PCB de poliimida e PCB FR4 são dois dos tipos de PCB mais utilizados. Embora ambos sejam substratos poliméricos adequados para PCBs, a poliamida e a FR4 possuem características próprias que as tornam mais adequadas para determinados ambientes do que para outros. Neste blog, explicamos suas principais diferenças e fornecemos insights sobre como escolher entre elas. Vamos continuar lendo.
Diferenças entre PCB de poliimida e PCB FR4
- Tipos de cobre
A maioria das placas FR4 utiliza folhas de cobre eletrodepositadas com estrutura de grãos verticais otimizada para placas rígidas. As poliimidas, mais comumente, utilizam cobre recozido laminado, projetado especificamente para suportar flexões repetidas sem fadiga do metal ou rachaduras. A orientação dos grãos de cobre também corresponde ao eixo de flexão para máxima durabilidade.
- Construção
O FR4 é composto por resina epóxi, camadas de fibra de vidro trançada e cobre. O número de camadas de fibra de vidro determina a espessura total. As fibras são saturadas com epóxi e, em seguida, curadas com as camadas de cobre sob calor e pressão para formar a placa rígida. Em contraste, as placas de poliamida contêm apenas polímero plástico de poliamida e cobre. A poliamida é fundida sobre as folhas de cobre na forma líquida e, em seguida, totalmente curada até um estado sólido e flexível.
- Faixas de espessura
O reforço de fibra de vidro limita a espessura da FR4 que pode ser fabricada. As espessuras comuns variam de 2 mils a 125 mils. Sem fibra de vidro, as poliimidas podem ser produzidas como filmes finos de 1/2 mil a 3 mils de espessura. Isso permite construções extremamente finas e flexíveis, ideais para aplicações de flexão dinâmica.
- Flexibilidade
As placas de poliamida são altamente flexíveis, o que as torna adequadas para aplicações que exigem dobras ou moldagens repetidas para se adaptarem a espaços específicos. Sua extrema flexibilidade permite geometrias complexas impossíveis de serem obtidas com placas FR4 tradicionalmente rígidas. A mobilidade é aprimorada e a instalação dentro de produtos com restrições de espaço se torna mais simples em comparação com as placas FR4.
- Absorção de umidade
O FR4 à base de epóxi absorve muito pouca umidade ambiental, cerca de 0.2-0.5% do peso total. Em contraste, a poliimida pode absorver até 2% de umidade por peso. Isso não afeta o desempenho dos circuitos de poliimida, mas a umidade absorvida deve ser removida por um processo de cozimento antes da montagem para evitar danos causados pela rápida expansão do vapor e delaminação problemas durante operações de soldagem.
- Tolerância ao Calor
A poliimida possui uma temperatura máxima de operação muito mais alta do que a FR4, sendo classificada para uso contínuo de até 300 °C. Ela resiste melhor à degradação pelo calor ao longo do tempo. Isso significa que as placas de poliimida sobrevivem por muito tempo em ambientes quentes. A condutividade térmica também é o dobro da das placas padrão reforçadas com fibra de vidro.
Leitura adicional: Um guia completo sobre condutividade térmica FR4
- Resistência química
Além do desempenho térmico, as placas de poliimida oferecem resistência à corrosão e a produtos químicos superior à FR4. Sua matriz polimérica robusta protege contra combustíveis, óleos e solventes por períodos consideravelmente mais longos. Sem componentes suscetíveis, como epóxi ou fibras de vidro, a poliimida resiste a soluções químicas mais concentradas sem se degradar.
- Durabilidade sob estresse
A resistência à vibração e à tração são significativamente maiores em placas de poliamida. A flexibilidade previne fraturas por choques físicos que comprometem a integridade das placas rígidas de vidro epóxi. A poliamida mantém melhor a confiabilidade mecânica e elétrica ao longo de milhares de ciclos de dobra, bem como em condições de vibração contínua.
A tabela a seguir lista alguns dados específicos para comparar mais claramente as diferenças entre PCB FR4 e PCB de poliimida:
| Tipos de PCB Propriedades | PCB FR4 | Poliimida PCB |
| Condutividade Térmica | 0.25 W / mK | 0.2 W / mK |
| Constante dielétrica (a 1 GHz) | 4.25-4.55 | ~ 3.4 a 3.8 |
| Fator de Dissipação (a 1 GHz) | 0.016 | 0.003 |
| Resistência ao Arco | 125 s | 143 s |
| Gravidade específica | 1.8 - 1.9 | (1.3 - 1.4) |
| Absorção de água | 0.2-0.5% | 1-2% |
| Resistência à Tração | 70-90 MPa | 200-300 MPa |
| Temperatura Transiente do Vidro (Tg) | 130-140 ° C | > 250 ° C |
PCB de poliimida e PCB FR4: como escolher?
A escolha entre usar um PCB FR4 ou um PCB de poliimida depende principalmente da aplicação e de seus requisitos específicos:
As placas FR4 seriam a melhor escolha para:
- Aplicações com custo reduzido, onde alta durabilidade não é necessária. O FR4 é a opção mais barata.
- Circuitos digitais de baixa frequência que não geram muito calor. O FR4 suporta temperaturas moderadas de até 100°C.
- Placas rígidas para produtos que não exigem flexibilidade. O reforço de fibra de vidro torna as placas FR4 dimensionalmente estáveis, mas não flexíveis.
Placas de poliimida seriam preferíveis para:
- Circuitos flexíveis/rígidos-flexíveis que devem se dobrar dinamicamente durante o uso. A PCB de poliimida possui excelente vida útil flexível e resistência à fadiga.
Conheça as diferenças entre PCB flexível e rígido-flexível, leia “PCB flexível rígido vs. PCB flexível"
- Circuitos analógicos de alta frequência. A poliimida possui constante dielétrica e perdas mais baixas, o que melhora a integridade do sinal.
- Eletrônicos para ambientes extremos expostos a altas temperaturas acima de 150 °C. A poliamida sobrevive a mais de 250 °C.
- Produtos com testes de confiabilidade como vibração, choque, umidade ou entrada de poeira. Placas de poliimida são mais robustas.
- Eletrônicos de missão crítica exigem a mais alta durabilidade com o menor risco de falha. Aeroespacial e militar preferem poliimidas.
Em essência, escolha o FR4 econômico para aplicações de interconexão básicas sem requisitos especiais, enquanto as poliimidas atendem a demandas extremas que exigem máxima resiliência física e resistência ambiental.
Palavras finais
Avaliar as diferenças entre esses dois materiais em fatores como tolerância ao calor, durabilidade e resistência mecânica é fundamental para determinar a seleção ideal para um projeto eletrônico com base em suas demandas e condições operacionais específicas. Uma análise criteriosa das especificações de aplicação, juntamente com os respectivos perfis de propriedades da poliimida e do FR4, permite uma escolha informada do material que atende aos objetivos e restrições específicos em jogo. Com a compreensão das compensações envolvidas, os engenheiros podem se sentir confiantes ao especificar o Substrato PCB que melhor atenderão às suas necessidades e funcionarão conforme o esperado no dispositivo ou sistema de destino.
