقدار TG طبیعی برای مقابله با آن کافی است.
تجهیزات کنترل صنعتی: محیط های صنعتی معمولاً پیچیده هستند و تجهیزات ممکن است با شرایط سختی مانند دمای بالا و رطوبت بالا مواجه شوند و به طور مداوم برای مدت زمان طولانی کار کنند. بنابراین، برد مدار تجهیزات کنترل صنعتی باید از پایداری و قابلیت اطمینان بالاتری برخوردار باشد. به طور کلی توصیه می شود از ورق های TG متوسط تا بالا با مقادیر TG از 150 درجه تا 170 درجه استفاده کنید. به عنوان مثال، در تجهیزات کنترلی یک خط تولید خودکار، به دلیل کارکرد مداوم تجهیزات برای مدت طولانی، برد مدار همچنان به گرم شدن ادامه می دهد. صفحات با مقادیر TG بالاتر می توانند به طور موثر در برابر تأثیر دمای بالا مقاومت کنند، عملکرد پایدار تجهیزات را تضمین کنند و احتمال خرابی را کاهش دهند.
در زمینه الکترونیک خودرو، دستگاههای الکترونیکی خودرو نه تنها در حین کارکردن باید در دمای بالا در مناطق{0}در دمای بالا مانند محفظه موتور مقاومت کنند، بلکه باید با ارتعاشات، ضربهها و تغییرات شدید دما در حین کارکرد خودرو نیز مقابله کنند. به خصوص مدارهای اجزای کلیدی مانند واحدهای کنترل موتور و شارژرهای خودرو به قابلیت اطمینان بسیار بالایی نیاز دارند. چنین برنامه هایی اغلب به صفحات TG بالا با مقادیر TG بالاتر از 170 درجه نیاز دارند، و حتی برخی از برنامه های کاربردی پیشرفته ممکن است از مواد خاصی با مقادیر TG بیش از 200 درجه استفاده کنند. به عنوان مثال، برد مدار ECU در محفظه موتور خودرو می تواند عملکرد الکتریکی و مکانیکی پایدار را در شرایط کاری با دمای بالا حفظ کند و از کنترل دقیق و عملکرد قابل اعتماد موتور خودرو اطمینان حاصل کند.
محصولات هوافضا و نظامی: این زمینه ها به نیازهای فوق العاده برای قابلیت اطمینان و پایداری محصول رسیده اند و هرگونه نقص جزئی می تواند منجر به عواقب جدی شود. بردهای مدار باید عملکرد بالایی را در محیط های خشن مانند دماهای شدید و ارتعاشات قوی حفظ کنند. بنابراین، در محصولات هوافضا و نظامی معمولاً از مواد ویژه با مقادیر TG بسیار بالا استفاده می شود، مانند بسترهای سرامیکی که مقادیر TG آنها بسیار بالاتر از بردهای ارگانیک معمولی است، که می تواند اطمینان حاصل کند که شاخص های مختلف عملکرد بردهای مدار در محیط های سخت تحت تأثیر قرار نگرفته و عملکرد مطمئن تجهیزات را در محیط های پیچیده تضمین می کند.
3، عواملی که باید در هنگام انتخاب مقادیر TG در نظر گرفته شوند
محدوده دمای کاری: ابتدا لازم است حداکثر دمایی که برد مدار ممکن است در حین کارکرد واقعی با آن مواجه شود، مشخص شود. این امر مستلزم در نظر گرفتن جامع عواملی مانند عناصر گرمایش داخلی، طراحی اتلاف گرما و دمای محیطی است که در آن تجهیزات استفاده می شود. برای مثال، برد مدار کنترل یک اجاق صنعتی که در محیطی با دمای{2}بالا کار می کند ممکن است دمای کاری نزدیک به 100 درجه یا حتی بالاتر داشته باشد. در این صورت باید بردی با ارزش TG بالا انتخاب کرد که بتواند این دما را تحمل کند و حاشیه مشخصی داشته باشد.
تولید برق و گرما از قطعات: تولید برق و حرارت قطعات مختلف روی برد مدار متفاوت است. برای قطعاتی با توان بالا و تولید گرمای قابل توجه، مانند تراشههای{1} با قدرت بالا، مقاومتهای قدرت و غیره، دما در ناحیه برد مدار اطراف به میزان قابل توجهی افزایش مییابد. در این مناطق، بردهایی با مقادیر TG بالاتر باید انتخاب شوند تا از تخریب عملکرد برد مدار به دلیل گرمای بیش از حد موضعی جلوگیری شود. به عنوان مثال، برد مدار در منبع تغذیه کامپیوتر به استفاده از بردهای با ارزش TG بالا برای اطمینان از عملکرد پایدار مدار به دلیل گرمای زیاد تولید شده توسط اجزای برق داخلی در حین کار، نیاز دارد.
الزامات عمر مفید: اگر محصول دارای انتظارات زیادی برای عمر مفید باشد، انتخاب مقدار TG مناسب بسیار مهم است. در طول استفاده طولانی مدت، حتی اگر دمای کار از مقدار TG تجاوز نکند، محیط دمای بالای مداوم ممکن است به تدریج بستر تخته مدار را کهنه کرده و عملکرد آن را کاهش دهد. مقدار TG بالاتر می تواند سرعت پیری بستر را کاهش دهد و طول عمر برد مدار را افزایش دهد. برای مثال، دستگاههایی مانند کنتورهای هوشمند که به عملکرد پایدار طولانیمدت نیاز دارند، باید از بردهای با ارزش TG بالا برای بردهای مدار خود استفاده کنند تا عملکرد پایدار در طول سالها استفاده را تضمین کنند.
محدودیت هزینه: به طور کلی، هر چه مقدار TG برد بالاتر باشد، هزینه آن نیز بیشتر می شود. هنگام انتخاب مقادیر TG، لازم است عوامل هزینه را در حین برآورده کردن الزامات عملکرد به طور جامع در نظر بگیرید. برای برخی از محصولات الکترونیکی مصرفی که به هزینه حساس هستند و الزامات عملکرد نسبتاً پایینی دارند، می توان بردهای با ارزش TG پایین تر را برای کنترل هزینه ها و در عین حال اطمینان از قابلیت اطمینان اولیه انتخاب کرد. اما برای حوزههای کاربردی کلیدی مانند تجهیزات پزشکی، الکترونیک خودرو و غیره، اولویت باید به اطمینان از عملکرد و قابلیت اطمینان، و انتخاب تابلوهای TG مناسب بهجای تمرکز بر هزینه داده شود.
4، آزمایش و تأیید ارزش TG
روش آنالیز حرارتی: گرماسنج اسکن تفاضلی که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرد می تواند مقدار TG زیرلایه تخته مدار را به دقت اندازه گیری کند. با گرم کردن نمونه با نرخ گرمایش خاص و ثبت تغییرات حرارتی آن، زمانی که دما به دمای انتقال شیشه ای می رسد، منحنی DSC یک تغییر خط پایه قابل توجه را نشان می دهد که می تواند مقدار TG را تعیین کند. کالریسنجی اسکن مدولاسیون، کالریسنجی دیفرانسیل سنکرون، و سایر روشها نیز میتوانند مقادیر TG را با دقت تعیین کنند، که میتواند با دقت بیشتری تغییرات عملکرد حرارتی مواد را در طول فرآیند انتقال شیشهای به درجات مختلف تجزیه و تحلیل کند.
آزمایش شبیهسازی محیط واقعی: علاوه بر آزمایش آنالیز حرارتی در آزمایشگاه، آزمایش و تأیید را نیز میتوان با شبیهسازی محیط کاری واقعی برد مدار انجام داد. به عنوان مثال، قرار دادن نمونه برد مدار آماده شده در یک محفظه تست دمای بالا، گرم کردن آن بر اساس یک منحنی دمای از پیش تعیین شده، مشاهده تغییرات عملکرد برد مدار در دماهای مختلف، از جمله خواص الکتریکی و مکانیکی، و بررسی تغییر شکل، لایه لایه شدن، اتصال کوتاه و سایر مسائل برای بررسی اینکه آیا مقدار TG کاربردی انتخاب شده مطابقت دارد یا خیر. در زمینه الکترونیک خودرو، نمونههای برد مدار تحت آزمایشهای شبیهسازی محیطی جامع شامل عوامل متعددی مانند دمای بالا، ارتعاش، رطوبت و غیره قرار میگیرند تا به طور جامع قابلیت اطمینان برد مدار در شرایط عملیاتی پیچیده ارزیابی شود.