Hoge TG PCB's versus Standaard FR4: Wanneer Premium Thermische Prestaties Kiezen voor Uw Elektronica

In de wereld van PCB-ontwerp kan het kiezen van het juiste materiaal je project goed of slecht maken.Maar wat als je project in een hete motorruimte woontDit is waar High-Tg PCB's bijkomen. Met een glazen overgangstemperatuur (TG) van 170°C+ (tegenover 130°140°C voor FR4),PCB's met een hoge TG-waarde lachen om warmte die standaardplaten zou verzachten of vervormenDeze gids beschrijft de belangrijkste verschillen, praktijkervaringen, en de mogelijkheden om een hoge TG-waarde te behalen.en een stapsgewijs besluitvormingsproces om u te helpen het perfecte materiaal te kiezen, of u nu een eenvoudige afstandsbediening of een robuust EV-component bouwt.

Belangrijkste lessen
1.TG = hittebestendigheid: PCB's met een hoge TG (≥170°C) kunnen extreme hitte verwerken; standaard FR4 (130~140°C) werkt voor apparaten met een lage hitte.
2.Thermische prestatieverschil: hoge TG dissipeert warmte 30% beter, waardoor het cruciaal is voor ontwerpen met een hoog vermogen (EV-omvormers, 5G-versterkers).
3.Cost versus value: FR4 kost 20~30% minder, maar High TG bespaart geld op lange termijn in hot/powervolle projecten (minder mislukkingen, minder herwerkingen).
4.Mechanische sterkte: hoge TG weerstaat vervorming tijdens solderen en thermische cyclussen ˇ ideaal voor industrieel/automotief gebruik.
5.Beslissingsregel: Kies High TG als uw project >150°C bereikt, >50W vermogen verbruikt of 10+ jaar betrouwbaarheid nodig heeft; FR4 is voldoende voor consumentenapparaten.

Wat is de standaard FR4?
FR4 (Flame Retardant 4) is het meest voorkomende PCB-materiaal om een reden: het combineert kosten, sterkte en thermische prestaties.Het is de go-to voor apparaten die niet overschrijden hitte limieten.

Kerneigenschappen van standaard FR4
FR4's sterke punten liggen in zijn veelzijdigheid voor lage tot matige eisen:

Algemene toepassingen voor standaard FR4
FR4 wordt overal gebruikt in alledaagse elektronica­projecten waar warmte minimaal is en kosten een prioriteit zijn:
a.Gadgets voor de consument: afstandsbediening, slimme tv's, spelconsoles en keukenapparatuur (bijv. bedieningspaneel van een broodrooster, die zelden hoger is dan 80°C).
b. IoT-apparaten met een laag vermogen: slimme thermostaten, bewegingssensoren en Wi-Fi-routers (de meeste werken bij 40°C tot 60°C).
c.Hobbyprojecten: Arduino-schilden, basis-LED-strips en schoolelektronica-kits (geen extreme hitte of stroom).
d.niet-kritieke industriële onderdelen: fabrieksbesturingspanelen voor motoren met een laag vermogen (blijf koel in installaties met klimaatbeheersing).

Voorbeeld: het hoofd PCB van een smartphone maakt gebruik van FR4 omdat de SoC (System on Chip) werkt bij 60 ̊80 ̊C ̊, wat lager is dan FR4 ̊s TG. De behuizing en warmteafvoeringen van de telefoon houden de temperatuur in toom,FR4 meer dan voldoende maken.

Wat zijn hoog-Tg-PCB's?
Hoge TG PCB's (afkorting voor “High Glass Transition Temperature PCBs”) zijn ontworpen voor straf.Een gemodificeerde epoxyhars (vaak met toegevoegde keramische vulstoffen) die haar TG verhoogt tot 170°C of hogerDit maakt ze onmisbaar voor projecten die de thermische grenzen verleggen.

Kerneigenschappen van PCB's met een hoge TG

PCB's met een hoge TG-waarde zijn beter dan FR4 wat betreft warmte, sterkte en duurzaamheid:

Belangrijke kenmerken die een hoge TG uniek maken
a.Heatresistentie: zelfs bij 150°C (algemeen in EV-batterijcompartimenten) blijft High TG stijf – FR4 begint te vervormen.
b. Stabiliteit bij het solderen: zal niet vervormen bij het solderen van hoogtemperatuurcomponenten (bijv. IGBT's in stroomvoorzieningen).
c.Lange levensduur: bestand tegen “thermische veroudering” (afbraak van materiaal door herhaalde verwarming/koeling) “kritisch voor een levensduur van meer dan 10 jaar (bijv. medische hulpmiddelen).
d. Chemische weerstand: bestand tegen oliën, koelmiddelen en oplosmiddelen (ideaal voor onderdelen van auto's of fabrieksmachines).

Voorbeeld: een High TG PCB in een 5G basisstation's vermogenversterker draait bij 140°C 24/7 – ruim onder zijn 180°C TG. Het blijft stabiel gedurende 10+ jaar, terwijl een FR4 PCB in 3 – 5 jaar zou afbreken.

Hoge TG versus standaard FR4: een gegevensgebaseerde vergelijking
Om te begrijpen wanneer je voor een hoge TG moet kiezen, laten we de verschillen tussen de kritieke indicatoren opdelen:

De kritieke thermische kloof
Het grootste verschil is hoe elk materiaal de warmte in de loop van de tijd verwerkt.
a.FR4 PCB: De hitte van de LED-driver stoot het bord naar 135°C – net boven de FR4 – TG.
b.High TG PCB: dezelfde temperatuur (135°C) is 35°C lager dan zijn 170°C TG. Het bord blijft plat en het licht werkt betrouwbaar gedurende 5+ jaar.
Deze kloof is de reden waarom High TG niet onderhandelbaar is voor warmtegevoelige ontwerpen.

Wanneer PCB's met een hoge TG-waarde moeten worden gekozen: 3 kritieke scenario's
Hoog TG is niet alleen een “beter” materiaal, het is ook een gespecialiseerde oplossing voor projecten waar FR4 zou falen.

1. Omgevingen met hoge temperaturen
Als uw PCB aanhoudende hitte (≥ 150°C) of extreme temperatuurschommelingen zal worden blootgesteld, is een hoge TG een must.
a.Autoonderdelen: EV-batterijbeheersystemen (BMS), motorbesturingsunits (ECU's) en transmissiebesturingssystemen (werkend bij 120°C tot 160°C).
b.Industriële machines: fabrieksmotoren, lasapparatuur en ovencontrollers (geconfronteerd met 140°C tot 180°C).
c.buitelektronica: zonne-omvormers (bakken in direct zonlicht, 130-150°C) en 5G-basisstationversterkers (warmte uit RF-chips).
d.Luchtvaart: Avionica voor vliegtuigen (temperatuurschommelingen van -50°C tot 120°C).

Case Study: Een autofabrikant schakelde van FR4 over op High TG (180°C) voor zijn EV BMS. Garantieclaims daalden met 70%

2. Hoogvermogende toepassingen
Componenten die veel stroom (≥5A) opnemen, genereren aanzienlijke warmte.
a. krachtelektronica: omvormers (EV's, zonne-energie), DC-DC-omvormers en motorstuurapparaten (100-500W).
b.LED's met een hoog vermogen: stadionverlichting, LED-projectoren en koplampen voor auto's (50~200 W).
c. Datacenterhardware: servervoorraden en GPU-moederborden (rennen 24 uur per dag, 7 dagen per week, 80°C tot 140°C).
d.Medische apparaten: magnetische resonantiemachine-krachtmodules en lasertherapie-instrumenten (worden warm geproduceerd en hebben een levensduur van meer dan 10 jaar nodig).

Waarom FR4 hier mislukt: een 200W LED-driver op FR4 zou oververhit raken, waardoor de epoxy afbreekt en het bord de structurele sterkte verliest.zelfs bij constante hitte.

3. Langetermijnbetrouwbaarheidseisen
Als uw project een decennium of langer moet duren (bijv. medische implantaten, industriële besturing), is de duurzaamheid van High TG's de investering waard:
a.Medische hulpmiddelen: pacemakers, insulinepompen en diagnostische apparatuur (moeten betrouwbaar werken gedurende 10-15 jaar).
b.Infrastructuur: verkeerslichten, stroomnetcontroles en olierijsensoren (moeilijk te onderhouden, dus levensduur is de sleutel).
c.Automotief: onderdelen van elektrische voertuigen (waarborgduur vaak 8-10 jaar) en autonome voertuigsensoren (kan niet uitvallen in kritieke momenten).

Gegevenspunt: PCB's met een hoge temperatuur in industriële sensoren hebben na 10 jaar een storingspercentage van < 1%.

Wanneer standaard FR4 meer dan voldoende is
FR4 is niet “minderwaardig”, het is de juiste keuze voor 80% van de consumenten en projecten met een lage vraag.

1. Consumentenelektronica (laag warmte, laag vermogen)
De meeste gadgets genereren niet genoeg warmte om FR4 uit te dagen:
a.Kleine apparaten: smartphones, tablets, smartwatches en afstandsbediening (werkend bij 40°C tot 80°C).
b.Huishoudelijke apparaten: blenders, magnetronen (besturingsborden, niet het verwarmingselement) en koffiemachines.
c. IoT met een laag energieverbruik: slimme thermostaten, deurbelletjes en omgevingssensoren (gebruik < 10 W).

Voorbeeld: een pcb van een smartwatch maakt gebruik van FR4 omdat de processor bij 60°C draait en de behuizing van het horloge warmte afvoert.

2. Kostengevoelige projecten
Als het budget uw hoogste prioriteit is en de prestatievereisten laag zijn, levert FR4 waarde:
a.Hobbyprojecten: Arduino-kits, DIY-LED-strips en schoolelektronica.
b.Eenmalige apparaten: medische testkits, tijdelijke sensoren en promotiemateriaal.
c. Grote consumptiegoederen: Goedkope speelgoed, elementaire zaklampen en wegwerpcamera's.

Kostenverdeling: Voor een bestelling van 10.000 eenheden van eenvoudige PCB's kost FR4 $15.000~$30,000, terwijl High TG kost $20.000$50,000FR4 bespaart de kosten met 20 tot 40% voor niet-kritieke ontwerpen.

3. Inwendige, klimaatgecontroleerde omgevingen
Als uw PCB's in een stabiele, koele ruimte wonen (20°C-30°C), zullen de thermische grenzen van FR4 nooit worden getest:
a.Bureauapparatuur: Printers, laptops en routers (blijf koel in kamers met airconditioning).
b.Huiselijke elektronica: tv's, geluidssystemen en spelconsoles (geventileerd om oververhitting te voorkomen).
c.Device voor de detailhandel: POS-systemen en barcode-scanners (binnenshuis, laagvermogen).

Hoe een beslissing te nemen: stap-voor-stap beslissingsgids
De keuze tussen High TG en FR4 hoeft geen gokwerk te zijn. Volg dit proces om het materiaal af te stemmen op de behoeften van uw project:

Stap 1: Bereken de warmte- en energiebehoefte van uw project
Begin met harde gegevens.
1.Schatting van de maximale temperatuur: Gebruik thermische simulatie-instrumenten (bijv. Ansys Icepak) of componenten-gegevensborden om het heetste punt op uw PCB te vinden.
Bij maximale temperatuur ≥ 150°C → hoge TG.
Als de maximale temperatuur < 120°C → FR4.

2Bereken het totale vermogen: de energieverbruik van alle componenten (bijv. motorcontroller + sensoren = 60 W) worden opgeteld.
Bij vermogen ≥ 50 W → hoge TG.
Als het vermogen < 30 W → FR4.

Pro Tip: Voor automotive/industriële projecten, voeg een 20°C “veiligheidsbuffer” toe (bijvoorbeeld, als de simulatie 130°C zegt, neem 150°C aan) om rekening te houden met de variabiliteit in de echte wereld.

Stap 2: Definieer betrouwbaarheid en levensduur doelen
Hoe lang moet je project duren?
a.Kortdurend (1 ∼ 3 jaar): FR4 (bijv. een wegwerpsensor).
b.Langetermijn (5+ jaar): hoge TG (bijv. een EV-component met een garantie van 8 jaar).
c.Veiligheidskritische (medische/automotive): hoge TG (niet onderhandelbaar voor storingsbestendige ontwerpen).

Stap 3: Vergelijk kosten en waarde
Vraag: Zal High TG op de lange termijn geld besparen?
a.Ja, indien: een storing meer zou kosten dan de premie voor High TG ¥ (bijv. een High TG PCB van 50 USD tegenover 5.000 USD in herwerkingen voor een niet-functionerende FR4 PCB).
b.Nee, indien: het project een laag risico vormt (bijv. een speelgoed van 20 euro) ¢ de kostenbesparingen van FR4 zijn belangrijker.

Stap 4: Raadpleeg een PCB-fabrikant (zoals LT CIRCUIT)
Een gerenommeerde fabrikant als LT Circuit kan:
a.Bekijk uw ontwerp en thermische gegevens om een materiaal aan te bevelen.
b. Voor de test worden monsters van zowel High TG als FR4 verstrekt.
c. Aanpassen van de materialenklassen (bijv. 170°C vs. 190°C High TG) aan uw budget.

Voorbeeld: LT CIRCUIT hielp een zonne-omvormerbedrijf over te schakelen naar 180°C High TG. Het bedrijf betaalde 25% meer per PCB, maar besloot de garantiekosten met 60% voor een ROI van 2 jaar.

Ontwerpstips voor PCB's met een hoge TG- en FR4-waarde
Zodra u een materiaal hebt gekozen, optimaliseert u uw ontwerp om er het meeste uit te halen:

Voor PCB's met een hoge TG
a. Gebruik de thermische geleidbaarheid: gebruik koperen gieten en thermische via's om warmte van hete componenten (bijv. IGBT's) naar de randen van het bord te verspreiden.
b.Kies compatibele onderdelen: koppelen van hoge TG met hoge temperatuur soldeer (SnAgCu 305, smelt bij 217°C) om gewrichtsfalen te voorkomen.
c.Test thermische cyclus: prototypes onderwerpen aan meer dan 1000 cycli van -40 °C tot 125 °C om de duurzaamheid te valideren.

Voor FR4-PCB's
a.Vermijd hete plekken: plaats warmteopwekkende componenten (bv. spanningsregulatoren) in de buurt van de randen van het bord voor een betere luchtstroom.
b. Gebruik koelpunten voor onderdelen met een hoog vermogen: zelfs een kleine koelpunte kan een FR4 PCB 10 ̊15 °C koeler houden.
c. Beperking van de terugstroomcycli: FR4 wordt zwakker bij herhaalde verwarming en blijft vasthouden aan 1 ̊2 terugstroompassages.

Vragen over hoge TG versus FR4
1Kan ik High TG PCB's gebruiken voor consumentenelektronica?
Ja, maar het is overdreven. Een smartphone heeft geen hoge thermische weerstand nodig, en de extra kosten zouden het apparaat duurder maken zonder voordeel. Blijf bij FR4 voor consumenten gadgets.

2Wat is het verschil tussen 170°C en 190°C hoog TG PCB's?
a.170°C Hoge Tg: Ideaal voor de meeste automobiel-/industriële projecten (handhaalt 150°C aanhoudende warmte).
b.190°C Hoge TG: voor extreme omgevingen (bijv. luchtvaart, olieplatforms) waarbij de temperatuur 170°C bereikt.
Kies de laagste TG die aan uw behoeften voldoet om geld te besparen.

3Is er speciale fabricage nodig voor PCB's met een hoge TG-waarde?
Ja, fabrikanten moeten gebruikmaken van hogere temperatuur (170~190°C tegenover 150°C voor FR4) en gespecialiseerde epoxyharsen.

4Kunnen FR4-PCB's gemodificeerd worden om meer warmte te verwerken?
Beperkt. Je kunt thermische via's of hittezuigers toevoegen, maar FR4 ′s epoxy zal nog steeds verzachten boven 130 ∼ 140 °C. Bij temperaturen > 150 °C is High TG de enige betrouwbare optie.

5Hoeveel is hoog TG duurder dan FR4?
Voor een 100mm × 100mm PCB kost FR4 $1,5$3, terwijl High TG $2,5$ kost.

Conclusie: Kies het materiaal dat past bij de eisen van uw project
Hoge-Tg-PCB's en standaard FR4 zijn geen concurrenten, zij zijn hulpmiddelen voor verschillende taken.waar warmte en levensduur niet kritisch zijnHigh TG is de gespecialiseerde oplossing voor projecten die de grenzen verleggen: hete omgevingen, componenten met een hoog vermogen en langdurige betrouwbaarheidseisen.

De sleutel tot succes is het aanpassen van materiaal aan de behoeften:
a.Als uw project koel (< 120°C) draait, weinig stroom verbruikt (< 30W) of een korte levensduur heeft (< 5 jaar) → FR4.
b.Als uw project meer dan 150°C bereikt, meer dan 50W verbruikt of meer dan 10 jaar betrouwbaarheid nodig heeft → Hoge TG.

Door deze handleiding te volgen en met deskundigen als LT CIRCUIT te overleggen, kunt u voorkomen dat u te veel geld uitgeeft aan High TG wanneer FR4 werkt, of dat u het risico loopt te falen door FR4 in een warmtegevoelig ontwerp te gebruiken.Het juiste materiaal is niet alleen een onderdeel, het is de basis van een project dat werkt, duurzaam en levert waarde.