Em alguns artigos citamos a importância de se considerar o limite da temperatura de transição vítrea ou TG dos laminados das placas de circuito impresso, sobretudo da fibra de vidro (FR4).

A temperatura de transição vítrea é aquela em que ocorre a transição de um estado vítreo ou sólido, onde as moléculas não possuem mobilidade, para um estado borrachoso, em que as moléculas passam a ter mobilidade devido ao aumento de temperatura.

À medida que as temperaturas diminuem, as cadeias poliméricas que estão diretamente relacionadas à temperatura, têm a redução da energia fornecida e consequentemente os movimentos moleculares também são reduzidos determinando a rigidez do material. O oposto ocorre no aumento da temperatura que aumenta a mobilidade das cadeias poliméricas, o que inicia um processo de transição do estado sólido, sem necessariamente chegar ao estado líquido. Porém, passando antes por este estado macio ou maleável.

Esse processo acaba por desencadear algumas importantes variações nas propriedades do material, principalmente quanto a sua capacidade calorífica, propriedades viscoelásticas e expansividade térmica.

O TG de um laminado é que vai determinar os limites de temperatura em que uma placa vai operar de forma segura e eficiente. Para placas de FR-4 podemos chamar de TG padrão aqueles que operam entre as faixas de 130°C a 140°C. São considerados laminados de médio TG aqueles que atuam na faixa acima de 150°C. Laminados que suportam acima de 170°C são classificados como laminados de alto TG ou HighTG.

É altamente recomendável que se observe uma faixa de segurança de pelo menos 20°C entre o material utilizado e a faixa de operação do circuito. Ou seja, para utilizar um laminado com TG 130, a temperatura de operação não deve superar os 110°C.

O uso de vias térmicas e dissipadores de calor sempre ajudará a reduzir a temperatura de operação e com isso evitar a necessidade da utilização de laminados de mais alto TG, que apresentam custos relativamente elevados em comparação aos laminados de TG padrão.

Embora ocorra o retorno ao estado inicial ao reduzir as temperaturas, alguns danos irreparáveis podem ocorrer, pois a temperatura de decomposição (TD) a ser considerada faz com que ocorra decomposições químicas, podendo chegar a até 5% de sua massa. Além disso, o CTE (coeficiente de expansão térmica) elevado afetará vias uma vez que a expansão do eixo Z da placa fatalmente implicará no rompimento dessas vias, interrompendo a passagem de corrente e o funcionamento do circuito.

Inúmeras situações exigem materiais de alto TG, até mesmo no processo de montagem das placas como em alguns casos de solda sem chumbo. Estas requerem maior temperatura de soldagem e, nesses casos, um TG muito baixo pode comprometer o processo.

Pouco se comenta sobre a operação em baixíssimas temperaturas, mas há situações em que ela pode ocorrer em temperaturas extremas, de -50°C, e em equipamentos aeroespaciais, onde essas temperaturas podem atingir -150°C, por exemplo. Isso pode desenvolver tensão e rachaduras no laminado. E mesmo nestas situações, laminados de alto TG podem garantir um melhor desempenho.

O uso de laminados de alto TG vem se intensificando com os fabricantes de telefones celulares pois, num pequeno espaço, eles executam funções que geram altas temperaturas internas a serem suportadas. Situações também bastante presentes na indústria automotiva, indústria bélica, equipamentos de alta potência e expostos a temperaturas e ambientes agressivos.

Além das vantagens apresentadas pelos materiais de alto TG no que se refere a temperatura, outras características acabam melhorando seu desempenho também na resistência mecânica, estabilidade dimensional, lidar melhor com sinais de alta frequência, possuir menor absorção de umidade, menor exposição química e características dielétricas superiores, são outras delas.

Somando às opções de laminados FR-4 de alto TG, outros substratos oferecem limites ainda superiores de temperatura como o Pyralux e Kapton, substrato de alumínio ou metal isolado e Politetrafluoretileno (PTFE), RF-35 entre outros. Porém, com custos geralmente mais elevados ou maiores dificuldades de produção, como no caso das placas de múltiplas camadas.

Ao projetar a placa de circuito impresso, os conhecimentos desses limites podem ser fundamentais para o sucesso do projeto.

Sempre que precisar conte com a TEC-CI para auxiliar na busca do melhor laminado para sua placa.