고Tg PCB 대 표준 FR-4: 어느 것이 더 나은 열 성능을 제공합니다?

전자제품에서 온도는 조용한 살인자입니다. 자동차 엔진 부대에서 산업 오븐에 PCB는 종종 온도가 150 ° C 또는 더 높은 환경에서 작동합니다. 이러한 시나리오를 위해,기능적인 장치와 실패한 장치의 차이는 종종 PCB의 기판에 있습니다.높은 Tg PCB와 표준 FR-4는 가장 일반적인 두 가지 옵션이지만 열 스트레스 하에서 크게 다르게 작동합니다.다음은 귀하의 신청에 적합한 것을 선택하는 데 도움이되는 자세한 분포입니다..

Tg 는 무엇 이며 왜 중요 합니까?
유리 전환 온도 (Tg) 는 PCB 기판이 딱딱하고 유리와 같은 상태에서 부드럽고 고무 상태로 변화하는 온도입니다. Tg 이하에서는 물질이 기계적 강도를 유지합니다.다이렉트릭 성질Tg 이상, 그것은 변형, 단열 능력을 잃어, 용접 관절 실패 또는 흔적 균열 위험을.

이 전환은 현대 전자제품 (LED 드라이버에서 전기 차량 (EV) 제어 장치) 에서 상당한 열을 생성하기 때문에 매우 중요합니다.산업용 모터 컨트롤러는 작동 중 160°C까지 도달할 수 있습니다.; 낮은 Tg를 가진 PCB는 여기서 빠르게 분해 될 반면 높은 Tg 기판은 모양과 성능을 유지할 것입니다.

고Tg PCB 대 표준 FR-4: 주요 차이점
이 두 기판은 다음 비교에서 보여준 바와 같이 다섯 가지 중요한 영역에서 차이가 있습니다.

열 성능: 높은 Tg PCB가 빛나는 곳
열은 두 기판 사이의 가장 큰 차이점입니다.

1변형 저항성
표준 FR-4는 온도가 Tg (130~140°C) 를 초과하면 부드럽게되기 시작합니다. 150°C에서는 미터당 0.3~0.5mm로 왜곡되어 용접제절이 균열되거나 패드에서 흔적이 떨어져 나갑니다.이것은 EV 배터리 관리 시스템 (BMS) 과 같은 정밀 장치에서 재앙입니다., 0.1mm의 왜곡도 중요한 센서를 끊을 수 있습니다.

대조적으로, 높은 Tg PCB는 170 °C 이상에도 딱딱합니다. 180 °C Tg 기판은 190 °C에서 최소한의 변형 (<0.1mm/m) 만 보일 것입니다.가두 아래의 자동차 PCB 또는 뜨거운 모터 근처에서 작동하는 산업 인버터 제어 장치에 이상적입니다..

2차원 안정성
열은 모든 물질이 팽창하는 원인이 되지만 표준 FR-4는 Tg를 넘어서면 훨씬 더 팽창합니다.그 열 팽창 계수 (CTE) 는 ~15 ppm/°C (Tg 이하) 에서 70+ ppm/°C (Tg 이상) 로 상승합니다.구리 (CTE: 17 ppm/°C) 와의 이러한 불일치로 인해 구리 상승 흔적이 기판에서 떨어져 나간다.

고 Tg PCB는 강화 된 樹脂 시스템으로 인해 낮은, 더 안정적인 CTE (20 ∼30 ppm / ° C Tg 이상) 를 가지고 있습니다. 이것은 LED 전원 공급 장치의 고 밀도 PCB에 필수적인 구리 흔적에 대한 스트레스를 감소시킵니다.,흔적 간격은 3mL 정도입니다.

3. 열 아래의 다이 일렉트릭 특성
Tg 이상에는 표준 FR-4 즈의 변압수 상수 (Dk) 가 10~15% 증가하고 손실 접수 (Df) 는 20~25% 증가합니다. 이것은 신호의 무결성을 저하시키며 고주파 설계 (예를 들어., 5G 산업 센서) 에서 안정적 임피던스가 중요합니다.

높은 Tg 기판은 180°C까지 일관성 있는 Dk (±3%) 와 Df (±5%) 를 유지한다. 예를 들어, 170°C의 Tg를 가진 높은 Tg FR-4는 160°C에서 4.2의 Dk를 유지하며, 표준 FR-4의 Dk는 4이다.같은 온도에서 8이러한 안정성은 정확한 신호 타이밍에 의존하는 자율주행 차량의 레이더 모듈에 매우 중요합니다.

4습도 및 화학물질 저항성
열과 습도는 위험한 쌍이다. 표준 FR-4는 0.15~0.2%의 습기를 흡수하며, 가열되면 증기로 변하여 기판에 '포포'를 만듭니다. 습한 산업 환경 (예를 들어,식품 가공 공장), 이것은 몇 달 안에 단전으로 이어질 수 있습니다.

고Tg PCB는 수분 흡수를 <0.1%까지 감소시키는 변형된 거스를 사용합니다.160°C의 90% 습도에서도.

고 Tg PCB 를 선택할 때 (그리고 표준 FR-4 을 고수 할 때)
선택은 애플리케이션의 온도 요구, 성능 요구 및 예산에 달려 있습니다.

높은 Tg PCB를 선택하십시오:
a. 장치가 150°C 이상 온도에서 작동합니다 (예를 들어 자동차 엔진 제어 장치, 산업용 오븐).
b. 당신은 힘든 환경 (예를 들어, 항공 우주 항공기) 에서 장기적인 신뢰성 (10 년 이상) 을 필요로 합니다.
시그널 무결성은 매우 중요합니다 (5G 기지국과 같은 고주파 또는 고속 설계).
d.PCB에는 밀도가 높은 구성 요소 또는 미세한 음향 흔적이 있습니다 (거부와 관련된 단편을 피하기 위해).

표준 FR-4를 선택합니다.
a.운영 온도는 130°C 이하로 유지된다 (예를 들어 스마트 TV, 사무용 프린터와 같은 소비자 전자제품).
b.비용은 주요 관심사입니다 (표준 FR-4는 높은 Tg 대안보다 30~50% 저렴합니다).
c. 단기적인 수명 (3~5년), 일회용 의료 모니터와 같이.

실제 사례: 자동차 BMS
전동차 제조업체의 대표적인 제조사는 배터리 관리 시스템에서 표준 FR-4에서 180°C Tg PCB로 전환했습니다. 결과는?

a.열과 관련된 왜곡으로 인한 필드 장애가 72% 감소했습니다.
b.BMS는 빠른 충전 중에 170°C까지 도달하는 배터리 팩에서 안정적인 성능을 유지했습니다.
c. PCB의 수명은 차량의 보증과 일치하여 5 년에서 8 년 이상으로 확장되었습니다.

결론
높은 Tg PCB와 표준 FR-4는 서로 다른 용도로 사용됩니다. 표준 FR-4는 낮은 열, 짧은 수명 장치에 대한 비용 효율적인 작업 마구입니다.높은 신뢰성 애플리케이션핵심은 기질의 Tg를 장치의 운영 환경에 맞추는 것입니다. 이것을 무시하면 조기 고장, 비용이 많이 드는 재작업 또는 안전 위험이 발생할 수 있습니다.

대부분의 산업, 자동차 또는 항공우주 프로젝트의 경우, 높은 Tg PCB에 대한 투자는 수명과 성능에서 수익을 창출합니다. 소비자 전자 제품 또는 낮은 열 시나리오에 대해,표준 FR-4는 여전히 실용적인 선택입니다..