Leitura obrigatória: Guia de materiais para PCB

Quando se trata de eletrônicos, as PCBs são os heróis anônimos que fazem tudo funcionar perfeitamente. Elas são como as estradas que conectam todas as partes de uma cidade, permitindo que os sinais viajem para onde precisam ir. E assim como você quer estradas feitas de materiais confiáveis ​​que suportem o trânsito, você quer que suas PCBs sejam robustas. O material da PCB que você escolher é importante. Ele determina o desempenho e a resistência do seu dispositivo no uso diário. Felizmente, uma gama diversificada de materiais está à sua disposição, atendendo às suas necessidades específicas de desempenho de design. Este guia mostrará os principais materiais de PCB que você pode escolher e o que torna cada um único. Então, vamos lá!

Do que são feitas as placas de circuito?

Nesta seção, apresentamos principalmente as principais camadas que compõem o PCB e os materiais que elas usam:

• Camada de substrato

A PCB camada de substrato é como a fundação de uma casa – é a base sobre a qual todo o resto de uma placa de circuito impresso é construído. Normalmente, essa camada é feita de fibra de vidro, o que confere às PCBs sua rigidez característica. Mas a fibra de vidro não é o único material disponível.

Os substratos também podem ser construídos com epóxis, CEM-1, G-11, metal isolado, FR-1 ou poliimida. Cada material tem suas próprias propriedades, que os engenheiros escolhem dependendo de fatores como a quantidade de calor que a placa de circuito impresso pode suportar ou a constante dielétrica. Mas, de todas as opções, o FR-4 é de longe o mais popular.

• Camada condutora

Se a camada de substrato for a base de uma placa de circuito impresso, você pode pensar na camada condutora como a fiação que faz tudo funcionar. Esta é a camada composta por finas trilhas de cobre que transmitem sinais e energia por todo o circuito.

O cobre se tornou o material preferido para a camada condutora por ser um excelente condutor e mais acessível do que outras opções, como prata ou ouro. Claro, esses materiais são um pouco mais condutores, mas o cobre atende à maioria das aplicações.

O condutor traços em um PCB são como pequenas rodovias de cobre que transportam eletricidade para todos os diferentes componentes. O layout e o design desses rastros são extremamente importantes para garantir que os sinais possam viajar de forma rápida e eficiente.

• Camada de máscara de solda

A camada de máscara de solda, um revestimento fino semelhante ao plástico, é colocada sobre as trilhas de cobre em um Placa PCBEsta camada atua como um isolante que impede a formação de pontes de solda entre as trilhas de cobre próximas durante a montagem da placa de circuito impresso. A máscara de solda, portanto, desempenha um papel fundamental na prevenção da formação de conexões elétricas indesejadas. Ao expor apenas os pontos de solda pretendidos, a máscara de solda guia a solda para fazer as conexões corretas e evitar curtos-circuitos. Existem, na verdade, alguns materiais diferentes usados ​​para a máscara de solda, dependendo do método de aplicação: epóxi líquido, filme seco e líquido fotoimageável.

• Camada Silkscreen

A camada de serigrafia em uma placa de circuito impresso É como um roteiro para a construção dos componentes eletrônicos. Essa tinta epóxi é impressa na parte superior da placa de circuito impresso (PCB) nas etapas finais. Ela indica onde cada componente deve ser posicionado com etiquetas e marcações úteis. Além da etiquetagem, a serigrafia também indica avisos ou logotipos importantes do fabricante. Todos aqueles pequenos símbolos e códigos impressos em tinta branca fornecem orientações cruciais para a construção e a depuração.

Tipos comuns de material de PCB

1. FR-4 (retardador de chama 4)

O FR-4 tornou-se o material predominante para placas de circuito impresso devido à sua combinação ideal de preço acessível, desempenho confiável e simplicidade de fabricação. É composto por um tecido de fibra de vidro impregnado com resina epóxi e reforçado com um material retardante de chamas. Placas de circuito impresso FR-4 Proporciona isolamento elétrico eficaz e robustez estrutural, mantendo-se funcionalmente estável em altas e baixas temperaturas. Essa versatilidade torna o FR-4 uma escolha adequada para PCBs em diversos produtos, incluindo eletrônicos de consumo, dispositivos de telecomunicações e máquinas industriais.

2. CEM-3

Assim como o FR-4, o CEM-3 é feito de fibras de vidro trançadas embebidas em resina epóxi. Isso lhe confere muitas das mesmas propriedades desejáveis ​​do FR-4: excelente isolamento elétrico, resistência mecânica e estabilidade térmica. Mas o CEM-3 se diferencia por ser um pouco mais acessível. projetos de circuito Para aqueles que não precisam do auge do desempenho, engenheiros preocupados com o custo costumam optar pelo CEM-3 em vez do mais caro FR-4. Portanto, embora o venerável FR-4 ainda reine supremo para aplicações avançadas, o CEM-3 oferece uma opção atraente para as necessidades mais cotidianas de PCB. Seu equilíbrio de capacidades e preço acessível fazem do CEM-3 um material de backend confiável para todos os tipos de eletrônicos.

3. Poliimida

A poliimida é um material polimérico versátil, ideal para placas de circuito impresso em ambientes exigentes. Sua incomparável estabilidade térmica, flexibilidade mecânica e resistência química permitem que ela mantenha sua integridade e funcionalidade mesmo quando submetida a ambientes operacionais extremamente exigentes. Embora o calor extremo e os agentes cáusticos comprometam a robustez de muitos materiais, a poliimida mantém suas propriedades e continua a apresentar um desempenho confiável.

Essa excepcional resiliência térmica e química, aliada à flexibilidade estrutural, torna a poliimida adequada para eletrônicos de missão crítica em muitos setores, incluindo aeroespacial, automotivo e militar.

4. Teflon (PTFE)

Este material oferece qualidades elétricas excepcionais que minimizam a perda de sinal, mesmo em frequências de radar e satélite. As principais atrações do PTFE são sua baixa constante dielétrica e tangente de perdas, que limitam a degradação e a distorção do sinal. Também possui excelente estabilidade térmica graças à sua alta temperatura de transição vítrea. Os PCBs de Teflon mantêm sua estrutura e integridade de desempenho mesmo quando expostos a calor extremo. Além disso, este material para PCBs apresenta excelente resistência química, resistindo até mesmo a produtos químicos agressivos que danificariam outros plásticos.

5. Material de PCB com núcleo metálico

Núcleos de Metal, como o nome sugere, possuem um núcleo metálico, normalmente de alumínio, para proporcionar melhor dissipação de calor. Eles são muito utilizados sempre que os componentes esquentam muito. Estamos falando de luzes LED de alta potência, conversores de energia, eletrônicos automotivos – qualquer coisa que produza calor intenso. Então, da próxima vez que você estiver construindo eletrônicos com temperaturas assustadoramente altas, placas de núcleo metálico Estamos aqui para ajudar você! O núcleo metálico integrado facilita a dissipação de calor dos componentes sensíveis à temperatura, evitando assim condições de superaquecimento e promovendo um desempenho consistente.

6. Material de Roger

A Rogers Corporation se destaca como fornecedora líder de materiais para PCB, oferecendo produtos de alto desempenho para aplicações exigentes. Suas populares séries RO4000 e RO3000 atendem às necessidades de alta frequência, alta temperatura e alta confiabilidade. Os materiais da Rogers oferecem as propriedades especializadas necessárias para produtos como sistemas de radar, equipamentos de perfuração e aviônicos aeroespaciais, onde o desempenho é crítico. Com P&D e fabricação próprios, a Rogers produz materiais de PCB de primeira linha, confiáveis ​​por fabricantes com foco em qualidade, para placas de missão crítica. Quando os circuitos precisam funcionar perfeitamente sob condições intensas, a Rogers entrega.

Abaixo está um gráfico que compara esses materiais de PCB em diferentes aspectos:

Fatores a considerar ao escolher o material do PCB

Vários aspectos devem ser avaliados ao selecionar um material para fabricação de placa de circuito impresso:

Desempenho Elétrico

• Constante Dielétrica (Dk): Afeta a velocidade de propagação do sinal e o controle da impedância. Valores de Dk mais altos podem levar a velocidades de sinal mais lentas.
• Fator de Dissipação (Df): Afeta as perdas de sinal e a eficiência energética. Valores de Df mais baixos são desejáveis ​​para aplicações de alta frequência.

Força mecânica

• Resistência à tração: determina a capacidade do PCB de suportar estresse mecânico sem deformação ou quebra.
• Resistência à flexão: relevante para flexível ou PCBs rigid-flex, indicando sua resistência à flexão e flexão.

Propriedades térmicas

• Condutividade térmica: crucial para a dissipação de calor em componentes que consomem muita energia. A alta condutividade térmica ajuda a dissipar o calor com mais eficiência.
• Coeficiente de Expansão Térmica (CTE): Uma incompatibilidade entre o PCB e o CTE do componente pode causar problemas de confiabilidade devido ao ciclo térmico.

Inflamabilidade e Resistência à Chama

• Classificação UL: A classificação UL 94 classifica os materiais com base em suas propriedades de inflamabilidade e autoextinção. A V-0 é mais resistente a chamas do que a V-2, por exemplo.

Considerações sobre custos

• Os custos dos materiais de PCB podem variar significativamente. Materiais de alto desempenho como PTFE (Teflon) tendem a ser mais caros do que o FR-4, um material comum à base de epóxi.

Capacidade de fabricação

• Compatibilidade com processos de montagem: alguns materiais podem exigir equipamentos especializados ou métodos de processamento que podem afetar os custos de fabricação.
• Perfurabilidade e usinabilidade: os materiais devem ser fáceis de trabalhar durante o processo de fabricação.

Considerações ambientais

• Conformidade com RoHS: verifique se o material da placa de circuito impresso selecionada atende aos padrões ambientais aplicáveis, como os requisitos RoHS, que restringem certas substâncias tóxicas.
• Reciclagem e descarte: considere a facilidade de reciclagem e descarte do material após o ciclo de vida do PCB.

Integridade e frequência do sinal

• Aplicações de alta frequência: Diferentes materiais apresentam características variáveis ​​de perda de sinal em frequências mais altas. Escolha um material com baixa tangente de perda para melhorar a integridade do sinal.

Concluindo!

Escolher o material certo para sua placa de circuito impresso é um grande desafio. Isso pode realmente afetar o desempenho da sua placa de circuito, sua durabilidade e o custo de construção. Você precisa considerar fatores como: este material conduz bem a eletricidade? E o calor – ele dissipa tão bem? Ele vai resistir fisicamente ao longo do tempo? Ele suporta a exposição a quaisquer produtos químicos ou condições envolvidas? Dependendo da aplicação, você também pode precisar considerar os fatores ambientais. Ao compreender os pontos fortes e as limitações de cada material de PCB, os engenheiros podem escolher o ideal para seus objetivos específicos de projeto. Se precisar de ajuda para escolher o material de PCB, tente buscar ajuda de... Tecnologia MOKO.