Il prepreg, abbreviazione di fibre composite preimpregnate, è un materiale essenziale nella produzione di circuito stampato multistratos. Tuttavia, viene spesso trascurato rispetto a ciò che è più visibile Componenti PCB Come le tracce di rame e la maschera di saldatura. Questo articolo svelerà questa parte fondamentale della costruzione di schede multistrato. Esploreremo cos'è il prepreg, come viene prodotto, le proprietà chiave dei materiali, i tipi più comuni, le considerazioni sullo spessore e altro ancora. Continuate a leggere per comprendere meglio il prepreg per PCB!
Che cosa è il prepreg nei PCB?
Il prepreg è costituito da un sottile tessuto in fibra di vetro preimpregnato con un sistema di resina epossidica appositamente formulato. La resina viene parzialmente polimerizzata per formare un materiale in fogli solido e appiccicoso chiamato prepreg di fase B. Questo permette alla resina di fluire e legarsi durante la laminazione, senza essere completamente polimerizzata e solida. I fogli di prepreg vengono impilati alternati a strati di fogli di rame. La laminazione multistrato avviene sotto calore e pressione, consentendo alla resina del prepreg di fluire e legare gli strati in una scheda laminata solida. Il prepreg offre eccellenti proprietà dielettriche e di adesione tra gli strati del circuito. E poiché il prepreg ha uno spessore preciso, consente di realizzare PCB con distanze dielettriche degli strati strettamente controllate.
Come vengono realizzati i preimpregnati?
- Selezione e preparazione del materiale di rinforzo: il rinforzo è in genere un tessuto o una tela in fibra di vetro intrecciata. Deve essere pulito e preparato per garantire una corretta adesione e impregnazione con la resina.
- Miscelazione del sistema di resina: il sistema di resina è in genere costituito da una resina epossidica, agenti indurenti, catalizzatori, ritardanti di fiamma e altri additivi. Questi componenti vengono dosati e miscelati accuratamente.
- Impregnazione del rinforzo: la miscela di resina viene utilizzata per impregnare il rinforzo in fibra di vetro, in genere immergendo il tessuto nella resina o utilizzando un processo come la spalmatura a caldo. Questo permette alla resina di penetrare completamente nella trama.
- Polimerizzazione parziale: il materiale impregnato viene poi sottoposto a una fase di polimerizzazione parziale, spesso tramite calore. Questa fase trasforma la resina in uno stato "b-stage", ovvero non completamente polimerizzata, ma appiccicosa e solida.
- Trattamento: il prepreg può essere sottoposto a trattamenti aggiuntivi, come la pressatura per ottenere uno spessore uniforme o l'aggiunta di pellicole protettive.
- Imballaggio: il preimpregnato viene solitamente inserito tra pellicole o carte distaccanti e può essere tagliato in fogli o rotoli. Questo protegge il materiale e ne facilita la movimentazione.
- Conservazione: i preimpregnati vengono conservati congelati o refrigerati per evitare un'ulteriore polimerizzazione prima dell'uso in Fabbricazione di PCBIn questo modo si mantiene la loro durata di conservazione.
- Utilizzo: Quando sono pronti per la fabbricazione del PCB, gli strati preimpregnati vengono scongelati, laminati con fogli di rame e completamente induriti tramite calore e pressione.
Properties di materiali preimpregnati per PCB
I materiali preimpregnati presentano diverse proprietà che ne determinano le prestazioni e l'applicabilità:
Sistema di resina: la formulazione epossidica controlla caratteristiche chiave come Tg della resina, costante/perdita dielettrica, stabilità termica, assorbimento di umidità e asse Z CTEI sistemi più diffusi sono FR-4, ad alta Tg e senza alogeni.
Intreccio in fibra di vetro: gli stili di fibra di vetro standard 106 e 7628 offrono il miglior equilibrio di proprietà. Intrecci più stretti migliorano le prestazioni di punzonatura, ma riducono il carico di resina.
Contenuto di resina: tipicamente compreso tra il 45 e il 55%. Un contenuto di resina più elevato garantisce un migliore riempimento, ma aumenta la costante dielettrica. Un contenuto di resina più basso facilita la punzonatura.
Dimensioni e carico delle particelle di riempitivo: riempitivi come la silice riducono il CTE ma aumentano la costante dielettrica e le perdite. Le particelle più grandi migliorano il flusso di laminazione, mentre quelle più piccole riducono la ricaduta di riempitivo.
Drappeggio e adesività: proprietà controllabili che determinano la gestione del preimpregnato e la registrazione da strato a strato.
Flusso/Riempimento – La viscosità della massa fusa durante la laminazione influisce sulle prestazioni di riempimento, soprattutto nelle caratteristiche fini.
Tipi di PCB Prepreg
Preimpregnato FR4
FR-4 è il materiale preimpregnato standard e multiuso utilizzato per la maggior parte della produzione di PCB. Utilizza una resina epossidica bromurata rinforzata con fibra di vetro intrecciata che offre un buon equilibrio tra facilità di lavorazione, stabilità dimensionale, prestazioni termiche, proprietà dielettriche e costo. Il preimpregnato FR-4 ha una temperatura di transizione vetrosa tipica compresa tra 130 e 140 °C.
Prepreg ad alto Tg
I preimpregnati ad alta temperatura di transizione (Tg) utilizzano sistemi di resina epossidica specializzati per raggiungere temperature di transizione vetrosa di 170 °C o superiori, soddisfacendo i requisiti dei PCB ad alta affidabilità utilizzati nei settori aerospaziale, della difesa e in altri ambienti estremi. Le resine altamente stabili termicamente resistono a saldatura, ricottura e altri processi fino a 230-290 °C. I preimpregnati ad alta temperatura di transizione (Tg) offrono prestazioni termiche e meccaniche migliorate, ma a un costo superiore rispetto al FR-4 standard.
Prepreg senza alogeni
I preimpregnati privi di alogeni utilizzano sistemi di resina che non contengono bromo o altri alogeni, che possono generare sottoprodotti pericolosi durante la combustione. Tra i sistemi di resina privi di alogeni più diffusi figurano la resina epossidica bismaleimide triazina (BT), l'estere cianato e la resina epossidica modificata. I preimpregnati privi di alogeni offrono vantaggi ambientali, ma anche costi più elevati e una lavorazione più complessa rispetto al FR-4 standard.
Prepreg ad alta velocità
Il prepreg ad alta velocità utilizza sistemi di resina ingegnerizzati per ottenere proprietà dielettriche stabili e basse perdite dielettriche, garantendo prestazioni affidabili ad alta frequenza. I sistemi di resina più comuni includono miscele di polifenilene etere (PPE) e fluoropolimeri che ottengono costanti dielettriche inferiori a 3.5. Il prepreg ad alta velocità consente la progettazione di PCB per applicazioni RF, microonde, ad alta velocità di trasmissione dati e altre applicazioni complesse.
Come scegliere il giusto? PCB Materiale preimpregnato?
Con così tante opzioni di preimpregnati, è fondamentale adattare le proprietà del materiale ai requisiti dell'applicazione:
Integrità del segnale: i preimpregnati con bassi valori di Dk e Df consentiranno segnali più veloci con perdite e dispersioni ridotte. Assicurarsi che la tolleranza dell'impedenza sia conforme alle specifiche.
Gestione termica: se è richiesta un'elevata stabilità termica, è consigliabile scegliere un preimpregnato con un sistema di resina ad alta Tg. Ciò consente un assemblaggio senza piombo e affidabilità in caso di cicli di temperatura.
Ambiente – I preimpregnati privi di alogeni impediscono le emissioni di sostanze pericolose come le diossine durante la combustione, ma costano di più rispetto allo standard FR-4.
Stackup – Un prepreg più sottile consente tracce verticali e vie più strette. Il vetro 106 standard funziona bene, mentre le trame più strette del 7628 possono essere utili per geometrie molto fini.
CTE (Concentrazione di Efficienza Elettrica) – L'aggiunta di più strati sollecita i fori placcati, quindi un prepreg con un CTE più basso contribuisce a prevenire le cricche del cilindro. Questo compensa l'aumento della costante dielettrica.
Costo – Mentre altri preimpregnati garantiscono il massimo in termini di prestazioni, l'FR-4 standard sarà del tutto adeguato per molte applicazioni a un costo inferiore.
Spessore del preimpregnato PCB e suo impatto
Gli spessori dei preimpregnati variano tipicamente da 0.002 pollici (2 mil) a 0.025 pollici (25 mil). La tendenza è stata quella di utilizzare materiali più sottili per consentire linee e spazi più sottili, vie più piccole e un controllo più preciso dell'impedenza. Alcuni impatti chiave dello spessore dei preimpregnati:
I dielettrici più sottili consentono geometrie di instradamento più strette. Il prepreg da 0.002" consente una linea/spazio 2/2 rispetto a 4/4 con materiale da 0.004".
I dielettrici più sottili riducono la perdita del segnale, ma l'affidabilità della microvia potrebbe diventare problematica al di sotto di 0.003”.
I preimpregnati standard da 0.014"-0.020" sono adatti per un ampio controllo dell'impedenza e per l'isolamento ad alta tensione.
I preimpregnati più spessi, superiori a 0.020", forniscono una maggiore tensione di rottura attraverso intercapedini più ampie. Consente un utilizzo parsimonioso di strati intermedi più costosi.
In sintesi, lo spessore del preimpregnato impone compromessi tra costo, geometrie di progettazione e prestazioni elettriche. Come sempre, è consigliabile scegliere lo spessore del preimpregnato appropriato per ogni specifica applicazione, piuttosto che arbitrariamente.
Conclusione
I materiali preimpregnati sono una parte complessa ma critica del Progettazione PCB e processo di produzione. Come abbiamo approfondito, fattori come il tipo di resina, lo stile della fibra di vetro, i ritardanti di fiamma e altro ancora contribuiscono alle proprietà elettriche, meccaniche e termiche del prepreg. Sebbene possa sembrare un materiale nero opaco, una selezione intelligente del prepreg consente agli ingegneri di ottimizzare gli stack dei PCB per prestazioni ottimali.
La varietà di tipi di prepreg disponibili è enorme, quindi la collaborazione con partner di produzione esperti è preziosa. MOKO Technology ha l'esperienza necessaria per guidare i clienti nella scelta del prepreg più adatto per ottimizzare gli stackup. Contattaci oggi per attingere a maggiori conoscenze sui materiali preimpregnati.
