Für Leiterplatten welche hohen thermischen Belastungen ausgesetzt sind, gilt es rechtzeitig die benötigte Dauerbertriebstemperatur (eng. MOT = „Maximum Operating Temperature“) festzulegen um somit ein geeignetes Material zu bestimmen.
Die Dauerbetriebstemperatur bezeichnet die Temperatur, bei der eine Leiterplatte kontinuierlich betrieben werden kann, ohne Schaden zu nehmen. Der Tg-Wert / Td-Wert des Basismaterials kann hierfür als Referenz verwendet werden.
Details haben wir im Folgenden für Sie zusammengefasst.
Tg-Wert
Die Glasübergangstemperatur (Tg) ist eine wichtige Kenngröße des Basismaterials, welche anzeigt, ab welcher Temperatur die Harzmatrix vom glasartigen, spröden Zustand in den weichelastischen übergeht.
Der Tg-Wert des Basismaterials gibt hierbei einen oberen Grenzwert vor, bei dem sich die Harzmatrix zersetzt und es folglich zur Delamination kommt. Der Tg ist daher nicht der Wert der maximalen Einsatztemperatur, sondern kann nur sehr kurz vom Material bestanden werden.
Als Richtwert für eine dauerhafte thermische Belastung gilt: Einsatztemperatur ca. 25°C unter dem Tg.
Wenn die Glasübergangstemperatur Tg bei 170°C und darüber liegt, spricht man von Hoch-Tg-Material.
Hoch-Tg-Materialien haben folgende Eigenschaften:
- hoher Glasfließtemperaturwert (Tg)
- hohe Temperaturbeständigkeit
- lange Delaminationsbeständigkeit
- geringe z-Achsenausdehnung (CTE-z)
Material für Hoch-Tg Leiterplatten (Auswahl)
| Material für Hoch-Tg Leiterplatten | Tg | CTE-z (T<Tg) | εr, Dk- Permittivity | Spannungs- festigkeit | Oberflächen- widerstand | Kriechstrom- festigkeit CTI | Thermische Leitfähigkeit | Td-Wert | Cu-Haftung |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| °C | ppm/°C | @1GHz | KV/mm | MO | PLC | W/m*K | °C | N/mm | |
| ISOLA IS410 FR4 HTg, CAF-Enhanced | 180° | 55 | 4,0 | 44 | 8,0 x 10^6 | 3 | 0,5 | 350° | 1,2 |
| ISOLA IS420 FR4 HTg, CAF-Enhanced | 170° | 45 | 4,0 | 54 | 3,0 x 10^6 | 3 | 0,4 | 350° | 1,3 |
| ITEQ IT-180A FR4 HTg | 175° | 45 | 4,4 | 45 | 3,0 x 10^10 | - | - | 345° | 1,4 |
| Shengyi S1000-2 FR4 HTg | 180° | 45 | 4,8* | 63 | 7,9 x 10^7 | 3 | - | 345° | 1,4 |
| ARLON 85N Polyimid HTg | 250° | 55 | 4,20* | 57 | 1,6 x 10^9 | - | 0,2 | 387° | 1,2 |
CAF - Conductive Anodic Filament: unerwünschter leitfähiger Faden im Substrat einer Leiterplatte
CTE-z
Der CTE-Wert gibt die thermische Ausdehnung des Basismaterials an. CTE-z steht für die z-Achse und ist z.B. aufgrund der Stabilität der Durchkontaktierungen von Bedeutung. Ein höherer Tg-Wert begünstigt einen geringen CTE-z Wert, welcher die absolute Ausdehnung in der z-Achse repräsentiert.
Die Ausdehnung von PCB-Materialien erfolgt volumetrisch bei Temperaturerhöhung, wobei der Laminataufbau so gestaltet ist, dass die Ausdehnung in der x-y-Ebene und entlang der z-Achse deutlich unterschiedlich ausfällt.
Das im Laminat enthaltene restriktive Glasgewebe verhindert eine isotrope Ausdehnung des Harzes (gleichmäßige Ausdehnung in alle Richtungen), sodass die Ausdehnung in x- und y-Richtung deutlich geringer ausfällt als in z-Richtung.
Fehler wie Pad Lifting, Corner Cracks und Hülsenriß innerhalb der Durchkontaktierung können durch einen geringen CTE-z Wert verhindert werden.
T260- T288-Wert, Td
Ein sehr wichtiger Indikator für die Wärmebeständigkeit ist die Delaminationszeit bei einer bestimmten Temperatur. Getestet wird diese vorzugsweise bei 260 °C oder 288 °C. Der T260- oder T288-Wert gibt die Zeit bis zur Delamination bei 260°C bzw. 288°C an.
Td: Zersetzungstemperatur gibt die Temperatur an, bei der das Basismaterial 5% Gewicht verloren hat und ist eine wichtige Kenngröße für die Thermostabilität eines Basismaterials. Bei Überschreitung dieser Temperatur tritt eine nicht umkehrbare Zersetzung und Schädigung des Materials durch den Zerfall der chemischen Verbindung ein.