Guía de materiales para PCB de lectura obligada

En electrónica, las PCB son las piezas clave que hacen que todo funcione a la perfección. Son como las carreteras que conectan una ciudad, permitiendo que las señales viajen adonde deben ir. Y al igual que buscas carreteras de materiales fiables que soporten el tráfico, buscas PCB resistentes. El material que elijas es importante, ya que determina el rendimiento y la resistencia de tu dispositivo durante el uso diario. Afortunadamente, tienes a tu disposición una amplia gama de materiales que se adaptan a tus necesidades específicas de rendimiento de diseño. Esta guía te mostrará los principales materiales de PCB que puedes elegir y qué hace que cada uno sea único. ¡Comencemos!

¿De qué están hechas las placas de circuitos?

En esta sección, presentamos principalmente las capas clave que componen la PCB y los materiales que utilizan:

• capa de sustrato

La PCB capa de sustrato Es como los cimientos de una casa: es la base sobre la que se construye todo lo demás en una placa de circuito impreso. Normalmente, esta capa está hecha de fibra de vidrio, lo que confiere a las PCB su rigidez característica. Pero la fibra de vidrio no es el único material disponible.

Los sustratos también se pueden construir con epoxis, CEM-1, G-11, metal aislante, FR-1 o poliimida. Cada material tiene sus propias propiedades, que los ingenieros eligen en función de factores como la capacidad térmica de la PCB o la constante dieléctrica. Pero de todas las opciones, el FR-4 es, con diferencia, el más popular.

• Capa conductora

Si la capa de sustrato es la base de una placa de circuito impreso, podemos pensar en la capa conductora como el cableado que hace funcionar todo. Esta capa está compuesta por finas pistas de cobre que transmiten señales y energía a través del circuito.

El cobre se ha convertido en el material predilecto para la capa conductora debido a su excelente conductividad y a su precio más asequible que otras opciones como la plata o el oro. Si bien estos materiales son un poco más conductores, el cobre cumple su función en la mayoría de las aplicaciones.

El conductor trazas en una PCB Son como pequeñas autopistas de cobre que transportan electricidad a todos los componentes. La disposición y el diseño de estas pistas son cruciales para garantizar que las señales viajen con rapidez y eficiencia.

• Capa de máscara de soldadura

La capa de máscara de soldadura, un revestimiento fino similar al plástico, se coloca sobre las pistas de cobre en un Placa PCBEsta capa actúa como aislante e impide que la soldadura se adhiera a las pistas de cobre cercanas durante el ensamblaje de la PCB. Por lo tanto, la máscara de soldadura desempeña un papel fundamental para evitar la formación de conexiones eléctricas no deseadas. Al exponer únicamente los puntos de soldadura previstos, la máscara guía la soldadura para realizar conexiones adecuadas y evitar cortocircuitos. Existen diferentes materiales para la máscara de soldadura, según el método de aplicación: epoxi líquido, película seca y líquido fotoimagenable.

• Capa de serigrafía

La capa de serigrafía sobre una placa de circuito impreso Es como una hoja de ruta para construir la electrónica. Esta tinta epoxi se imprime sobre la PCB en las etapas finales. Indica dónde debe colocarse cada componente con etiquetas y marcas útiles. Además del etiquetado, la serigrafía también indica advertencias importantes o logotipos del fabricante. Todos esos pequeños símbolos y códigos impresos en tinta blanca proporcionan una guía crucial para la construcción y la depuración.

Tipos comunes de material de PCB

1. FR-4 (Retardante de llama 4)

El FR-4 se ha convertido en el material predominante para placas de circuito impreso gracias a su óptima combinación de precio asequible, rendimiento fiable y simplicidad de fabricación. Está compuesto por un tejido de fibra de vidrio impregnado con resina epoxi y reforzado con un material ignífugo. Placas de circuito impreso FR-4 Proporciona un aislamiento eléctrico eficaz y robustez estructural, a la vez que mantiene su estabilidad funcional a altas y bajas temperaturas. Esta versatilidad convierte al FR-4 en una opción ideal para PCB en diversos productos, como electrónica de consumo, dispositivos de telecomunicaciones y maquinaria industrial.

2. CEM-3

Al igual que el FR-4, el CEM-3 está fabricado con fibras de vidrio tejidas impregnadas en resina epoxi. Esto le confiere muchas de las mismas propiedades deseables del FR-4: excelente aislamiento eléctrico, resistencia mecánica y estabilidad térmica. Sin embargo, el CEM-3 se distingue por ser un poco más asequible. diseños de circuitos Los ingenieros que no necesitan el máximo rendimiento suelen optar por el CEM-3 en lugar del FR-4, más caro. Si bien el venerable FR-4 sigue siendo el líder en aplicaciones avanzadas, el CEM-3 ofrece una opción atractiva para las necesidades más cotidianas de las PCB. Su equilibrio entre capacidades y su precio asequible hacen del CEM-3 un material fiable para todo tipo de electrónica.

3. Poliimida

La poliimida es un material polimérico versátil, ideal para placas de circuito impreso en entornos exigentes. Su inigualable estabilidad térmica, flexibilidad mecánica y resistencia química le permiten mantener su integridad y funcionalidad incluso en entornos operativos extremadamente exigentes. Si bien el calor extremo y los agentes cáusticos comprometen la robustez de muchos materiales, la poliimida conserva sus propiedades y mantiene un rendimiento fiable.

Esta excepcional resiliencia térmica y química, combinada con flexibilidad estructural, hace que la poliimida sea ideal para la electrónica de misión crítica en muchas industrias, incluidas la aeroespacial, la automotriz y la militar.

4. Teflón (PTFE)

Este material ofrece cualidades eléctricas excepcionales que minimizan la pérdida de señal, incluso en frecuencias de radar y satélite. Las principales atracciones del PTFE son su baja constante dieléctrica y la tangente de pérdida, lo que limita la degradación y distorsión de la señal. Además, posee una estabilidad térmica excepcional gracias a su alta temperatura de transición vítrea. Las PCB de teflón mantienen su estructura y rendimiento intactos incluso expuestas a temperaturas extremas. Además, este material para PCB presenta una excelente resistencia química, resistiendo incluso a productos químicos agresivos que dañarían otros plásticos.

5. Material de PCB con núcleo metálico

Los núcleos metálicos, como su nombre indica, tienen un núcleo metálico, generalmente de aluminio, para una mejor disipación del calor. Se usan muchísimo cuando los componentes se calientan demasiado. Nos referimos a luces LED de alta potencia, convertidores de potencia, electrónica automotriz: cualquier cosa que genere un calor abrasador. Así que la próxima vez que construyas componentes electrónicos donde la temperatura se vuelve extremadamente alta, tableros de núcleo metálico ¡Te respaldamos! El núcleo metálico integrado facilita la disipación del calor de los componentes sensibles a la temperatura, evitando así el sobrecalentamiento y promoviendo un rendimiento constante.

6. Material Rogers

Rogers Corporation se destaca como proveedor líder de materiales para PCB, ofreciendo productos de alto rendimiento para aplicaciones exigentes. Sus populares series RO4000 y RO3000 satisfacen las necesidades de alta frecuencia, alta temperatura y alta confiabilidad. Los materiales de Rogers proporcionan las propiedades especializadas necesarias para productos como sistemas de radar, equipos de perforación y aviónica aeroespacial, donde el rendimiento es crucial. Con I+D y fabricación internas, Rogers produce materiales de PCB de primera calidad, en los que confían fabricantes comprometidos con la calidad, para placas de misión crítica. Cuando los circuitos deben funcionar a la perfección en condiciones intensas, Rogers cumple.

A continuación se muestra una tabla que compara estos materiales de PCB en diferentes aspectos:

Factores a considerar al elegir el material de PCB

A la hora de seleccionar un material se deben evaluar múltiples aspectos: fabricación de placas de circuito impreso:

Funcionamiento eléctrico

• Constante dieléctrica (Dk): Afecta la velocidad de propagación de la señal y el control de la impedancia. Valores de Dk más altos pueden reducir la velocidad de la señal.
• Factor de Disipación (Df): Afecta las pérdidas de señal y la eficiencia energética. Se recomiendan valores de Df más bajos para aplicaciones de alta frecuencia.

Fuerza mecánica

• Resistencia a la tracción: determina la capacidad de la PCB para soportar tensión mecánica sin deformarse ni romperse.
• Resistencia a la flexión: Relevante para materiales flexibles o PCB rígido-flexible, indicando su resistencia a la flexión y a la flexión.

Propiedades termales

• Conductividad térmica: Es crucial para la disipación del calor en componentes de alto consumo. Una alta conductividad térmica ayuda a disipar el calor con mayor eficiencia.
• Coeficiente de expansión térmica (CTE): una falta de coincidencia entre el CTE de la PCB y el del componente puede provocar problemas de confiabilidad debido al ciclo térmico.

Inflamabilidad y resistencia a las llamas

• Clasificación UL: Las clasificaciones UL 94 clasifican los materiales según su inflamabilidad y propiedades autoextinguibles. Por ejemplo, la V-0 es más resistente al fuego que la V-2.

Consideraciones de costo

• Los costos de los materiales para PCB pueden variar considerablemente. Los materiales de alto rendimiento como el PTFE (teflón) suelen ser más caros que el FR-4, un material común a base de epoxi.

Fabricabilidad

• Compatibilidad con procesos de ensamblaje: Algunos materiales pueden requerir equipos especializados o métodos de procesamiento que podrían afectar los costos de fabricación.
• Perforabilidad y maquinabilidad: los materiales deben ser fáciles de trabajar durante el proceso de fabricación.

Consideraciones Ambientales

• Cumplimiento de RoHS: verifique que el material de la placa de circuito impreso seleccionado cumpla con los estándares ambientales aplicables, como los requisitos de RoHS, que restringen ciertas sustancias tóxicas.
• Reciclaje y eliminación: considere la facilidad de reciclaje y eliminación del material después del ciclo de vida de la PCB.

Integridad y frecuencia de la señal

• Aplicaciones de alta frecuencia: Los diferentes materiales presentan características de pérdida de señal variables a frecuencias más altas. Elija un material con una tangente de pérdida baja para mejorar la integridad de la señal.

Lo más importante es...

Elegir el material adecuado para su placa de circuito impreso es crucial. Puede afectar significativamente su funcionamiento, su durabilidad y el costo de fabricación. Debe considerar aspectos como: ¿conduce bien la electricidad? ¿Disipa el calor eficazmente? ¿Resistirá físicamente con el tiempo? ¿Soportará la exposición a los productos químicos o las condiciones ambientales? Dependiendo de la aplicación, también deberá considerar los factores ambientales. Al comprender las ventajas y desventajas de cada material de PCB, los ingenieros pueden elegir el óptimo para los objetivos específicos de su proyecto. Si necesita ayuda para elegir el material de PCB, consulte con Tecnología MOKO.