Prepreg, abreviação de fibras compostas pré-impregnadas, é um material essencial na fabricação de placa de circuito impresso multicamadass. No entanto, muitas vezes é esquecido em comparação com outros mais visíveis Componentes PCB como traços de cobre e máscara de solda. Este artigo revelará detalhes sobre esta parte vital da construção de placas multicamadas. Exploraremos o que é pré-impregnado, como é feito, as principais propriedades do material, os tipos comuns, considerações sobre espessura e muito mais. Continue lendo para entender melhor o pré-impregnado de PCB!
O que é pré-impregnado em PCBs?
O pré-impregnado consiste em um fino tecido de fibra de vidro pré-impregnado com um sistema de resina epóxi especialmente formulado. A resina é parcialmente curada para formar uma folha sólida e pegajosa chamada pré-impregnado de estágio B. Isso permite que a resina flua e se ligue quando laminada, sem estar totalmente curada e sólida. As folhas de pré-impregnado são empilhadas alternadamente com camadas de folha de cobre. A laminação multicamadas é feita sob calor e pressão, fazendo com que a resina pré-impregnada flua e ligue as camadas em uma placa laminada sólida. O pré-impregnado proporciona excelentes propriedades dielétricas e adesão entre as camadas do circuito. E como o pré-impregnado tem uma espessura precisa, ele permite PCBs com distâncias entre camadas dielétricas rigorosamente controladas.
Como os pré-impregnados são feitos?
- Seleção e preparação do material de reforço: O reforço normalmente é uma manta ou tecido de fibra de vidro trançado. Ele precisa ser limpo e preparado para garantir a adesão e a impregnação adequadas com resina.
- Mistura do sistema de resina: O sistema de resina normalmente consiste em uma resina epóxi, agentes de cura, catalisadores, retardantes de chama e outros aditivos. Esses componentes são medidos e misturados completamente.
- Impregnação do reforço: A mistura de resina é usada para impregnar o reforço de vidro trançado, normalmente mergulhando o tecido na resina ou usando um processo como revestimento a quente. Isso permite que a resina penetre totalmente na trama.
- Cura parcial: O material impregnado passa então por uma etapa de cura parcial, geralmente com uso de calor. Isso transforma a resina em um estágio B, ou seja, ela não está totalmente curada, mas em um estado sólido e pegajoso.
- Tratamento: O pré-impregnado pode passar por tratamentos adicionais, como prensagem para atingir espessura consistente ou adição de películas protetoras.
- Embalagem: O pré-impregnado é normalmente colocado entre filmes ou papéis desmoldantes e pode ser cortado em folhas ou rolos. Isso protege o material e facilita o manuseio.
- Armazenamento: Os pré-impregnados são armazenados congelados ou refrigerados para evitar cura adicional antes do uso em Fabricação de PCB. Isso mantém sua vida útil.
- Uso: Quando prontas para a fabricação do PCB, as camadas pré-impregnadas são descongeladas, laminadas com folhas de cobre e totalmente curadas sob calor e pressão.
Propriedades de materiais pré-impregnados de PCB
Os materiais pré-impregnados têm diversas propriedades que determinam seu desempenho e aplicabilidade:
Sistema de resina – A formulação epóxi controla características-chave como Tg da resina, constante dielétrica/perda, estabilidade térmica, absorção de umidade e eixo Z CTE. Os sistemas populares incluem FR-4, alta Tg e sem halogênio.
Trama de fibra de vidro – Os estilos de vidro padrão 106 e 7628 oferecem o melhor equilíbrio de propriedades. Tramas mais fechadas melhoram o desempenho de perfuração, mas reduzem a carga de resina.
Teor de resina – Normalmente na faixa de 45 a 55%. Maior teor de resina proporciona melhor preenchimento, mas aumenta a constante dielétrica. Menor teor de resina facilita a punção.
Tamanho e carga das partículas de enchimento – Enchimentos como a sílica reduzem o CTE, mas aumentam a constante dielétrica e as perdas. Partículas maiores melhoram o fluxo de laminação, enquanto as menores reduzem a perda de enchimento.
Drape e Tack – Propriedades controláveis que determinam o manuseio do pré-impregnado e o registro camada a camada.
Fluxo/Preenchimento – A viscosidade do material fundido durante a laminação afeta o desempenho do enchimento, especialmente em características finas.
Tipos de pré-impregnados de PCB
FR4 Pré-impregnado
FR-4 é o material pré-impregnado padrão e de uso geral utilizado na maioria dos processos de fabricação de PCBs. Utiliza uma resina epóxi bromada reforçada com fibra de vidro trançada, que oferece um bom equilíbrio entre facilidade de processamento, estabilidade dimensional, desempenho térmico, propriedades dielétricas e custo. O pré-impregnado FR-4 tem uma temperatura típica de transição vítrea na faixa de 130-140 °C.
Pré-impregnado de alta Tg
O pré-impregnado de alta temperatura utiliza sistemas especializados de resina epóxi para atingir temperaturas de transição vítrea de 170 °C ou mais, atendendo às demandas de PCBs de alta confiabilidade utilizadas nos setores aeroespacial, de defesa e outros ambientes extremos. As resinas altamente estáveis termicamente suportam soldagem, recozimento e outros processos de até 230-290 °C. Os pré-impregnados de alta temperatura proporcionam desempenho térmico e mecânico aprimorado, mas a um custo mais elevado do que o FR-4 padrão.
Pré-impregnado sem halogênio
Os pré-impregnados sem halogênio utilizam sistemas de resina que não contêm bromo ou outros halogênios que podem gerar subprodutos perigosos quando queimados. Os sistemas de resina sem halogênio mais populares incluem epóxi de bismaleimida triazina (BT), éster cianato e epóxi modificado. Os pré-impregnados sem halogênio oferecem benefícios ambientais, mas também apresentam custo mais elevado e processamento mais complexo em comparação com o FR-4 padrão.
Pré-impregnado de alta velocidade
O pré-impregnado de alta velocidade utiliza sistemas de resina projetados para atingir propriedades dielétricas estáveis e baixa perda dielétrica, proporcionando um desempenho confiável em alta frequência. Os sistemas de resina comuns incluem misturas de polifenileno éter (PPE) e fluoropolímeros que obtêm constantes dielétricas abaixo de 3.5. O pré-impregnado de alta velocidade permite projetos de PCB para RF, micro-ondas, alta taxa de dados e outras aplicações exigentes.
Como escolher o certo PCB Material Prepreg?
Com tantas opções de pré-impregnados, é essencial adequar as propriedades do material aos requisitos da aplicação:
Integridade do Sinal – Pré-impregnados com Dk e Df baixos permitirão sinais de maior velocidade com perdas e dispersão reduzidas. Garanta que a tolerância de impedância esteja dentro das especificações.
Gerenciamento Térmico – Se for necessária alta estabilidade térmica, escolha um pré-impregnado com um sistema de resina de alta Tg. Isso permite uma montagem sem chumbo e confiabilidade sob ciclos de temperatura.
Meio ambiente – Os pré-impregnados sem halogênio evitam emissões de substâncias perigosas, como dioxinas, quando queimados, mas custam mais do que o FR-4 padrão.
Empilhamento – Um pré-impregnado mais fino permite traços e vias verticais mais estreitos. O vidro padrão 106 funciona bem, enquanto tramas mais estreitas de 7628 podem ajudar com geometrias muito finas.
CTE – A adição de mais camadas tensiona os furos passantes, de modo que um pré-impregnado com CTE mais baixo ajuda a evitar rachaduras no cilindro. Isso se compensa com o aumento da constante dielétrica.
Custo – Enquanto outros pré-impregnados oferecem o máximo em desempenho, o FR-4 padrão será completamente adequado para muitas aplicações a um custo menor.
Espessura do pré-impregnado de PCB e seu impacto
As espessuras do pré-impregnado variam normalmente de 0.002 polegadas (2 mils) a 0.025 polegadas (25 mils). A tendência tem sido para materiais mais finos, permitindo linhas e espaços mais finos, vias menores e controle de impedância mais preciso. Alguns impactos importantes da espessura do pré-impregnado:
Dielétricos mais finos permitem geometrias de roteamento mais precisas. O pré-impregnado de 0.002” permite 2/2 linha/espaço versus 4/4 com material de 0.004”.
Dielétricos mais finos reduzem a perda de sinal, mas a confiabilidade da microvia pode se tornar problemática abaixo de 0.003”.
Os pré-impregnados padrão de 0.014”-0.020” funcionam bem para amplo controle de impedância e isolamento de alta tensão.
Pré-impregnados mais espessos, acima de 0.020", proporcionam maior tensão de ruptura através de folgas mais amplas. Permite o uso econômico de camadas intermediárias mais caras.
Em resumo, a espessura do pré-impregnado exerce compensações entre custo, geometrias de projeto e desempenho elétrico. Como sempre, escolha a espessura do pré-impregnado apropriada para cada aplicação específica, e não arbitrariamente.
Conclusão
Os materiais pré-impregnados são uma parte complexa, mas crítica do Design PCB e processo de fabricação. Como exploramos, fatores como tipo de resina, estilo da fibra de vidro, retardantes de chama e outros contribuem para as propriedades elétricas, mecânicas e térmicas do pré-impregnado. Embora possa parecer um material preto opaco, a seleção inteligente do pré-impregnado permite que os engenheiros ajustem os empilhamentos de PCB para obter o desempenho ideal.
A variedade de tipos de pré-impregnados disponíveis é vasta, portanto, a colaboração com parceiros de fabricação experientes é inestimável. A MOKO Technology possui a expertise necessária para orientar os clientes na escolha do pré-impregnado certo para otimizar as empilhamentos. Fale conosco hoje mesmo para aproveitar mais conhecimento sobre pré-impregnação.
