El material, generalmente el material del sustrato en lo que respecta a la PCB (placa de circuito impreso), desempeña un papel fundamental en la PCB, ya que soporta sus funciones y propiedades principales. Además, el material de la PCB permite que las PCBs cumplan con ciertos requisitos elevados y especiales establecidos por los productos o proyectos para los que trabajarán. Asimismo, la selección del material óptimo contribuye a reducir costos y mejorar la fiabilidad de los productos.
Elementos a considerar en la selección de materiales para PCB
• Temperatura de transición vítrea (Tg)
Tg se refiere a la temperatura a la cual el material se transforma en estado vítreo. El Tg estándar se mantiene por encima de 130 ℃, mientras que el Tg alto está por encima de 170 ℃ y el Tg medio por encima de 150 ℃.
Cuando se trata del material para PCB, se debe elegir un Tg alto, que debe ser superior a la temperatura de funcionamiento por la que circula la corriente.
• Coeficiente de expansión térmica (CTE)
A medida que aumenta la temperatura de una sustancia, esta sufrirá expansión o contracción. En lo que respecta a la fabricación de PCB, dado que los CTE en X, Y y en el espesor son diferentes, la PCB tenderá a deformarse. Además, el orificio metalizado puede sufrir roturas o los componentes pueden dañarse. Por lo tanto, el CTE del material del sustrato debe ser suficientemente bajo.
• Resistencia al calor
Se requiere que la PCB sea resistente al calor. En términos generales, las PCBs deben presentar una resistencia al calor de 250 ℃/50 s, lo cual también se aplica al material.
• Planitud
Se requiere que la PCB presente una excelente planitud. En lo que respecta al ensamblaje SMT, se exige que la PCB tenga una deformación inferior a 0,0075 mm/mm.
• Rendimiento eléctrico
Los circuitos de alta frecuencia requieren materiales de PCB con una constante dieléctrica alta y una baja pérdida dieléctrica. Además, la resistencia de aislamiento, la rigidez dieléctrica y la resistencia al arco deben ser compatibles con los requisitos del producto.
Correlación entre la selección del material PCB y el producto o la industria
Material de PCBla selección desempeña un papel decisivo en la contribución a la fiabilidad del producto y también está determinada por la particularidad y los requisitos de la industria.
Los productos electrónicos de uso común requieren un sustrato de fibra de vidrio epoxi FR4. Después de todo, estos productos no exigen requisitos especiales de flexibilidad, temperatura y densidad.
Para los productos electrónicos que requieren mayores exigencias en cuanto a temperatura ambiental o flexibilidad, se aplica un sustrato de fibra de vidrio de poliimida. Para altas frecuencias, se debe aplicar un sustrato de fibra de vidrio de PTFE. Para las PCB que requieren mayores exigencias en disipación térmica, se debe utilizar un sustrato de base metálica.
Clasificación del material del sustrato de PCB
Laminado recubierto de cobre (CCL)se utiliza más comúnmente como material de sustrato para PCB. El CCL suele estar compuesto por lámina de cobre, resina y material base, y también abarca un par de categorías.
• CCL rígido
a. CCL fenólico de papel
El CCL fenólico a base de papel tiene la historia más larga e incluye clases como FR2, FR1, XXXPC, XX, XXP, X, XP, XPC, etc. Se caracteriza por su bajo costo, por lo que se aplica de forma masiva en la electrónica de consumo, como equipos de audio o video, y las PCB de una sola cara representan la mayoría.
b. CCL de epoxi a base de papel
El CCL de epoxi a base de papel se aplica masivamente en televisores, computadoras, impresoras, calculadoras, telecomunicaciones y sustratos de potencia. Además, también se utiliza en PCB de orificio pasante empleadas en productos de electrónica de consumo.
c. CCL de polímero basado en papel
El CCL de polímero sobre papel es anti-CAF y presenta un tono de alta calidad, por lo que se aplica principalmente en televisores en color o equipos de sonido estéreo. Fue creado en Japón, pero posteriormente se dejó de fabricar.
d. CCL de epoxi de fibra de vidrio
Debido a su fiabilidad, el CCL de epoxi de fibra de vidrio se aplica de forma masiva en CPU, equipos de oficina, productos de telecomunicaciones y de atención médica. Además, gracias a su aislación eléctrica, resistencia al calor, estabilidad dimensional, resistencia a la humedad y resistencia química, el CCL de epoxi de fibra de vidrio se utiliza ampliamente en PCB de doble cara que contienen orificios pasantes. Con la tendencia hacia la alta densidad de las PCB, el CCL de epoxi de fibra de vidrio también se emplea como material en PCB multicapa, como material de núcleo y como preimpregnado, etc.
e. CCL compuesto
La resina en el CCL compuesto se presenta principalmente en resina epoxi y resina de poliéster. El CCL compuesto se utiliza principalmente en PCB de una sola cara y PCB de orificio pasante. El CCL compuesto CEM-3 se usa comúnmente en ciertas industrias debido a su fiabilidad, resistencia al calor, resistencia a la humedad y estabilidad dimensional. Además, el CCL compuesto es más adecuado para el ensamblaje SMT en placas de PCB delgadas.
¿Qué es FR4?
FR4 indica el grado de un tipo de material resistente al fuego que es capaz de extinguirse automáticamente después de haber estado expuesto al fuego. Por lo tanto, FR4 no es el nombre de un material, sino que indica un grado de material.
El material FR4 puede clasificarse en un par de categorías.
Debido a su alta calidad y rendimiento, FR4 A1 se utiliza principalmente en productos electrónicos de los campos militar, de las telecomunicaciones, de los circuitos digitales, de los instrumentos industriales y de la industria automotriz.
FR4 A2 funciona para la mayor parte de las industrias porque todas sus características son compatibles con los requisitos de las industrias ordinarias, incluyendo PC, instrumentos, electrodomésticos y productos electrónicos comunes. Además, conduce a un bajo costo, lo cual es una de sus ventajas sobre otros tipos de material.
FR4 A3 es capaz de satisfacer las demandas y requisitos de la electrónica ordinaria, como juguetes, calculadoras, consolas de juegos y otros productos electrónicos comunes. Compatible con las funciones del producto, FR4 A3 ofrece un precio extremadamente bajo.
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