印刷电路板 （PCB） 是现代电子产品的支柱，选择正确的基板材料对于确保性能、可靠性和使用寿命至关重要。这一决定的一个关键因素是基板的玻璃化转变温度 （Tg），它决定了 PCB 在作和制造过程中的耐热能力。对于工程师来说，了解 Tg 值对于设计满足特定热、电气和机械要求的电路板至关重要。

什么是 Tg，为什么它很重要？

玻璃化转变温度 （Tg） 是由于聚合物链迁移率增加，PCB 基板从刚性玻璃状态转变为较软橡胶状态的温度范围。Tg 以摄氏度 （°C） 为单位测量，是一种关键的热特性，会影响基板在热下的稳定性，特别是在焊接等制造过程中或高温作环境中。

Tg 太接近或低于工作或焊接温度的基板有变形、分层甚至失效的风险。例如，标准无铅焊接工艺通常会达到 200°C 至 260°C 之间的温度，因此基板的 Tg 必须足够高以保持结构完整性。此外，Tg 还会影响刚性等机械性能和介电稳定性等电气性能，使其成为 PCB 材料选择的基石。

影响PCB基板中Tg的关键因素

在选择基于 Tg 的基板时，工程师必须考虑影响热性能和整体 PCB 可靠性的几个因素。下面，我们概述了最关键的考虑因素：

1.作环境

PCB应用的环境温度是Tg选择的主要驱动因素。对于智能手机或笔记本电脑等通用电子产品，Tg 为 130°C 至 180°C 的标准 FR-4 基板通常就足够了，因为这些设备通常在 100°C 以下运行。 然而，汽车引擎盖下电子设备或航空航天系统等可能面临超过 150°C 温度的应用需要高 Tg 基板（例如 Tg > 170°C）来确保可靠性。

2. 制造工艺

焊接过程，尤其是无铅焊接，会使 PCB 暴露在高温下。Tg 低于焊接温度（例如，无铅焊接为 260°C）的基板可能会软化，从而导致翘曲或层分离。对于无铅组装，我们建议最小 Tg 为 170°C，使用高 Tg FR-4 或聚酰亚胺 （Tg ~250°C） 等先进材料，用于要求更高的工艺。

3. 热循环

PCB 经受反复加热和冷却循环，例如在工业或汽车应用中，需要具有高 Tg 值的基板来抵抗热应力。较高的 Tg 可降低因热膨胀和收缩而导致机械故障的风险。例如，Tg 为 280°C 至 350°C 的聚酰亚胺衬底非常适合具有极端热循环的应用。

4. 电气性能

Tg 还会影响衬底的介电性能，这对于高频或高速电路至关重要。具有较高 Tg 值的基板，如 Rogers 4350B （Tg ~280°C），在高温下保持稳定的介电常数 （Dk） 和低耗散因数 （Df），确保射频和微波应用中的信号完整性。

常见的 PCB 基板及其 Tg 值

为了帮助工程师做出明智的决策，我们编制了一份流行的 PCB 基板、它们的 Tg 值及其理想应用的列表。每种材料都提供根据特定设计要求量身定制的独特性能。

1. FR-4 （Tg： 130°C 至 180°C）

FR-4 是一种带有环氧树脂粘合剂的编织玻璃纤维布，由于其成本效益和多功能性，它是使用最广泛的 PCB 基材。标准 FR-4 的 Tg 范围为 130°C 至 180°C，适用于消费电子、工业控制和低频应用。然而，其相对较低的 Tg 使其不太适合高温或高频设计。

• 应用：智能手机、个人电脑、家用电器

• 优点： 成本低，机械强度好，广泛可用

• 缺点： 有限的热性能和高频性能

2. 高 Tg FR-4（Tg：170°C 至 200°C）

高 Tg FR-4 变体，例如 Isola 370HR，经过精心设计，可承受更高的温度，使其与无铅焊接和适度热循环兼容。这些材料的 Tg 值在 170°C 和 200°C 之间，对于需要提高热稳定性的应用来说，这是一种经济高效的升级。

• 应用：汽车电子、电源、电信

• 优点： 平衡成本和性能，兼容无铅焊接

• 缺点： 仍然仅限于极端高频或高温应用

3. 聚酰亚胺（Tg：250°C 至 350°C）

聚酰亚胺衬底以其卓越的热稳定性而闻名，Tg 值范围为 250°C 至 350°C。它们非常适合用于高温环境或需要机械柔韧性的应用中使用的柔性和刚柔结合 PCB。聚酰亚胺还具有出色的耐化学性和低吸湿性。

• 应用：航空航天、医疗植入物、大功率电子

• 优点： 高热稳定性、柔韧性、耐化学性

• 缺点： 成本较高，制造复杂

4. 罗杰斯层压板（Tg：280°C 及以上）

罗杰斯层压板（如 RO4350B 或 RO4003C）是专为射频和微波应用而设计的高性能基板。由于 Tg 值通常超过 280°C，它们提供稳定的介电性能（Dk ~3.2 至 3.6，Df ~0.002 至 0.003）和出色的热管理，使其成为高频电路的理想选择。

• 应用：5G 天线、雷达系统、卫星通信

• 优点： 低信号损耗、高热稳定性、出色的阻抗控制

• 缺点： 昂贵、专业的制造要求

5. 陶瓷基板（Tg：不适用）

陶瓷基板，如氧化铝 （Al2O3） 或氮化铝 （AlN），没有传统的 Tg，因为它们不是基于聚合物的。然而，它们具有出色的导热性（高达 170 W/m/K）和极端温度下的稳定性，使其适用于高功率或高频应用。

• 应用：LED 照明、电力电子、射频模块

• 优点： 高导热性、低介电常数

• 缺点： 脆性、成本高、灵活性有限

基于 Tg 的衬底选择的实际示例

为了说明 Tg 如何影响衬底选择，让我们探索具有特定设计要求的三种真实场景：

示例 1：汽车 ECU（发动机控制单元）

• 要求：在高达 150°C 的温度下在引擎盖下运行，需要无铅焊接，并能承受热循环。

• 所选基材：高 Tg FR-4（Tg ~180°C，例如 Isola 370HR）

• 原因：180°C 的 Tg 超过了工作温度和焊接要求，而该材料的成本效益适合大批量生产。其 CTE （~14 ppm/°C） 可最大限度地减少热循环过程中的应力。

示例 2：5G 基站天线

• 要求：处理高达 6 GHz 的频率，需要阻抗控制（50 欧姆），并在温度高达 80°C 的室外环境中运行。

• 所选基材：Rogers RO4835 （Tg ~280°C， Dk ~3.5， Df ~0.0037）

• 原因：高 Tg 可确保焊接和作过程中的稳定性，而低 Dk 和 Df 支持高频信号完整性。基板的薄芯（例如 0.254 mm）可实现精确的阻抗控制。

示例 3：柔性医疗可穿戴设备

• 要求：用于可穿戴设备的柔性 PCB，在中等温度 （~60°C） 下工作，并且需要生物相容性。

• 所选基材：聚酰亚胺 （Tg ~300°C）

• 原因：聚酰亚胺的高 Tg 确保了制造过程中的可靠性，其柔韧性使 PCB 能够符合器件的形状。其低吸湿性 （<1%） 增强了潮湿环境下的可靠性。

平衡 Tg 与其他衬底特性

虽然 Tg 是一个关键因素，但它并不是唯一的因素。工程师必须平衡 Tg 与其他衬底特性，以实现最佳性能：

• 介电常数 （Dk）：较低的 Dk 值（例如 2.5 至 4.5）可以提高信号传播速度，这对于高频应用至关重要。例如，在射频设计中，Rogers RO4350B 的 Dk 为 ~3.5，优于 FR-4 的 Dk 为 ~4.4。

• 耗散因数 （Df）：较低的 Df（例如，0.002 至 0.025）可减少信号损失。聚酰亚胺 （Df ~0.003） 等高 Tg 材料是高速电路的首选。

• 热膨胀系数 （CTE）：基板层之间的匹配 CTE（例如，FR-4 为 14-17 ppm/°C）可最大限度地降低热循环过程中的分层风险。

• 导热性：高导热性（例如，AlN 为 170 W/m/K）对于电力电子设备的散热至关重要。

通过与 Tg 一起评估这些特性，工程师可以选择满足所有设计要求的基板，而不会过度设计或增加成本。

如何支持您的 PCB 基板选择

我们了解根据 Tg 和其他特性选择合适的 PCB 基板的复杂性。我们的快速原型制作服务使工程师能够测试多种基板材料，例如高 Tg FR-4、聚酰亚胺或罗杰斯层压板，以便在全面生产之前验证性能。凭借全球物流和与领先材料供应商的合作伙伴关系，我们确保以具有竞争力的价格获得高质量的基材。我们先进的制造能力，包括精确的阻抗控制和无铅组装，甚至支持从 5G 天线到汽车 ECU 的最苛刻的应用。

根据 Tg 值选择合适的 PCB 基板是设计可靠、高性能电子产品的关键步骤。通过了解 Tg 的热、电和机械影响，工程师可以选择符合其应用要求的材料，如 FR-4、聚酰亚胺或罗杰斯层压板。无论您是为消费类电子产品、汽车系统还是高频射频电路进行设计，优先考虑 Tg 以及 Dk、Df 和 CTE 等其他特性，都能确保最佳性能和使用寿命。