في تصميم وتصنيعلوحات الدوائر المطبوعةتعد قيمة TG معلمة أساسية تلعب دورًا حاسمًا في أداء وموثوقية لوحة الدائرة. يعد فهم كيفية تحديد قيمة TG المناسبة بشكل صحيح أمرًا بالغ الأهمية لضمان التشغيل المستقر وإطالة عمر خدمة المنتجات الإلكترونية.
1، فهم قيمة TG
تشير قيمة TG، المعروفة أيضًا باسم درجة حرارة التزجج، إلى درجة الحرارة التي تنتقل عندها البوليمرات غير المتبلورة (بما في ذلك الجزء غير المتبلور من البوليمرات البلورية) بين الحالة الزجاجية والمطاطية. بالنسبة للركيزة من لوحات الدوائر، عندما تكون درجة الحرارة أقل من قيمة TG، تكون الركيزة في حالة زجاجية صلبة ذات خصائص ميكانيكية جيدة واستقرار الأبعاد؛ عندما تتجاوز درجة الحرارة قيمة TG، تتحول الركيزة تدريجيًا إلى حالة مطاطية ناعمة، وتنخفض خواصها الميكانيكية، ويتدهور استقرار الأبعاد، وقد تحدث مشاكل مثل التشوه والتصفيح، مما يؤثر بشكل خطير على الأداء الكهربائي وموثوقية لوحة الدائرة.
2، متطلبات قيم TG في سيناريوهات التطبيق المختلفة
المنتجات الإلكترونية الاستهلاكية: تنتج المنتجات الإلكترونية الاستهلاكية الشائعة، مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وما إلى ذلك، حرارة محدودة نسبيًا أثناء التشغيل. بشكل عام، يمكن استخدام ألواح FR-4 العادية ذات قيم TG بين 130 درجة و150 درجة لتلبية الطلب. يتميز هذا النوع من اللوحات بتكلفة أقل ويمكن أن يضمن التشغيل المستقر للوحة الدائرة في ظل ظروف درجة الحرارة العادية. بأخذ الهواتف الذكية كمثال، يمكن التحكم في الحرارة الناتجة عن الرقائق والمكونات الأخرى الموجودة على لوحات دوائرها الداخلية أثناء الاستخدام العادي ضمن نطاق معين من خلال تصميم تبديد الحرارة، وتكون لوحة الدائرة ذات قيمة TG العادية كافية للتعامل معها.
معدات التحكم الصناعية: البيئات الصناعية عادة ما تكون معقدة، وقد تواجه المعدات ظروفًا قاسية مثل ارتفاع درجة الحرارة والرطوبة العالية، وتعمل بشكل مستمر لفترات طويلة من الزمن. ولذلك، فإن لوحة الدائرة الكهربائية لمعدات التحكم الصناعية تحتاج إلى درجة أعلى من الاستقرار والموثوقية. يوصى عمومًا باستخدام صفائح TG متوسطة إلى عالية بقيم TG تتراوح من 150 درجة إلى 170 درجة. على سبيل المثال، في معدات التحكم لخط الإنتاج الآلي، بسبب التشغيل المستمر للمعدات لفترة طويلة، سوف تستمر لوحة الدائرة في التسخين. يمكن للألواح ذات قيم TG الأعلى أن تقاوم بشكل فعال تأثير درجات الحرارة المرتفعة، وتضمن التشغيل المستقر للمعدات، وتقلل من احتمالية الفشل.
في مجال إلكترونيات السيارات، لا يتعين على الأجهزة الإلكترونية الخاصة بالسيارات أن تتحمل درجات الحرارة المرتفعة في المناطق-ذات درجات الحرارة المرتفعة فحسب، مثل حجرة المحرك أثناء التشغيل، ولكنها تحتاج أيضًا إلى التعامل مع الاهتزازات والتأثيرات والتغيرات الجذرية في درجات الحرارة أثناء تشغيل السيارة. تتطلب لوحات الدوائر الخاصة بالمكونات الرئيسية، مثل وحدات التحكم في المحرك وشواحن السيارات، موثوقية عالية للغاية. تتطلب مثل هذه التطبيقات غالبًا صفائح TG عالية بقيم TG أعلى من 170 درجة، وحتى بعض -التطبيقات المتطورة قد تستخدم مواد خاصة بقيم TG تتجاوز 200 درجة. على سبيل المثال، يمكن للوحة دائرة ECU الموجودة في حجرة محرك السيارة الحفاظ على الأداء الكهربائي والميكانيكي المستقر في ظل ظروف العمل ذات درجة الحرارة العالية، مما يضمن التحكم الدقيق والتشغيل الموثوق لمحرك السيارة.
المنتجات الفضائية والعسكرية: وصلت هذه المجالات إلى المتطلبات القصوى لموثوقية المنتج واستقراره، وأي عطل بسيط يمكن أن يؤدي إلى عواقب وخيمة. تحتاج لوحات الدوائر إلى الحفاظ على الأداء العالي في البيئات القاسية مثل درجات الحرارة القصوى والاهتزازات القوية. ولذلك، تستخدم المنتجات الفضائية والعسكرية عادة مواد خاصة ذات قيم TG عالية للغاية، مثل الركائز الخزفية، التي تكون قيم TG الخاصة بها أعلى بكثير من الألواح العضوية العادية، والتي يمكن أن تضمن عدم تأثر مؤشرات الأداء المختلفة للوحات الدوائر في البيئات القاسية وضمان التشغيل الموثوق للمعدات في البيئات المعقدة.
3، العوامل التي يجب مراعاتها عند اختيار قيم TG
نطاق درجة حرارة العمل: أولاً، من الضروري توضيح الحد الأقصى لدرجة الحرارة التي قد تواجهها لوحة الدائرة أثناء التشغيل الفعلي. وهذا يتطلب دراسة شاملة لعوامل مثل عناصر التسخين الداخلية، وتصميم تبديد الحرارة، ودرجة الحرارة المحيطة التي يتم استخدام المعدات فيها. على سبيل المثال، لوحة دائرة التحكم الخاصة بالفرن الصناعي الذي يعمل في بيئة ذات درجة حرارة عالية-قد تكون درجة حرارة العمل فيها قريبة من 100 درجة أو أعلى. في هذه الحالة، من الضروري اختيار لوحة ذات قيمة TG عالية يمكنها تحمل درجة الحرارة هذه ولها هامش معين.
توليد الطاقة والحرارة للمكونات: يختلف توليد الطاقة والحرارة للمكونات المختلفة على لوحة الدائرة. بالنسبة للمكونات ذات الطاقة العالية وتوليد حرارة كبيرة، مثل -رقائق الطاقة العالية ومقاومات الطاقة وما إلى ذلك، سترتفع درجة الحرارة في منطقة لوحة الدائرة المحيطة بشكل ملحوظ. في هذه المناطق، يجب اختيار اللوحات ذات قيم TG الأعلى لمنع تدهور أداء لوحة الدائرة بسبب ارتفاع درجة الحرارة المحلية. على سبيل المثال، تتطلب لوحة الدائرة في مصدر طاقة الكمبيوتر استخدام لوحات ذات قيمة TG عالية لضمان التشغيل المستقر للدائرة بسبب الكمية الكبيرة من الحرارة الناتجة عن مكونات الطاقة الداخلية أثناء التشغيل.
متطلبات مدة الخدمة: إذا كان للمنتج توقعات عالية لمدة الخدمة، فمن المهم بشكل خاص اختيار قيمة TG المناسبة. أثناء الاستخدام على المدى الطويل-، حتى لو لم تتجاوز درجة حرارة العمل قيمة TG، فإن بيئة درجة الحرارة المرتفعة المستمرة قد تؤدي إلى شيخوخة ركيزة لوحة الدائرة تدريجيًا وتقليل أدائها. يمكن أن تؤدي قيمة TG الأعلى إلى إبطاء معدل تقادم الركيزة وإطالة عمر خدمة لوحة الدائرة. على سبيل المثال، الأجهزة مثل العدادات الذكية التي تتطلب تشغيلًا مستقرًا على المدى الطويل-يجب أن تستخدم لوحات ذات قيمة TG عالية للوحات دوائرها لضمان أداء مستقر على مدار سنوات عديدة من الاستخدام.
حدود التكلفة: بشكل عام، كلما ارتفعت قيمة TG للوحة، زادت تكلفتها. عند اختيار قيم TG، من الضروري مراعاة عوامل التكلفة بشكل شامل مع تلبية متطلبات الأداء. بالنسبة لبعض المنتجات الإلكترونية الاستهلاكية الحساسة للتكلفة ولها متطلبات أداء منخفضة نسبيًا، يمكن اختيار لوحات ذات قيمة TG منخفضة للتحكم في التكاليف مع ضمان الموثوقية الأساسية. ولكن بالنسبة لمجالات التطبيق الرئيسية مثل المعدات الطبية وإلكترونيات السيارات وما إلى ذلك، يجب إعطاء الأولوية لضمان الأداء والموثوقية واختيار لوحات قيمة TG المناسبة بشكل معقول، بدلاً من التركيز فقط على التكلفة.
4، اختبار والتحقق من قيمة TG
طريقة التحليل الحراري: يمكن لمسعر المسح التفاضلي الشائع الاستخدام قياس قيمة TG لركيزة لوحة الدائرة بدقة. من خلال تسخين العينة بمعدل تسخين محدد وتسجيل تغيراتها الحرارية، عندما تصل درجة الحرارة إلى درجة حرارة التزجج، سيُظهر منحنى كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC) تحولًا أساسيًا كبيرًا، والذي يمكنه تحديد قيمة TG. يمكن أيضًا لقياس السعرات الحرارية بمسح التعديل، وقياس السعرات الحرارية التفاضلية المتزامنة، وغيرها من الطرق تحديد قيم TG بدقة، والتي يمكنها تحليل تغيرات الأداء الحراري للمواد بشكل أكثر دقة أثناء عملية التزجج بدرجات متفاوتة.
اختبار محاكاة البيئة الفعلية: بالإضافة إلى اختبار التحليل الحراري في المختبر، يمكن أيضًا إجراء الاختبار والتحقق من خلال محاكاة بيئة العمل الفعلية للوحة الدائرة. على سبيل المثال، وضع عينة لوحة الدائرة المجهزة في غرفة اختبار ذات درجة حرارة عالية-، وتسخينها وفقًا لمنحنى درجة حرارة محدد مسبقًا، ومراقبة تغيرات أداء لوحة الدائرة عند درجات حرارة مختلفة، بما في ذلك الخواص الكهربائية والميكانيكية، والتحقق من التشوه، والتصفيح، والدوائر القصيرة، وغيرها من المشكلات للتحقق مما إذا كانت قيمة TG المحددة تلبي متطلبات التطبيق العملي. في مجال إلكترونيات السيارات، تخضع عينات لوحات الدوائر لاختبارات محاكاة بيئية شاملة تشتمل على عوامل متعددة مثل ارتفاع درجة الحرارة والاهتزاز والرطوبة وما إلى ذلك، لتقييم موثوقية لوحة الدوائر بشكل شامل في ظل ظروف التشغيل العملية المعقدة.