แนวทางการเลือกค่า TG สำหรับแผงวงจร

ในการออกแบบและการผลิตของแผงวงจรพิมพ์ค่า TG เป็นพารามิเตอร์สำคัญที่มีบทบาทสำคัญในประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของแผงวงจร การทำความเข้าใจวิธีการเลือกค่า TG ที่เหมาะสมอย่างถูกต้องเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการทำให้การทำงานมีเสถียรภาพและยืดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์

1 ทำความเข้าใจกับค่า TG
ค่า TG หรือที่เรียกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว หมายถึงอุณหภูมิที่โพลีเมอร์อสัณฐาน (รวมถึงส่วนอสัณฐานของโพลีเมอร์ที่เป็นผลึก) มีการเปลี่ยนแปลงระหว่างสถานะคล้ายแก้วและเป็นยาง สำหรับพื้นผิวของแผงวงจร เมื่ออุณหภูมิต่ำกว่าค่า TG พื้นผิวจะอยู่ในสถานะคล้ายแก้วแข็ง โดยมีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีและมีความเสถียรของมิติ เมื่ออุณหภูมิสูงเกินค่า TG พื้นผิวจะค่อยๆ เปลี่ยนเป็นสถานะยางอ่อน และคุณสมบัติทางกลลดลง ความเสถียรของมิติจะลดลง และอาจเกิดปัญหาต่างๆ เช่น การเสียรูปและการหลุดร่อน ซึ่งส่งผลกระทบร้ายแรงต่อประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและความน่าเชื่อถือของแผงวงจร

2 ข้อกำหนดสำหรับค่า TG ในสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกัน

ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค: ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคทั่วไป เช่น สมาร์ทโฟน แท็บเล็ต ฯลฯ จะสร้างความร้อนค่อนข้างจำกัดระหว่างการใช้งาน โดยทั่วไป สามารถใช้บอร์ด FR-4 ธรรมดาที่มีค่า TG ระหว่าง 130 องศา ถึง 150 องศา เพื่อตอบสนองความต้องการได้ บอร์ดประเภทนี้มีต้นทุนที่ต่ำกว่าและสามารถรับประกันการทำงานของแผงวงจรภายใต้สภาวะอุณหภูมิปกติได้ สมาร์ทโฟนเป็นตัวอย่าง ความร้อนที่เกิดจากชิปและส่วนประกอบอื่นๆ บนแผงวงจรภายในระหว่างการใช้งานปกติสามารถควบคุมได้ภายในช่วงที่กำหนดผ่านการออกแบบการกระจายความร้อน และแผงวงจรที่มีค่า TG ปกติก็เพียงพอที่จะรับมือได้

อุปกรณ์ควบคุมทางอุตสาหกรรม: สภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมมักจะซับซ้อน และอุปกรณ์อาจเผชิญกับสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย เช่น อุณหภูมิสูงและความชื้นสูง และทำงานอย่างต่อเนื่องเป็นระยะเวลานาน ดังนั้นแผงวงจรของอุปกรณ์ควบคุมอุตสาหกรรมจึงต้องมีเสถียรภาพและความน่าเชื่อถือสูงขึ้น โดยทั่วไปแนะนำให้ใช้แผ่น TG ปานกลางถึงสูง โดยมีค่า TG อยู่ระหว่าง 150 องศา ถึง 170 องศา เช่น ในอุปกรณ์ควบคุมของสายการผลิตแบบอัตโนมัติ เนื่องจากอุปกรณ์ทำงานอย่างต่อเนื่องเป็นเวลานาน แผงวงจรก็จะร้อนขึ้นต่อไป เพลตที่มีค่า TG สูงกว่าสามารถต้านทานอิทธิพลของอุณหภูมิสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยให้มั่นใจว่าอุปกรณ์ทำงานได้อย่างมีเสถียรภาพ และลดโอกาสที่จะเกิดความล้มเหลว

ในด้านอิเล็กทรอนิกส์ของยานยนต์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของยานยนต์ไม่เพียงแต่ต้องทนทานต่ออุณหภูมิสูงในพื้นที่ที่มีอุณหภูมิสูง- เช่น ห้องเครื่องยนต์ระหว่างการทำงานเท่านั้น แต่ยังต้องรับมือกับการสั่นสะเทือน การกระแทก และการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่รุนแรงระหว่างการทำงานของยานพาหนะอีกด้วย โดยเฉพาะแผงวงจรของส่วนประกอบหลัก เช่น ชุดควบคุมเครื่องยนต์และอุปกรณ์ชาร์จในรถยนต์ จำเป็นต้องมีความน่าเชื่อถือที่สูงมาก การใช้งานดังกล่าวมักจะต้องใช้แผ่น TG สูงที่มีค่า TG สูงกว่า 170 องศา และแม้แต่การใช้งานระดับสูงบางรายการ-ก็อาจใช้วัสดุพิเศษที่มีค่า TG เกิน 200 องศา ตัวอย่างเช่น แผงวงจร ECU ในห้องเครื่องยนต์ของรถยนต์สามารถรักษาประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและทางกลให้คงที่ภายใต้สภาวะการทำงานที่อุณหภูมิสูง ทำให้มั่นใจในการควบคุมที่แม่นยำและการทำงานที่เชื่อถือได้ของเครื่องยนต์ของรถยนต์

ผลิตภัณฑ์การบินและอวกาศและการทหาร: สาขาเหล่านี้ผ่านข้อกำหนดขั้นสูงสุดในด้านความน่าเชื่อถือและความเสถียรของผลิตภัณฑ์ และการทำงานผิดพลาดเล็กน้อยอาจนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ร้ายแรงได้ แผงวงจรจำเป็นต้องรักษาประสิทธิภาพสูงในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น อุณหภูมิที่สูงมากและการสั่นสะเทือนที่รุนแรง ดังนั้นผลิตภัณฑ์การบินและอวกาศและการทหารมักจะใช้วัสดุพิเศษที่มีค่า TG สูงมาก เช่น พื้นผิวเซรามิก ซึ่งมีค่า TG สูงกว่าบอร์ดออร์แกนิกทั่วไปมาก ซึ่งสามารถรับประกันได้ว่าตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพต่างๆ ของแผงวงจรจะไม่ได้รับผลกระทบในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง และรับประกันการทำงานที่เชื่อถือได้ของอุปกรณ์ในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน

3 ปัจจัยที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือกค่า TG
ช่วงอุณหภูมิในการทำงาน: ประการแรก จำเป็นต้องชี้แจงอุณหภูมิสูงสุดที่แผงวงจรอาจเผชิญระหว่างการทำงานจริง ซึ่งต้องพิจารณาปัจจัยต่างๆ อย่างครอบคลุม เช่น องค์ประกอบความร้อนภายใน การออกแบบการกระจายความร้อน และอุณหภูมิโดยรอบที่ใช้อุปกรณ์ ตัวอย่างเช่น แผงวงจรควบคุมของเตาอบอุตสาหกรรมที่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง-อาจมีอุณหภูมิในการทำงานใกล้ถึง 100 องศาหรือสูงกว่านั้นด้วยซ้ำ ในกรณีนี้จำเป็นต้องเลือกบอร์ดค่า TG สูงที่สามารถทนต่ออุณหภูมินี้ได้และมีระยะขอบที่แน่นอน

การสร้างพลังงานและความร้อนของส่วนประกอบ: การสร้างพลังงานและความร้อนของส่วนประกอบต่างๆ บนแผงวงจรจะแตกต่างกันไป สำหรับส่วนประกอบที่มีกำลังสูงและเกิดความร้อนสูง เช่น-ชิปกำลังสูง ตัวต้านทานกำลัง ฯลฯ อุณหภูมิในบริเวณแผงวงจรโดยรอบจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในพื้นที่เหล่านี้ ควรเลือกบอร์ดที่มีค่า TG สูงกว่า เพื่อป้องกันไม่ให้ประสิทธิภาพของแผงวงจรลดลงเนื่องจากความร้อนสูงเกินไปในพื้นที่ ตัวอย่างเช่น แผงวงจรในแหล่งจ่ายไฟของคอมพิวเตอร์จำเป็นต้องใช้บอร์ดค่า TG สูงเพื่อให้แน่ใจว่าวงจรทำงานได้อย่างเสถียรเนื่องจากมีความร้อนจำนวนมากที่เกิดจากส่วนประกอบพลังงานภายในระหว่างการทำงาน

ข้อกำหนดเกี่ยวกับอายุการใช้งาน: หากผลิตภัณฑ์มีความคาดหวังต่ออายุการใช้งานสูง การเลือกค่า TG ที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง ในระหว่างการใช้งานระยะยาว- แม้ว่าอุณหภูมิในการทำงานจะไม่เกินค่า TG สภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงอย่างต่อเนื่องอาจค่อยๆ ทำให้ซับสเตรตของแผงวงจรเสื่อมสภาพและลดประสิทธิภาพลง ค่า TG ที่สูงขึ้นสามารถชะลออัตราการเสื่อมสภาพของพื้นผิวและยืดอายุการใช้งานของแผงวงจรได้ ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ เช่น มิเตอร์อัจฉริยะที่ต้องการการทำงานที่เสถียรในระยะยาว-ควรใช้บอร์ดค่า TG สูงสำหรับแผงวงจรเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพที่เสถียรตลอดการใช้งานหลายปี

ข้อจำกัดด้านต้นทุน: โดยทั่วไป ยิ่งค่า TG ของบอร์ดสูง ต้นทุนก็จะสูงขึ้นตามไปด้วย เมื่อเลือกค่า TG จำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยด้านต้นทุนอย่างครอบคลุมในขณะที่ปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ สำหรับผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคบางประเภทที่มีความอ่อนไหวต่อต้นทุนและมีข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพที่ค่อนข้างต่ำ คุณสามารถเลือกบอร์ดค่า TG ที่ต่ำกว่าเพื่อควบคุมต้นทุนในขณะที่มั่นใจในความน่าเชื่อถือขั้นพื้นฐาน แต่สำหรับการใช้งานที่สำคัญ เช่น อุปกรณ์ทางการแพทย์ อิเล็กทรอนิกส์ในยานยนต์ ฯลฯ ควรให้ความสำคัญกับการรับรองประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือเป็นอันดับแรก และการเลือกบอร์ดค่า TG ที่เหมาะสมอย่างสมเหตุสมผล แทนที่จะมุ่งเน้นไปที่ต้นทุนเพียงอย่างเดียว

4 การทดสอบและการตรวจสอบค่า TG
วิธีการวิเคราะห์ทางความร้อน: ดิฟเฟอเรนเชียลสแกนนิงแคลอริมิเตอร์ที่ใช้กันทั่วไปสามารถวัดค่า TG ของซับสเตรตของแผงวงจรได้อย่างแม่นยำ ด้วยการให้ความร้อนตัวอย่างที่อัตราการให้ความร้อนจำเพาะและบันทึกการเปลี่ยนแปลงทางความร้อน เมื่ออุณหภูมิถึงอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว กราฟ DSC จะแสดงการเปลี่ยนแปลงเส้นพื้นฐานที่มีนัยสำคัญ ซึ่งสามารถกำหนดค่า TG ได้ การวัดปริมาณความร้อนด้วยการสแกนมอดูเลต การวัดค่าความร้อนเชิงอนุพันธ์แบบซิงโครนัส และวิธีการอื่นๆ ยังสามารถระบุค่า TG ได้อย่างแม่นยำ ซึ่งสามารถวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพทางความร้อนของวัสดุในระหว่างกระบวนการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วเป็นองศาที่แตกต่างกันได้แม่นยำมากขึ้น

การทดสอบการจำลองสภาพแวดล้อมจริง: นอกเหนือจากการทดสอบการวิเคราะห์เชิงความร้อนในห้องปฏิบัติการแล้ว การทดสอบและการตรวจสอบยังสามารถทำได้โดยการจำลองสภาพแวดล้อมการทำงานจริงของแผงวงจรอีกด้วย ตัวอย่างเช่น การวางตัวอย่างแผงวงจรที่เตรียมไว้เข้าไปในห้องทดสอบอุณหภูมิสูง- ให้ความร้อนตามกราฟอุณหภูมิที่กำหนดไว้ล่วงหน้า การสังเกตการเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพของแผงวงจรที่อุณหภูมิต่างๆ รวมถึงคุณสมบัติทางไฟฟ้าและทางกล และการตรวจสอบการเสียรูป การแยกส่วน การลัดวงจร และปัญหาอื่นๆ เพื่อตรวจสอบว่าค่า TG ที่เลือกตรงตามข้อกำหนดการใช้งานจริงหรือไม่ ในด้านอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ ตัวอย่างแผงวงจรจะต้องผ่านการทดสอบจำลองสภาพแวดล้อมที่ครอบคลุมซึ่งเกี่ยวข้องกับปัจจัยหลายประการ เช่น อุณหภูมิสูง การสั่นสะเทือน ความชื้น ฯลฯ เพื่อประเมินความน่าเชื่อถือของแผงวงจรอย่างครอบคลุมภายใต้สภาวะการทำงานจริงที่ซับซ้อน