1. 引言
工业控制PLC(可编程逻辑控制器)多应用于冶金、化工等高温场景(长期100℃~120℃),普通FR-4 PCB(TG≈130℃)在该环境下易出现线路老化、焊点脱落,导致设备停机——某化工厂曾因PLC PCB高温失效,停产3天,损失超800万元。高TG PCB(TG≥160℃)因热膨胀系数(CTE)稳定、耐高温老化,成为PLC核心选择,需符合**IEC 61131-2(工业控制设备硬件标准)第4章**对高温耐久性的要求。捷配深耕工业高TG PCB领域7年,累计交付80万+片PLC PCB,120℃工况下平均寿命超5年,本文拆解高TG PCB基材选型、热膨胀控制及量产验证方案,助力工业企业解决高温失效问题。
PLC 高 TG PCB 的高温稳定性需聚焦三大核心指标,且需符合IPC-2221 第 5.4 条款对工业级高 TG 基材的要求:一是 TG 值,工业 PLC 需 TG≥160℃,TG 每提升 10℃,120℃工况下的寿命延长 1.5 倍 —— 捷配实验室加速老化测试显示,TG=150℃的 PCB 在 120℃工况下寿命约 1.5 年,而 TG=170℃的 PCB 寿命超 4.5 年;二是 Z 轴热膨胀系数(CTE),需≤55ppm/℃(25℃~260℃),若 CTE 超 65ppm/℃,会导致过孔与基材剥离,符合GB/T 4677 第 6.4 条款;三是耐湿热性,按IPC-TM-650 2.4.25 标准,在 85℃/85% RH 环境下老化 1000h,基材绝缘电阻需≥10¹²Ω,避免高温高湿导致短路。主流工业高 TG 基材中,生益 S2116(TG=165℃,Z 轴 CTE=52ppm/℃,耐湿热性 10¹³Ω)适配中低端 PLC;松下 R-1766(TG=180℃,Z 轴 CTE=48ppm/℃,介电常数 4.2±0.2)适用于需要高频通信的 PLC(如以太网接口 PLC),两者均通过捷配 “工业级合规认证”,可直接量产。
- 基材匹配:根据 PLC 工况确定参数 —— 冶金行业(120℃)选生益 S2116(TG=165℃),化工行业(110℃+ 高湿)选松下 R-1766(耐湿热性更优),通过捷配 “工况 - 基材匹配工具”(JPE-Match 3.0)快速筛选,确保 TG 偏差≤±5℃;
- 线路与过孔设计:PLC 电源线路宽≥1mm(铜厚 2oz,电流承载≥30A),信号线路宽≥0.2mm,过孔直径 0.5mm~0.8mm,采用 “过孔塞油 + 绿油覆盖” 工艺(防高温氧化),按IPC-A-600G Class 2 标准,过孔镀层厚度≥20μm;
- 散热优化:在 PCB 热点区域(如电源芯片下方)铺设铜皮(面积≥10mm×10mm),铜皮与基材结合力≥1.5N/mm(按 IPC-TM-650 2.4.8 标准),用捷配热仿真工具(JPE-Thermo 3.0)预判热点,优化铜皮布局。
- 压合工艺:生益 S2116 压合温度 175℃±5℃,压力 28kg/cm²,保温 100min;松下 R-1766 压合温度 190℃±5℃,压力 32kg/cm²,保温 130min,捷配压合生产线配备温度曲线记录仪(JPE-TCR-500),确保参数可追溯;
- 高温老化测试:每批次抽检 30 片,在 120℃恒温箱(JPE-Thermo-600)中老化 1000h,测试后线路阻抗变化率≤8%(用捷配阻抗测试仪 JPE-Imp-500),基材无分层(按 IPC-A-600G);
- 湿热测试:按 IEC 60068-2-30 标准,在 85℃/85% RH 环境下老化 1000h,测试后绝缘电阻≥10¹²Ω(用捷配绝缘电阻测试仪 JPE-IR-800),无短路故障。
工业控制 PLC 高 TG PCB 设计需以 IEC 61131-2 为基准,核心是匹配工况选对基材(TG≥160℃)、优化线路与散热结构,量产端强化高温老化与湿热测试。捷配可提供 “工业高 TG PCB 全流程服务”:基材原厂溯源、DFM 预优化(规避线路老化风险)、工业级测试报告,确保产品适配高温高湿工况。