Hay una variedad de materiales para elegir para cumplir con los requisitos de rendimiento de su diseño, comenzando por el inferior con FR-4, a través de una amplia gama de materiales de alta velocidad entre FR-4 y teflón.
La calidad de los materiales utilizados afecta significativamente la efectividad y la longevidad de su PCB. Al seleccionar materiales de alta calidad, puede asegurarse de que su placa de circuito no solo funcione correctamente, sino que también perdure durante la vida útil esperada de su producto.
Si elige los materiales incorrectos, es posible que su PCB, junto con el producto en el que reside, no funcione según lo previsto. Por lo tanto, el proceso de selección de materiales juega un papel crucial en el éxito del diseño de su PCB y la funcionalidad general del producto.
En este artículo, encontrará los tipos de materiales más comunes y las consideraciones clave para elegir los materiales de PCB correctos.
¿Qué es el material de PCB?
El material de PCB se refiere al material base utilizado para construir la placa de circuito. Proporciona la base estructural y el aislamiento eléctrico para los componentes del circuito y las interconexiones.
La elección del material juega un papel crucial en la determinación de las características eléctricas, mecánicas y térmicas de la PCB, lo que en última instancia afecta su rendimiento y confiabilidad en diversas aplicaciones electrónicas.
¿De qué material está hecho el PCB?
Los PCB generalmente están hechos de múltiples capas de diferentes materiales. Los materiales primarios utilizados en la construcción de una placa de circuito impreso incluyen:
Material de sustrato
El sustrato, también conocido como material base o laminado de PCB, forma la base de la PCB. El material de sustrato más común es FR-4 (Flame Retardant 4), que es un laminado de epoxi reforzado con fibra de vidrio. FR-4 proporciona un excelente aislamiento eléctrico, resistencia mecánica y resistencia al calor. También se utilizan otros materiales de sustrato como FR-2, FR-1, CEM-1 y poliimida (para PCB flexibles) según los requisitos de diseño específicos.
Hoja de cobre
La lámina de cobre se utiliza para crear las vías conductoras en la PCB. Por lo general, se lamina al material del sustrato usando calor y adhesivo. La hoja de cobre sirve como capa conductora para enrutar las señales eléctricas y la distribución de energía a través de la PCB.
Máscara para soldar
El sistema máscara para soldar, también conocida como resistencia de soldadura, es una capa protectora que se aplica sobre los rastros y las almohadillas de cobre en la PCB. Por lo general, está hecho de materiales a base de epoxi que se curan para formar un revestimiento duradero y aislante eléctrico. La máscara de soldadura ayuda a evitar los puentes de soldadura, protege contra la corrosión y proporciona un contraste visual para facilitar el montaje y la inspección.
Serigrafía
La capa de serigrafía es una capa adicional que se aplica encima de la máscara de soldadura. Contiene texto impreso, símbolos y marcas que brindan referencias de componentes, números de pieza y otra información útil para el ensamblaje y la identificación.
Además de estos materiales primarios, los PCB también pueden incorporar varios materiales adicionales, como vías, pasta de soldadura, aberturas de máscara de soldadura (conocidas como ventanas de máscara de soldadura) y recubrimientos especializados para aplicaciones específicas o consideraciones ambientales.
Los tipos más comunes de materiales utilizados para la fabricación de PCB
Material de placa de circuito impreso Fr4
FR-4 es un material comúnmente utilizado en la fabricación de PCB. Es un laminado ignífugo que cumple con los estándares establecidos por la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (NEMA). FR-4 consiste en una capa de tejido de fibra de vidrio combinada con un aglutinante de resina epoxi. Ha estado en uso durante más de 50 años y ha experimentado avances, lo que le permite soportar temperaturas de funcionamiento continuo de hasta 180 °C. Sin embargo, FR4 no tiene el mejor coeficiente de expansión térmica (CTE) ni las mejores características eléctricas para una velocidad de señal de alta calidad, por lo que el material se usa con menos frecuencia en la fabricación de PCB.
Material de placa de circuito impreso de Rogers
Los materiales de Rogers son laminados especializados que se utilizan para aplicaciones de alta frecuencia, particularmente en circuitos de RF y microondas. Estos materiales tienen baja pérdida dieléctrica, excelente integridad de la señal y propiedades de impedancia controlada. Los materiales de Rogers están disponibles en varias formulaciones para cumplir con los requisitos específicos de frecuencia y rendimiento.
Metal
Los PCB todavía usan materiales tradicionales como cobre, aluminio y hierro. Estos materiales permiten la integración de componentes utilizando Tecnología de montaje en superficie (SMT). También proporcionan durabilidad mecánica. Por lo tanto, la vida útil de los PCB basados en metal es mucho más larga.
PTFE (teflón)
Los materiales a base de PTFE, como el teflón, se utilizan principalmente en aplicaciones especializadas que requieren un rendimiento excepcional en circuitos de alta frecuencia y RF/microondas. Estas aplicaciones a menudo exigen un control preciso de la impedancia, baja pérdida de señal y propiedades eléctricas estables en una amplia gama de frecuencias. Estas aplicaciones pueden incluir aeroespacial, telecomunicaciones, sistemas de radar y otras tecnologías avanzadas de RF/microondas.
FR-2
FR-2 es un material laminado de papel con base fenólica. Se usa comúnmente para PCB de una cara y de dos caras. FR-2 tiene propiedades de aislamiento eléctrico moderadas y menor resistencia mecánica en comparación con FR-4. A menudo se usa en electrónica de consumo de bajo costo y aplicaciones de propósito general.
Material de placa de circuito impreso flexible
La poliimida es un material de sustrato flexible que puede soportar altas temperaturas. A menudo se usa en PCB flexibles (FPCB) y PCB rígido-flexibles, donde la placa debe doblarse o flexionarse sin romperse. La poliimida ofrece un buen aislamiento eléctrico y estabilidad térmica.
Descargar pdf de idc-online.com para ver las propiedades de los materiales de PCB.
Aplicaciones de materiales de PCB
Material | Aplicación tipica |
| RO3000 | Radar automotriz Sistemas de telecomunicaciones celulares Lectores de contadores remotos Satélites de transmisión directa
|
| R04000 | Etiquetas de identificación RF Radar y sensores automotrices Antenas de estación base celular y amplificadores de potencia
|
Politetrafluoroetileno (PTFE)
La marca más conocida a base de PTFE es Teflon. Este material ofrece estabilidad de temperatura y bajo factor de disipación. | antenas Amplificadores de potencia Control de crucero automotriz Telemetría de guía aeroespacial
|
Poliimida
Buenas propiedades eléctricas, amplio rango de temperatura y alta resistencia química. | Los tableros de instrumentos Controles debajo del capó Cámaras Dispositivos de entretenimiento personal Calculadoras
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OJEADA
Alto punto de fusión y resistente a productos químicos, radiación y temperaturas extremas. | |
Aluminio o alúmina (Al2O3)
PCB de cerámica más común. Fuerte dieléctrico térmico con baja expansión. Rendimiento excepcional de alta frecuencia. Temperatura de funcionamiento hasta 350˚C. | |
Nitruro de aluminio (AlN)
Alta conductividad térmica; alta resistencia térmica con baja expansión. Ampliamente utilizado como sustrato o paquete. | |
Óxido de berilio (BeO)
Altamente tóxico durante el mecanizado. Se utiliza por su alta conductividad térmica y baja expansión. | |
Directrices de selección de materiales de PCB
seleccionar el material de PCB correcto es crucial para el éxito de su proyecto. Aquí hay algunos factores clave a considerar al elegir el material de PCB:
Diseño y propósito de la placa de circuito: Considere los elementos de diseño generales y el propósito previsto de la PCB. Determine la integridad de la señal requerida, las condiciones ambientales y cualquier necesidad de funcionalidad específica. Esto ayudará a determinar si se necesita una tabla flexible o rígida y si la tabla debe soportar altas temperaturas.
Umbrales de transferencia de calor, conductividad y potencia: Con las señales de alta velocidad de hoy, el sobrecalentamiento es una realidad en una amplia variedad de productos, especialmente aquellos que tienen cámaras incorporadas, como teléfonos celulares y computadoras portátiles.
Apilar: determine si se necesita una acumulación de una sola capa o de varias capas en función de los requisitos de diseño. Considere los requisitos de impedancia y cómo la acumulación elegida se ajustará a las limitaciones mecánicas del dispositivo.
Fuerza mecánica: Asegúrese de que los materiales seleccionados proporcionen resistencia eléctrica y mecánica. Considere el coeficiente de expansión térmica (CTE) de los materiales, ya que es fundamental en microelectrónica para garantizar que la PCB funcione correctamente bajo temperaturas variables.
Integridad de la señal eléctrica: Según la función de la placa, clasifíquela como de alta frecuencia, alta potencia, alta densidad o microondas. Seleccione materiales que puedan mantener la integridad de la señal según el tipo de placa específico.
Ubicación del componente: Preste atención a la ubicación de los componentes para evitar interferencias o ruidos que puedan degradar la integridad de la señal. Coloque correctamente los componentes para minimizar la interrupción de la señal.
Flexibilidad: Si se requiere flexibilidad, considere usar un tablero rígido-flexible, que combina materiales flexibles y rígidos. Esto permite doblar o doblar la tabla en diferentes formas. Para aplicaciones que necesitan circuitos delgados y flexibles, considere usar materiales flexibles.
Costo de materiales: Evalúe las implicaciones de costos de los materiales, especialmente si el tablero contiene oro, vías ciegas o enterradas, o relleno de vías. Estas características pueden requerir procesos de fabricación adicionales. Considere que el espacio entre líneas y ancho por debajo de 6 mils y ciertas opciones de acabado superficial también pueden afectar los costos.
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