Prepreg, abreviatura de fibras compuestas preimpregnadas, es un material esencial en la fabricación de placa de circuito impreso multicapas. Sin embargo, a menudo se pasa por alto en comparación con aspectos más visibles. Componentes de PCB Como las trazas de cobre y la máscara de soldadura. Este artículo desvelará esta parte vital de la construcción de placas multicapa. Exploraremos qué es el preimpregnado, cómo se fabrica, las propiedades clave del material, los tipos comunes, consideraciones de espesor y más. ¡Siga leyendo para comprender mejor el preimpregnado de PCB!
¿Qué es el preimpregnado en las PCB?
El preimpregnado consiste en una fina tela de fibra de vidrio preimpregnada con un sistema de resina epoxi especialmente formulado. La resina se cura parcialmente para formar una lámina sólida y pegajosa llamada preimpregnado de etapa B. Esto permite que la resina fluya y se adhiera al laminarse, sin estar completamente curada ni solidificada. Las láminas de preimpregnado se apilan alternando con capas de lámina de cobre. La disposición multicapa se lamina mediante calor y presión, lo que permite que la resina del preimpregnado fluya y adhiera las capas para formar una placa laminada sólida. El preimpregnado ofrece excelentes propiedades dieléctricas y adhesión entre las capas del circuito. Además, gracias a su espesor preciso, permite la fabricación de PCB con distancias entre capas dieléctricas estrictamente controladas.
¿Cómo se fabrican los preimpregnados?
- Selección y preparación del material de refuerzo: El refuerzo suele ser una estera o tela de fibra de vidrio tejida. Debe limpiarse y prepararse para garantizar una correcta adhesión e impregnación con resina.
- Mezcla del sistema de resina: El sistema de resina generalmente consta de resina epoxi, agentes de curado, catalizadores, retardantes de llama y otros aditivos. Estos componentes se dosifican y se mezclan cuidadosamente.
- Impregnación del refuerzo: La mezcla de resina se utiliza para impregnar el refuerzo de fibra de vidrio tejida, generalmente sumergiendo la tela en la resina o mediante un proceso como el recubrimiento termofusible. Esto permite que la resina penetre completamente en el tejido.
- Curado parcial: El material impregnado se somete a un curado parcial, a menudo con calor. Esto produce la fase B de la resina, lo que significa que no está completamente curada, sino en un estado sólido y pegajoso.
- Tratamiento: El preimpregnado puede sufrir tratamientos adicionales como prensado para lograr un espesor consistente o agregar películas protectoras.
- Embalaje: El preimpregnado suele colocarse en capas entre películas o papeles desprendibles, y puede cortarse en láminas o rollos. Esto protege el material y facilita su manipulación.
- Almacenamiento: Los preimpregnados se almacenan congelados o refrigerados para evitar un curado adicional antes de su uso. Fabricación de PCBEsto mantiene su vida útil.
- Uso: Cuando están listas para la fabricación de PCB, las capas preimpregnadas se descongelan, se laminan con láminas de cobre y se curan completamente con calor y presión.
Propiedad de materiales preimpregnados de PCB
Los materiales preimpregnados tienen varias propiedades que determinan su rendimiento y aplicabilidad:
Sistema de resina: la formulación de epoxi controla características clave como la Tg de la resina, la constante/pérdida dieléctrica, la estabilidad térmica, la absorción de humedad y el eje Z. CTELos sistemas populares incluyen FR-4, alto Tg y libre de halógenos.
Tejido de fibra de vidrio: Los estilos de fibra de vidrio estándar 106 y 7628 ofrecen el mejor equilibrio de propiedades. Los tejidos más densos mejoran el rendimiento de la perforación, pero reducen la carga de resina.
Contenido de resina: Generalmente, entre el 45 % y el 55 %. Un mayor contenido de resina proporciona un mejor relleno, pero aumenta la constante dieléctrica. Un menor contenido de resina facilita el punzonado.
Tamaño y carga de las partículas de relleno: Los rellenos como la sílice reducen el CTE, pero aumentan la constante dieléctrica y la pérdida. Las partículas más grandes mejoran el flujo de laminación, mientras que las más pequeñas reducen la caída del relleno.
Drapeado y adherencia: propiedades controlables que determinan el manejo del preimpregnado y el registro capa a capa.
Flujo/Relleno: La viscosidad de la masa fundida durante la laminación afecta el rendimiento del llenado, especialmente en características finas.
Tipos de preimpregnados de PCB
Preimpregnado FR4
El FR-4 es el material preimpregnado estándar de uso general utilizado en la mayoría de las industrias de PCB. Utiliza una resina epoxi bromada reforzada con fibra de vidrio tejida que ofrece un buen equilibrio entre facilidad de procesamiento, estabilidad dimensional, rendimiento térmico, propiedades dieléctricas y coste. El preimpregnado FR-4 tiene una temperatura de transición vítrea típica de entre 130 y 140 °C.
Preimpregnado de alta Tg
El preimpregnado de alta temperatura de transición vítrea (Tg) utiliza sistemas especializados de resina epoxi para alcanzar temperaturas de transición vítrea de 170 °C o superiores, satisfaciendo así las demandas de las PCB de alta fiabilidad utilizadas en la industria aeroespacial, de defensa y otros entornos extremos. Las resinas, altamente estables térmicamente, soportan la soldadura, el recocido y otros procesos hasta 230-290 °C. Los preimpregnados de alta Tg ofrecen un rendimiento térmico y mecánico mejorado, pero a un coste superior al del FR-4 estándar.
Preimpregnado sin halógenos
Los preimpregnados sin halógenos utilizan sistemas de resina que no contienen bromo ni otros halógenos que puedan generar subproductos peligrosos al quemarse. Entre los sistemas de resina sin halógenos más populares se encuentran el epoxi de bismaleimida triazina (BT), el éster de cianato y el epoxi modificado. Los preimpregnados sin halógenos ofrecen beneficios ambientales, pero también un mayor coste y un procesamiento más complejo en comparación con el FR-4 estándar.
Preimpregnado de alta velocidad
El preimpregnado de alta velocidad utiliza sistemas de resina diseñados para lograr propiedades dieléctricas estables y bajas pérdidas dieléctricas, lo que garantiza un rendimiento fiable a alta frecuencia. Entre los sistemas de resina más comunes se incluyen mezclas de éter de polifenileno (PPE) y fluoropolímeros que alcanzan constantes dieléctricas inferiores a 3.5. El preimpregnado de alta velocidad permite el diseño de PCB para RF, microondas, alta velocidad de datos y otras aplicaciones exigentes.
Cómo elegir la clínica de PCB Material preimpregnado?
Con tantas opciones de preimpregnados, es vital adaptar las propiedades del material a los requisitos de la aplicación:
Integridad de la señal: Los preimpregnados de baja Dk y Df permiten señales de mayor velocidad con menor pérdida y dispersión. Asegúrese de que la tolerancia de impedancia se encuentre dentro de las especificaciones.
Gestión térmica: Si se requiere alta estabilidad térmica, elija un preimpregnado con un sistema de resina de alta Tg. Esto permite un ensamblaje sin plomo y fiabilidad bajo ciclos de temperatura.
Medio ambiente – Los preimpregnados sin halógenos evitan las emisiones de sustancias peligrosas como las dioxinas cuando se queman, pero cuestan más que el FR-4 estándar.
Apilado: Un preimpregnado más delgado permite trazas verticales y vías más estrechas. El vidrio 106 estándar funciona bien, mientras que los tejidos 7628 más estrechos pueden ayudar con geometrías muy finas.
CTE: La adición de más capas tensiona los orificios pasantes del metal, por lo que un preimpregnado con CTE más bajo ayuda a prevenir el agrietamiento del cañón. Esto compensa una mayor constante dieléctrica.
Costo: si bien otros preimpregnados brindan lo último en rendimiento, el FR-4 estándar será completamente adecuado para muchas aplicaciones a un costo menor.
Espesor del preimpregnado de PCB y su impacto
Los espesores de preimpregnado suelen oscilar entre 0.002 pulgadas (2 milésimas de pulgada) y 0.025 pulgadas (25 milésimas de pulgada). La tendencia ha sido hacia materiales más delgados para permitir líneas y espacios más finos, vías más pequeñas y un control de impedancia más preciso. Algunos impactos clave del espesor de preimpregnado:
Los dieléctricos más delgados permiten geometrías de enrutamiento más ajustadas. El preimpregnado de 0.002” permite 2/2 línea/espacio versus 4/4 con material de 0.004”.
Los dieléctricos más delgados reducen la pérdida de señal, pero la confiabilidad de la microvía puede volverse problemática por debajo de 0.003”.
Los preimpregnados estándar de 0.014” a 0.020” funcionan bien para un amplio control de impedancia y aislamiento de alto voltaje.
Los preimpregnados más gruesos, superiores a 0.020", proporcionan una mayor tensión de ruptura gracias a sus holguras más anchas. Esto permite ahorrar el uso de capas intermedias más costosas.
En resumen, el espesor del preimpregnado implica un equilibrio entre el costo, las geometrías de diseño y el rendimiento eléctrico. Como siempre, elija el espesor de preimpregnado adecuado para cada aplicación específica, no de forma arbitraria.
Conclusión
Los materiales preimpregnados son una parte compleja pero fundamental del Diseño de PCB y el proceso de fabricación. Como hemos explorado, factores como el tipo de resina, el estilo de la fibra de vidrio, los retardantes de llama y otros contribuyen a las propiedades eléctricas, mecánicas y térmicas del preimpregnado. Aunque pueda parecer un material negro opaco, la selección inteligente del preimpregnado permite a los ingenieros ajustar la configuración de las PCB para un rendimiento óptimo.
La variedad de preimpregnados disponibles es enorme, por lo que colaborar con socios fabricantes con experiencia es fundamental. MOKO Technology cuenta con la experiencia necesaria para guiar a sus clientes en la elección del preimpregnado adecuado para optimizar los apilamientos. Contáctanos hoy mismo para aprovechar más conocimientos sobre preimpregnación.
