Componentes de las placas de circuitos impresos (PCB) 2

¿De qué están hechas las placas de circuito impreso?

Las PCB pueden utilizar una variedad de materiales para componentes y sustratos. La selección del material depende de las necesidades de la aplicación particular, ya que diferentes materiales pueden dar a los circuitos diferentes características que permiten un mejor rendimiento en condiciones específicas.

Los diseñadores pueden seleccionar materiales en función de su rendimiento eléctrico en aplicaciones de alta velocidad o de su resistencia térmica o mecánica, como las aplicaciones bajo el capó de los automóviles. Los diseñadores pueden optar por cumplir con los requisitos de una agencia reguladora. Por ejemplo, la directiva de Restricción de Sustancias Peligrosas (RoHS) de la UE prohíbe el uso de sustancias que contengan todos los productos químicos y metales restringidos.

Los factores más comunes a considerar son si el producto está certificado por UL, abreviatura de Underwriters Laboratories, características de supresión de llama. La puntuación de UL es crucial para muchos dispositivos electrónicos con el fin de asegurar que, en caso de incendio, la placa de circuito no se autoextinga, lo que se considera esencial para la electrónica de consumo y otros.

Los laminados suelen estar hechos de telas de tela y resinas que tienen distintas cualidades aislantes. Esto incluye dieléctricos como FR4, epoxi, teflón, poliimida y otros que utilizan revestimientos de vidrio y resina. Una variedad de distintos aspectos eléctricos y térmicos determinan cuál funcionará mejor para una PCB en particular.

Los diseñadores de PCB deben considerar una variedad de problemas de rendimiento cuando miran el material que eligen para diseñar sus PCB. Algunos de los aspectos más comunes a considerar incluyen:

• La constante dieléctrica es un indicador crucial del rendimiento eléctrico
• La resistencia a la llama es un aspecto crucial para la certificación UL (ver arriba)
• Las temperaturas de transición vítrea (Tg) más altas para una mejor capacidad de soportar temperaturas más altas para el procesamiento de ensamblaje
• Los factores de pérdida mitigados son esenciales para aplicaciones de alta velocidad donde la velocidad de la señal es importante.
• La resistencia mecánica que incluye cizallamiento, tracción y varias propiedades mecánicas que podrían ser requeridas por la PCB cuando se pone en servicio
• El rendimiento del sistema térmico es un factor crucial cuando se opera en entornos de servicio a alta temperatura
• Estabilidad dimensional, o, ¿cuánto se desplaza el material y con qué frecuencia se mueve en el curso de los ciclos térmicos de fabricación y la exposición a la humedad

Estos son algunos de los materiales más conocidos que se utilizan en la producción de placas de circuito impreso con componentes electrónicos:

1. Prereg y laminado epoxi FR4El laminado FR4 es el material de sustrato de PCB más buscado en todo el mundo. El término 'FR4' se refiere a un grupo de materiales que cumplen con los requisitos de las especificaciones NEMA LI 1-1998. Los materiales en FR4 exhiben excelentes propiedades eléctricas, térmicas y mecánicas, además de la favorable relación resistencia-peso, lo que permite que se utilicen en una amplia gama de aplicaciones electrónicas. Los laminados y prepregs de FR4 están hechos de tela de vidrio y resina epoxi y suelen ser los materiales de PCB más baratos disponibles. Es particularmente preferido para PCB que tienen capas inferiores de estructuras de doble o una sola cara a multicapa, generalmente de menos de catorce capas. Además, esta resina base se puede mezclar con aditivos que mejoran significativamente su rendimiento eléctrico, térmico y la seguridad/clasificación de llama UL, lo que mejora en gran medida su capacidad para ser utilizada para diseños de mayor número de capas, así como aplicaciones de estrés a mayor temperatura y mayor rendimiento eléctrico con un menor costo para diseños de circuitos de alta velocidad. Los prepregs y laminados FR4 se pueden utilizar de diversas formas y pueden adaptarse utilizando métodos de fabricación ampliamente aceptados con rendimientos fiables.
2. Laminados de poliimida y prepregs:Los laminados de poliimida tienen mejores temperaturas que el material FR4 y también un aumento de las propiedades eléctricas. Las poliimidas cuestan más que FR4, pero ofrecen una mejor durabilidad en temperaturas extremas y altas. También tienen un mayor grado de estabilidad en lo que respecta a los ciclos térmicos y poseen menores capacidades de expansión, lo que los hace ideales para construcciones con un mayor número de capas.
3. Unión y capa de teflón:La unión y los laminados hechos de materiales de teflón tienen propiedades eléctricas sobresalientes, lo que los hace ideales para aplicaciones de circuitos de alta velocidad. Los materiales de teflón son más caros que la poliimida, pero brindan a los diseñadores la velocidad y el rendimiento que requieren. Los materiales de teflón pueden recubrirse sobre tela de vidrio, sin embargo, también es posible fabricar películas sin soporte o utilizando aditivos y rellenos específicos para mejorar las propiedades mecánicas. La producción de PCB de teflón suele requerir una mano de obra cualificada y capacitada, equipos y procesos especiales, y la anticipación de menores rendimientos de producción.
4. Laminados flexiblesEstos laminados, que son flexibles y de poco grosor, le permiten doblar diseños electrónicos sin afectar la continuidad eléctrica. No utilizan tela de vidrio para soportarlos, sino que están construidos sobre una lámina de plástico. Pueden ser como un dispositivo plegado en la aplicación de flexión única para instalar, ya que están en flexión dinámica, lo que significa que los circuitos se doblarán continuamente durante la vida útil del producto. Los laminados flexibles se pueden construir utilizando temperaturas más altas de materiales como la poliimida o el LCP (polímero de cristal líquido) o materiales extremadamente baratos como el polietileno y la pluma. Debido a que los laminados flexibles son extremadamente delgados, la fabricación de circuitos flexibles también puede requerir una mano de obra altamente capacitada, equipos y procesos especiales, y también la anticipación de menores rendimientos de fabricación.
5. Otros:Hay muchos materiales de unión y laminado diferentes disponibles en el mercado, incluidos BT y éster de cianato, cerámicas o materiales mezclados que mezclan resinas para lograr distintas características mecánicas o eléctricas. Dado que las cantidades son mucho más pequeñas que FR4 y la fabricación es mucho más complicada de producir, a menudo se consideran alternativas más caras para los diseños de PCB.

La selección del laminado adecuado es crucial para garantizar que la PCB tenga las propiedades mecánicas, dieléctricas, eléctricas y térmicas adecuadas para adaptarse a la aplicación final.