¿Está buscando materiales para el laminado de PCB, o está intentando decidir qué tipo de material utilizar para su PCB? Si es así, entonces vamos a discutir todas las opciones de laminación de PCB actualmente en el mercado serán cubiertos en esta entrada del blog.
Le explicaremos las ventajas e inconvenientes de cada opción y le ayudaremos a seleccionar la mejor para su tarea. Siga leyendo para saber más sobre el laminado de PCB, tanto si se está iniciando en la ingeniería como si no.
Aplicando calor y presión, una lámina preimpregnada se une a la placa de circuito impreso para crear un laminado. La hoja de laminado de PCB y la lámina de cobre suelen laminarse juntas calentándolas primero y sometiéndolas después a presión por ambas caras. Estos laminados de placa de circuito impreso se denominan laminados revestidos de cobre (CCL).
El material de un laminado de PCB y los materiales de unión son cruciales para las cualidades de fabricación, la longevidad y el rendimiento de la placa. En la actualidad se utilizan varios materiales de laminado de PCB. Sin embargo, los materiales más comunes son FR4, epoxi de alta transición vítrea (Tg), epoxi de bismaleimida triazina (BT) y poliimida. Para que las placas de circuito impreso estén centradas en la aplicación y sean eficientes, hay que empezar por la selección del material. Las propiedades térmicas, mecánicas o químicas de los materiales laminados para PCB se tratan en este artículo para su beneficio.
¿Qué es un laminado para PCB?
El proceso de diseño y desarrollo de su fabricante de PCB se beneficiará enormemente de su conocimiento de las numerosas opciones de laminado para placas de circuito impreso. La fiabilidad y funcionalidad de su PCB dependerá del laminado que utilice.
Lo que mantiene unidas las capas laminadas de la placa de circuito impreso es la propia placa. Normalmente, una placa de circuito impreso tiene cuatro capas: el sustrato, el cobre, la máscara de soldadura y la serigrafía (de abajo a arriba). Para conseguir un laminado de grosor uniforme, el tejido se cura en un horno presurizado con una resina termoendurecible.
Los laminados suelen identificarse con la siguiente notación FR-4. Este laminado tiene las cualidades indicadas por los números y letras anteriores. La resistencia al fuego, la resistencia a la tracción, la temperatura de transición y la variación del espesor con la temperatura son características cruciales (el coeficiente de dilatación en el eje Z).
A continuación se enumeran, por orden de frecuencia de aparición, los distintos laminados de PCB y los materiales de PCB necesarios para cada uno de ellos. La resina utilizada para fabricar el laminado le da su nombre.
- FR-4
Debido a su alto rendimiento en todos los ámbitos, el FR-4 es el laminado más utilizado. Este material conserva sus características mecánicas, sus excelentes propiedades eléctricas y sus cualidades físicas incluso cuando se calienta, y tiene una elevada relación resistencia-peso y es resistente a las llamas, factores ambos que aumentan su fiabilidad.
- FR-4 de alto rendimiento
Cuando trabaje con varias capas de placas de circuito impreso, debería utilizar un laminado FR-4 de alto rendimiento. Gracias a sus bajas características dieléctricas y su alta TG, es muy adecuado para circuitos de alta frecuencia.
- Tg – Epoxi de alta transición vítrea
El epoxi de alta Tg es la mejor elección para PCB multicapa. Similar al punto de fusión, la Tg se conoce como temperatura de vitrificación. Un valor mayor hace que la placa sea más rígida. La resistencia al calor y a los productos químicos, así como una mayor estabilidad, caracterizan a los materiales con TG superiores a 170 °C.
- BT – Bismaleimida Triazina Epoxi
Cuando se trata de placas de circuito impreso sin plomo, el laminado epoxi BT es su mejor opción debido a sus excepcionales cualidades térmicas, mecánicas y eléctricas. La mayoría de las placas de circuito impreso multicapa utilizan este laminado. Además, se mantiene resistente incluso cuando se calienta.
- Poliamida
Este tipo de laminado ofrece una estabilidad medioambiental extrema. Cuando se trabaja con placas de circuito impreso multicapa, placas de circuito rígido-flexibles o placas de circuito flexible de alta densidad, el laminado de poliimida es el material de elección.
Las cualidades térmicas, químicas y mecánicas que genera son igualmente excepcionales. La electrónica militar, aeroespacial, de automoción y de consumo son sólo algunos de los campos de vanguardia en los que brillan los laminados de poliimida.
- CCL – Revestimiento de cobre
El material de refuerzo del laminado Copper Clad puede ser fibra de vidrio o papel de pulpa de madera. Consideraciones como el tamaño, la forma, el rendimiento eléctrico, físico, químico y medioambiental llevan a la mayoría de la gente a elegir un laminado CCL para circuitos de alta tensión.
- Teflón
El estándar de oro para su uso en transmisiones de radio y televisión. Existe una gran variedad de materiales de teflón. Sin embargo, la fabricación de PCB de teflón con vidrio tejido es la más sencilla para las fábricas. Las placas de circuito impreso (PCB) de teflón presentan una serie de dificultades para el fabricante típico de placas.
Importancia del material de la placa de circuito impreso en la fabricación
La base de una placa de circuito impreso (PCB) es el laminado del que está hecha. Durante las operaciones, estos laminados están sometidos a tensiones mecánicas, eléctricas, químicas y térmicas.
Por lo tanto, es necesario pensar en aspectos como la durabilidad frente a arañazos, productos químicos, descargas eléctricas, vibraciones, humedad, etc.
Sólo investigando las características de un material laminado pueden adaptarse las placas de circuito impreso a las necesidades específicas de una determinada aplicación. Gracias a ello, se pueden fabricar circuitos impresos fiables y de alto rendimiento.
Propiedades del material laminado en la fabricación de placas de circuito impreso
Para que puedan resistir cualquier tipo de agresión ambiental, existen cuatro grupos distintos de calidades de laminado de PCB.
Hablemos de las características que comparten estas cuatro clases.
Propiedades mecánicas
Hay muchos factores en los que pensar cuando se trabaja con laminados, pero uno de los más importantes son las cualidades mecánicas del material.
- Resistencia al pelado: La resistencia al pelado se refiere a la fuerza adhesiva entre las capas del laminado y el cobre. El riesgo de delaminación disminuye a medida que aumenta la resistencia al pelado.
- Resistencia a la flexión: Los laminados tienen una excelente resistencia a la flexión porque pueden doblarse repetidamente sin romperse. Se trata de un valor crucial para las placas de circuito impreso que pueden doblarse.
- Tiempo de deslaminación: Después de someterlo a tensión, ¿cuánto tarda un material en empezar a desprenderse? Un periodo de delaminación más largo se traducirá en una mayor durabilidad.
Propiedades químicas
Para los diferentes materiales laminados, las siguientes características químicas son de vital importancia.
- Resistencia a las llamas: Si va a someter las placas de circuito impreso a una aplicación de calor, deberá tener en cuenta la resistencia al fuego del laminado.
- Absorción de humedad: La delaminación se produce más rápidamente cuando el laminado absorbe humedad. El laminado es resistente al agua y a la delaminación porque tiene una propiedad de baja absorción de humedad. Recomendamos que los materiales laminados de PCB tengan un índice de absorción de humedad de entre el 0,01% y el 0,2%.
- MCR: El laminado de PCB con una excelente resistencia al cloro de metilo tendrá una amplia tolerancia química. Debido a esto, el material tiene un alto índice de absorción química.
Propiedades eléctricas
A la hora de elegir un laminado, es fundamental tener en cuenta sus cualidades eléctricas. Proporciona un excelente aislamiento eléctrico.
- Propiedades del material dieléctrico: En este contexto, el material dieléctrico y la tangente de pérdida dieléctrica son factores cruciales en los que pensar. Se evitan pérdidas de material al exponerse a descargas eléctricas si estas condiciones se mantienen dentro de un rango aceptable.
- Propiedades aislantes: Las dos medidas más importantes de la resistencia eléctrica son los valores de superficie y volumen. Esto garantiza la seguridad de la placa de circuito impreso frente a una corriente eléctrica repentina.
- Resistencia eléctrica: Esta cualidad caracteriza la resistencia de un material a las averías eléctricas. Debe mantenerse a un nivel alto y constante.
Propiedades térmicas
Como tal, deben tenerse en cuenta las siguientes cualidades térmicas del material laminado.
- Mayores temperaturas de transición vítrea: El fenómeno de transición vítrea describe el ablandamiento y posterior endurecimiento del sustrato dentro de un estrecho margen de temperatura. La temperatura a la que un material experimenta un cambio de fase de sólido a líquido es la temperatura de transición vítrea.
- Expansión térmica: Cuando se calienta por encima de un punto determinado, el laminado se expande. No obstante, pueden evitarse los cambios de dimensión y las deformaciones térmicas en la placa de circuito impreso seleccionando un material laminado con baja expansión térmica.
- Conductividad térmica: Para que la transferencia de calor sea eficaz, la capa de material debe tener una alta conductividad térmica.
- Temperatura de descomposición: Si se calienta el sustrato por encima de un cierto punto, se descompondrá. La temperatura de descomposición es un atributo clave para la selección porque es la temperatura a la que debe evitarse el proceso.
Aspectos a tener en cuenta al elegir el material de laminado de PCB para el proceso de laminado
Después de obtener una comprensión básica de los fundamentos del material laminado para placas de circuito impreso, aquí hay algunos puntos a tener en cuenta al tomar su decisión final:
Coste:
El coste es siempre un componente importante en el proceso de selección de la placa. Para obtener el mejor material de PCB final, debe sopesar el precio con los demás criterios que se enumeran a continuación.
Disponibilidad:
Los materiales laminados para placas de circuito impreso varían en cuanto a su disponibilidad. A la hora de tomar una decisión, piense en cómo puede afectar esto al presupuesto y los plazos generales del proyecto.
Rendimiento:
El rendimiento del material laminado utilizado para placas de circuitos impresos es crucial. Para hacer la mejor elección, piense en la conductividad térmica, la constante dieléctrica y otras propiedades de los materiales que está considerando.
Plazo de entrega:
El plazo de entrega de los materiales para circuitos impresos puede influir en el calendario de todo el proyecto. No olvide tenerlo en cuenta a la hora de tomar una decisión.
Elegir los materiales adecuados para las placas de circuito impreso:
Después de conocer los materiales más comunes para PCB, podemos pasar a explorar algunas de las otras opciones disponibles. ¿Cuál de estos métodos de montaje de PCB crees que es el mejor? Hay que tenerlo muy en cuenta. Puedes verlo en acción con los siguientes ejemplos:
Constante dieléctrica de los materiales:
La constante dieléctrica de los materiales de PCB es una propiedad importante. Además, este valor es importante para las aplicaciones de alta velocidad, ya que indica hasta qué punto un material puede ralentizar los impulsos eléctricos.
Rendimiento térmico:
El rendimiento térmico del material de la placa de circuito impreso es otro factor a tener en cuenta. ¿Es necesario soldar o realizar otras operaciones a alta temperatura en su aplicación? Asegúrese de que los materiales laminados de PCB que seleccione puedan soportar esas altas temperaturas.
Expansión térmica CTE
El coeficiente de expansión térmica es una medida de cuánto se expandirá o contraerá un material cuando se caliente, y es crucial conocer el valor CTE de los materiales laminados para PCB que está utilizando. También es vital seleccionar un material laminado PCB con un valor CTE que sea adecuado para el uso previsto.
Temperatura de transición:
Si calienta los materiales laminados de PCB por encima de la temperatura de transición, sus características cambiarán. Es vital conocer la temperatura de transición del material que está utilizando, ya que algunos materiales laminados de PCB, por ejemplo, se vuelven quebradizos a altas temperaturas.
Conductividad térmica:
Los valores de conductividad térmica de los materiales laminados para placas de circuito impreso (PCB) revelan su rendimiento en este sentido. Este factor influye en el rendimiento general de su dispositivo. No se puede ignorar este factor.
Rendimiento eléctrico:
Debe pensar en cómo el rendimiento eléctrico de los materiales laminados para PCB afectará a la funcionalidad de su dispositivo en su conjunto.
Resistencia al fuego:
La resistencia al fuego de los laminados de PCB es crucial. La capacidad de soportar altas temperaturas es crucial cuando se considera el uso de materiales laminados de PCB en dispositivos generadores de calor.
Estabilidad dimensional:
El coeficiente de dilatación térmica del material laminado PCB y su índice de inestabilidad de absorción de agua deben ser estables. Al diseñar un dispositivo, también es crucial pensar en la estabilidad dimensional de los materiales laminados para PCB que se van a utilizar.
Tg
Se puede mejorar la estabilidad dimensional de los materiales aumentando la temperatura de transición vítrea (Tg).
Preguntas frecuentes
¿Cómo es posible que las fichas técnicas de los materiales difieran de las constantes dieléctricas de las mismas placas de circuito impreso?
Las constantes dieléctricas que figuran en una hoja de datos son útiles para diferentes aplicaciones y no sólo para uno o dos materiales concretos. Un laminado tiene cuatro capas distintas. Las constantes dieléctricas pueden variar entre las capas incluso cuando están todas apiladas.
¿Es posible hacer un mayor número de capas utilizando sólo materiales de alta frecuencia?
Los apilamientos de alta frecuencia son concebibles y a veces incluso necesarios. Hasta qué punto es importante y qué tipo de requisitos hay para la integridad de la señal son decisiones que sólo puede tomar usted.
¿Pueden los materiales de alta frecuencia hacer v-score?
La respuesta estándar es negativa. Los materiales laminados de alta frecuencia suelen ser blandos y fibrosos. Dos sierras circulares colocadas una al lado de la otra pueden crear una forma de “V”. Si intenta utilizarlas en una superficie delicada, descubrirá rápidamente lo débiles que son.
Si no se dispone de materiales de alta frecuencia, ¿cuánto tardarán en estar disponibles?
El tiempo de espera depende de varias cosas, como la dificultad de mantener existencias del material laminado en el almacén. El tiempo de espera puede oscilar entre unos días y un par de semanas. Es esencial hacer un pedido puntual de los materiales necesarios. Existen diferentes proveedores de material para circuitos impresos que suministran materiales con rapidez, como Ray PCB.
