בתכנון וייצור שלמעגלים מודפסים, ערך TG הוא פרמטר מפתח הממלא תפקיד מכריע בביצועים ובאמינות של המעגל. ההבנה כיצד לבחור נכון את ערך ה-TG המתאים היא חיונית להבטחת פעולה יציבה ולהארכת חיי השירות של מוצרים אלקטרוניים.
1, הבן ערך TG
ערך ה-TG, הידוע גם בשם טמפרטורת מעבר הזכוכית, מתייחס לטמפרטורה שבה עוברים פולימרים אמורפיים (כולל החלק האמורפי של פולימרים גבישיים) בין המצב הזכוכיתי והגומי. עבור המצע של לוחות מעגלים, כאשר הטמפרטורה היא מתחת לערך TG, המצע נמצא במצב זכוכית קשיח עם תכונות מכניות טובות ויציבות מימדית; כאשר הטמפרטורה עולה על ערך TG, המצע הופך בהדרגה למצב גומי רך, והתכונות המכניות שלו יורדות, היציבות הממדית מתדרדרת, ובעיות כגון דפורמציה ודלמינציה עלולות להתרחש, המשפיעות באופן רציני על הביצועים החשמליים והאמינות של המעגל.
2, דרישות לערכי TG בתרחישי יישומים שונים
מוצרי אלקטרוניקה לצרכן: מוצרי צריכה נפוצים של מוצרי אלקטרוניקה, כגון סמארטפונים, טאבלטים וכו', מייצרים חום מוגבל יחסית במהלך הפעולה. בדרך כלל, ניתן להשתמש בלוחות FR-4 רגילים עם ערכי TG בין 130 מעלות ל-150 מעלות כדי לענות על הביקוש. לסוג זה של לוח עלות נמוכה יותר והוא יכול להבטיח פעולה יציבה של לוח המעגלים בתנאי טמפרטורה רגילים. אם לוקחים טלפונים חכמים כדוגמה, ניתן לשלוט בחום שנוצר על ידי שבבים ורכיבים אחרים על המעגלים הפנימיים שלהם במהלך שימוש רגיל בטווח מסוים באמצעות עיצוב פיזור חום, ומספיק לוח מעגלים עם ערך TG תקין כדי להתמודד איתו.
ציוד בקרה תעשייתי: סביבות תעשייתיות הן בדרך כלל מורכבות, והציוד עשוי להתמודד עם תנאים קשים כמו טמפרטורה גבוהה ולחות גבוהה, ולפעול ברציפות לפרקי זמן ארוכים. לכן, לוח המעגלים של ציוד בקרה תעשייתי צריך להיות בעל יציבות ואמינות גבוהות יותר. בדרך כלל מומלץ להשתמש בגיליונות TG בינוניים עד גבוהים עם ערכי TG הנעים בין 150 מעלות ל-170 מעלות. לדוגמה, בציוד הבקרה של קו ייצור אוטומטי, עקב פעולתו הרציפה של הציוד במשך זמן רב, המעגל ימשיך להתחמם. לוחות עם ערכי TG גבוהים יותר יכולים להתנגד ביעילות להשפעה של טמפרטורה גבוהה, להבטיח פעולה יציבה של הציוד ולהפחית את ההסתברות לכשל.
בתחום האלקטרוניקה לרכב, מכשירים אלקטרוניים לרכב לא רק צריכים לעמוד בטמפרטורות גבוהות באזורי-טמפרטורות גבוהות כמו תא המנוע במהלך הפעולה, אלא גם להתמודד עם רעידות, פגיעות ושינויי טמפרטורה דרסטיים במהלך פעולת הרכב. במיוחד לוחות המעגלים של רכיבי מפתח כגון יחידות בקרת מנוע ומטענים לרכב דורשים אמינות גבוהה במיוחד. יישומים כאלה דורשים לעתים קרובות גיליונות TG גבוהים עם ערכי TG מעל 170 מעלות, ואפילו חלק מהיישומים הגבוהים- עשויים להשתמש בחומרים מיוחדים עם ערכי TG העולים על 200 מעלות. לדוגמה, לוח המעגלים של ה-ECU בתא המנוע של המכונית יכול לשמור על ביצועים חשמליים ומכניים יציבים בתנאי עבודה בטמפרטורה גבוהה, מה שמבטיח שליטה מדויקת והפעלה אמינה של מנוע המכונית.
מוצרי תעופה וחלל וצבא: תחומים אלו הגיעו לדרישות הקיצוניות לאמינות ויציבות המוצר, וכל תקלה קלה עלולה להוביל לתוצאות חמורות. לוחות מעגלים צריכים לשמור על ביצועים גבוהים בסביבות קשות כמו טמפרטורות קיצוניות ורעידות חזקות. לכן, מוצרי תעופה וחלל וצבא משתמשים בדרך כלל בחומרים מיוחדים בעלי ערכי TG גבוהים במיוחד, כמו מצעים קרמיים, שערכי ה-TG שלהם גבוהים בהרבה מלוחות אורגניים רגילים, מה שיכול להבטיח כי מדדי הביצועים השונים של לוחות מעגלים לא יושפעו בסביבות קשות ולהבטיח את פעולתו האמינה של ציוד בסביבות מורכבות.
3, גורמים שיש לקחת בחשבון בעת בחירת ערכי TG
טווח טמפרטורת עבודה: ראשית, יש צורך להבהיר את הטמפרטורה המקסימלית שהלוח עשוי להתמודד איתה במהלך הפעולה בפועל. זה דורש התייחסות מקיפה של גורמים כגון גופי החימום הפנימיים, עיצוב פיזור החום וטמפרטורת הסביבה שבה נעשה שימוש בציוד. לדוגמה, ללוח הבקרה של תנור תעשייתי הפועל בסביבת-טמפרטורה גבוהה עשויה להיות טמפרטורת עבודה קרובה ל-100 מעלות ואף יותר. במקרה זה, יש צורך לבחור לוח בעל ערך TG גבוה שיכול לעמוד בטמפרטורה זו ובעל מרווח מסוים.
הספק ויצירת חום של רכיבים: הספק והחום של רכיבים שונים בלוח המעגלים משתנים. עבור רכיבים בעלי הספק גבוה ויצירת חום משמעותי, כגון שבבי הספק- גבוהים, נגדי הספק וכו', הטמפרטורה באזור המעגלים שמסביב תגדל באופן משמעותי. באזורים אלה, יש לבחור לוחות בעלי ערכי TG גבוהים יותר כדי למנוע ירידה בביצועים של המעגל עקב התחממות יתר מקומית. לדוגמה, לוח המעגלים באספקת חשמל למחשב דורש שימוש בלוחות בעלי ערך TG גבוה כדי להבטיח פעולה יציבה של המעגל בשל כמות החום הגדולה שנוצרת על ידי רכיבי החשמל הפנימיים במהלך הפעולה.
דרישות חיי שירות: אם למוצר יש תוחלת גבוהה לחיי שירות, חשוב במיוחד לבחור את ערך ה-TG המתאים. במהלך-שימוש ארוך טווח, גם אם טמפרטורת העבודה אינה עולה על ערך ה-TG, סביבת הטמפרטורה הגבוהה המתמשכת עלולה להזדקן בהדרגה את מצע המעגל ולהפחית את ביצועיו. ערך TG גבוה יותר יכול להאט את קצב ההזדקנות של המצע ולהאריך את חיי השירות של המעגל. לדוגמה, מכשירים כגון מונים חכמים הדורשים פעולה יציבה לטווח ארוך צריכים להשתמש בלוחות בעלי ערך TG גבוה עבור המעגלים שלהם כדי להבטיח ביצועים יציבים לאורך שנים רבות של שימוש.
הגבלת עלות: באופן כללי, ככל שערך ה-TG של הלוח גבוה יותר, העלות שלו גבוהה יותר. בעת בחירת ערכי TG, יש צורך לשקול את גורמי העלות באופן מקיף תוך עמידה בדרישות הביצועים. עבור חלק מהמוצרים האלקטרוניים הרגישים לעלות ובעלי דרישות ביצועים נמוכות יחסית, ניתן לבחור לוחות בעלי ערך TG נמוך יותר כדי לשלוט בעלויות תוך הבטחת אמינות בסיסית. אבל עבור תחומי יישום מרכזיים כגון ציוד רפואי, אלקטרוניקה לרכב וכו', יש לתת עדיפות להבטחת ביצועים ואמינות, ולבחור לוחות ערך TG המתאימים באופן סביר, במקום להתמקד רק בעלות.
4, בדיקה ואימות של ערך TG
שיטת ניתוח תרמי: קלורימטר הסריקה הדיפרנציאלי הנפוץ יכול למדוד במדויק את ערך ה-TG של מצע המעגל. על ידי חימום הדגימה בקצב חימום ספציפי ורישום השינויים התרמיים שלה, כאשר הטמפרטורה מגיעה לטמפרטורת מעבר הזכוכית, עקומת ה-DSC תציג שינוי משמעותי בקו הבסיס, שיכול לקבוע את ערך ה-TG. קלורימטריית סריקת מודולציה, קלורימטריה דיפרנציאלית סינכרונית ושיטות אחרות יכולות גם לקבוע במדויק ערכי TG, שיכולים לנתח בצורה מדויקת יותר את השינויים בביצועים התרמיים של חומרים במהלך תהליך מעבר הזכוכית בדרגות שונות.
בדיקת הדמיית סביבה בפועל: בנוסף לבדיקות ניתוח תרמי במעבדה, ניתן לבצע בדיקה ואימות גם על ידי הדמיית סביבת העבודה בפועל של המעגל. לדוגמה, הצבת מדגם המעגל המוכן לתוך תא בדיקה בטמפרטורה גבוהה-, חימום אותו לפי עקומת טמפרטורה קבועה מראש, צפייה בשינויי הביצועים של המעגל בטמפרטורות שונות, כולל מאפיינים חשמליים ומכניים, ובדיקת עיוותים, דלמינציה, קצרים ובעיות אחרות כדי לוודא אם ערך ה-TG שנבחר עומד בדרישות היישום המעשיות. בתחום האלקטרוניקה לרכב, דגימות מעגלים נתונות לבדיקות סימולציה סביבתיות מקיפות המערבות מספר גורמים כגון טמפרטורה גבוהה, רטט, לחות וכו', כדי להעריך באופן מקיף את מהימנות המעגל בתנאי פעולה מעשיים מורכבים.