Trong thiết kế và sản xuất cácbảng mạch in, Giá trị TG là thông số chính đóng vai trò quyết định đến hiệu suất và độ tin cậy của bảng mạch. Hiểu cách chọn chính xác giá trị TG thích hợp là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định và kéo dài tuổi thọ của các sản phẩm điện tử.
1, Hiểu giá trị TG
Giá trị TG, còn được gọi là nhiệt độ chuyển thủy tinh, đề cập đến nhiệt độ mà tại đó các polyme vô định hình (bao gồm cả phần vô định hình của các polyme tinh thể) chuyển tiếp giữa trạng thái thủy tinh và cao su. Đối với đế của các bảng mạch, khi nhiệt độ dưới giá trị TG, đế ở trạng thái cứng như thủy tinh, có tính chất cơ lý tốt và ổn định kích thước; Khi nhiệt độ vượt quá giá trị TG, chất nền dần chuyển sang trạng thái cao su mềm và tính chất cơ học của nó giảm, độ ổn định kích thước kém đi và có thể xảy ra các vấn đề như biến dạng và phân tách, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất điện và độ tin cậy của bảng mạch.
2, Yêu cầu về giá trị TG trong các tình huống ứng dụng khác nhau
Sản phẩm điện tử tiêu dùng: Các sản phẩm điện tử tiêu dùng thông thường như điện thoại thông minh, máy tính bảng, v.v. tạo ra nhiệt tương đối hạn chế trong quá trình hoạt động. Nói chung, bảng FR-4 thông thường có giá trị TG từ 130 độ đến 150 độ có thể được sử dụng để đáp ứng nhu cầu. Loại bảng này có giá thành thấp hơn và có thể đảm bảo bảng mạch hoạt động ổn định trong điều kiện nhiệt độ bình thường. Lấy điện thoại thông minh làm ví dụ, nhiệt sinh ra bởi chip và các thành phần khác trên bảng mạch bên trong của chúng trong quá trình sử dụng bình thường có thể được kiểm soát trong một phạm vi nhất định thông qua thiết kế tản nhiệt và bảng mạch có giá trị TG bình thường là đủ để đối phó với nó.
Thiết bị điều khiển công nghiệp: Môi trường công nghiệp thường phức tạp và thiết bị có thể phải đối mặt với các điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao, độ ẩm cao và hoạt động liên tục trong thời gian dài. Vì vậy, bảng mạch của thiết bị điều khiển công nghiệp cần có độ ổn định và độ tin cậy cao hơn. Thông thường nên sử dụng các tấm TG từ trung bình đến cao với các giá trị TG nằm trong khoảng từ 150 độ đến 170 độ. Ví dụ, trong thiết bị điều khiển của dây chuyền sản xuất tự động, do thiết bị hoạt động liên tục trong thời gian dài nên bảng mạch sẽ tiếp tục nóng lên. Các tấm có giá trị TG cao hơn có thể chống lại ảnh hưởng của nhiệt độ cao một cách hiệu quả, đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định và giảm khả năng hỏng hóc.
Trong lĩnh vực điện tử ô tô, các thiết bị điện tử ô tô không chỉ phải chịu được nhiệt độ cao ở những khu vực có nhiệt độ{{0} cao như khoang động cơ trong quá trình vận hành mà còn cần phải đối phó với những rung động, va đập và sự thay đổi nhiệt độ mạnh mẽ trong quá trình vận hành xe. Đặc biệt là bảng mạch của các bộ phận quan trọng như bộ điều khiển động cơ, bộ sạc ô tô đòi hỏi độ tin cậy cực cao. Các ứng dụng như vậy thường yêu cầu các tấm TG cao có giá trị TG trên 170 độ và thậm chí một số ứng dụng-cao cấp có thể sử dụng các vật liệu đặc biệt có giá trị TG vượt quá 200 độ . Ví dụ, bảng mạch ECU trong khoang động cơ của ô tô có thể duy trì hiệu suất cơ và điện ổn định trong điều kiện làm việc ở nhiệt độ cao, đảm bảo khả năng điều khiển chính xác và vận hành đáng tin cậy của động cơ ô tô.
Sản phẩm hàng không vũ trụ và quân sự: Những lĩnh vực này đã đạt đến yêu cầu cao nhất về độ tin cậy và ổn định của sản phẩm, bất kỳ trục trặc nhỏ nào cũng có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng. Bảng mạch cần duy trì hiệu suất cao trong môi trường khắc nghiệt như nhiệt độ khắc nghiệt và rung động mạnh. Do đó, các sản phẩm hàng không vũ trụ và quân sự thường sử dụng vật liệu đặc biệt có giá trị TG cực cao, chẳng hạn như chất nền gốm, có giá trị TG cao hơn nhiều so với bảng hữu cơ thông thường, có thể đảm bảo rằng các chỉ số hiệu suất khác nhau của bảng mạch không bị ảnh hưởng trong môi trường khắc nghiệt và đảm bảo hoạt động đáng tin cậy của thiết bị trong môi trường phức tạp.
3, Các yếu tố cần cân nhắc khi lựa chọn giá trị TG
Phạm vi nhiệt độ làm việc: Đầu tiên cần làm rõ nhiệt độ tối đa mà bảng mạch có thể gặp phải trong quá trình hoạt động thực tế. Điều này đòi hỏi phải xem xét toàn diện các yếu tố như bộ phận làm nóng bên trong, thiết kế tản nhiệt và nhiệt độ môi trường nơi thiết bị được sử dụng. Ví dụ: bảng mạch điều khiển của lò nướng công nghiệp hoạt động trong môi trường-nhiệt độ cao có thể có nhiệt độ hoạt động gần 100 độ hoặc thậm chí cao hơn. Trong trường hợp này, cần chọn bảng có giá trị TG cao, có thể chịu được nhiệt độ này và có biên độ nhất định.
Công suất và sinh nhiệt của các thành phần: Công suất và khả năng sinh nhiệt của các thành phần khác nhau trên bảng mạch là khác nhau. Đối với các bộ phận có công suất cao và sinh nhiệt đáng kể, chẳng hạn như chip-công suất cao, điện trở nguồn, v.v., nhiệt độ ở khu vực bảng mạch xung quanh sẽ tăng đáng kể. Ở những khu vực này, nên chọn các bảng có giá trị TG cao hơn để ngăn chặn sự suy giảm hiệu suất của bảng mạch do quá nhiệt cục bộ. Ví dụ, bảng mạch trong bộ nguồn máy tính yêu cầu sử dụng bảng có giá trị TG cao để đảm bảo mạch hoạt động ổn định do lượng nhiệt lớn do các bộ phận nguồn bên trong sinh ra trong quá trình hoạt động.
Yêu cầu về tuổi thọ sử dụng: Nếu sản phẩm có kỳ vọng cao về tuổi thọ sử dụng thì việc chọn giá trị TG phù hợp là đặc biệt quan trọng. Trong quá trình sử dụng lâu dài, ngay cả khi nhiệt độ làm việc không vượt quá giá trị TG, môi trường nhiệt độ cao liên tục có thể làm cho bề mặt bảng mạch bị lão hóa dần dần và giảm hiệu suất của nó. Giá trị TG cao hơn có thể làm chậm tốc độ lão hóa của chất nền và kéo dài tuổi thọ của bảng mạch. Ví dụ: các thiết bị như đồng hồ thông minh yêu cầu hoạt động ổn định lâu dài nên sử dụng bảng có giá trị TG cao cho bảng mạch để đảm bảo hiệu suất ổn định qua nhiều năm sử dụng.
Giới hạn chi phí: Nói chung, giá trị TG của bảng càng cao thì giá thành của nó càng cao. Khi lựa chọn giá trị TG, cần xem xét toàn diện các yếu tố chi phí đồng thời đáp ứng yêu cầu về hiệu suất. Đối với một số sản phẩm điện tử tiêu dùng nhạy cảm về chi phí và có yêu cầu hiệu suất tương đối thấp, có thể chọn bảng giá trị TG thấp hơn để kiểm soát chi phí trong khi vẫn đảm bảo độ tin cậy cơ bản. Nhưng đối với các lĩnh vực ứng dụng chính như thiết bị y tế, điện tử ô tô, v.v., cần ưu tiên đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy, đồng thời lựa chọn bảng giá trị TG phù hợp một cách hợp lý, thay vì chỉ tập trung vào chi phí.
4, Kiểm tra và xác minh giá trị TG
Phương pháp phân tích nhiệt: Máy đo nhiệt lượng quét vi sai thường được sử dụng có thể đo chính xác giá trị TG của chất nền bảng mạch. Bằng cách làm nóng mẫu ở tốc độ gia nhiệt cụ thể và ghi lại sự thay đổi nhiệt của nó, khi nhiệt độ đạt đến nhiệt độ chuyển thủy tinh, đường cong DSC sẽ hiển thị sự dịch chuyển đường cơ sở đáng kể, có thể xác định giá trị TG. Đo nhiệt lượng quét điều chế, đo nhiệt lượng vi sai đồng bộ và các phương pháp khác cũng có thể xác định chính xác giá trị TG, có thể phân tích chính xác hơn sự thay đổi hiệu suất nhiệt của vật liệu trong quá trình chuyển đổi thủy tinh ở các mức độ khác nhau.
Thử nghiệm mô phỏng môi trường thực tế: Ngoài thử nghiệm phân tích nhiệt trong phòng thí nghiệm, việc thử nghiệm và xác minh cũng có thể được tiến hành bằng cách mô phỏng môi trường làm việc thực tế của bảng mạch. Ví dụ: đặt mẫu bảng mạch đã chuẩn bị vào buồng thử nghiệm nhiệt độ-cao, làm nóng mẫu theo đường cong nhiệt độ định trước, quan sát những thay đổi về hiệu suất của bảng mạch ở các nhiệt độ khác nhau, bao gồm các đặc tính cơ và điện, đồng thời kiểm tra biến dạng, tách lớp, đoản mạch và các vấn đề khác để xác minh xem giá trị TG đã chọn có đáp ứng các yêu cầu ứng dụng thực tế hay không. Trong lĩnh vực điện tử ô tô, các mẫu bảng mạch phải trải qua các thử nghiệm mô phỏng môi trường toàn diện liên quan đến nhiều yếu tố như nhiệt độ cao, độ rung, độ ẩm, v.v. để đánh giá toàn diện độ tin cậy của bảng mạch trong các điều kiện vận hành thực tế phức tạp.