Información de material de PCB de poliimida (FR4 frente a PCB de poliamida)

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• ¿Qué es el material de PCB de poliimida/poliamida?
• ¿Cuándo se debe usar?
• ¿Qué es el material de PCB FR4?
• ¿Cuáles son las aplicaciones de FR4?
• ¿Por qué elegir poliimida/poliamida en lugar de FR4?
• ¿Dónde puedo obtener PCB de poliimida/poliamida?

Muchas empresas que utilizan placas de circuito impreso se contentan con utilizar el material FR4 estándar para sus placas. Las placas FR4 son asequibles y eficaces para muchas aplicaciones. Sin embargo, las placas FR4 no son el único tipo de material de placa de circuito impreso disponible. Algunos otros tipos de tarjetas pueden ser más apropiados para ciertas aplicaciones.

Un tipo de material de tablero que puede considerar es la poliimida. Puede haber algunas propiedades del material de PCB de poliimida que encajen bien con las aplicaciones de placa para su industria. Si recién está comenzando a usar placas de circuito impreso, será útil saber qué material es mejor antes de comenzar a ordenarlas.

Si no está seguro de si las PCB de poliimida/poliamida pueden ser adecuadas para usted, siga leyendo para conocer las propiedades de estas placas y cómo pueden afectar sus aplicaciones.

¿Qué es el material de PCB de poliimida/poliamida?

Las poliimidas, también conocidas como poliamidas, son polímeros que consisten en monómeros de imida. Este diverso grupo de polímeros incluye varios materiales, tanto naturales como sintéticos. Por ejemplo, las poliamidas naturales incluyen seda y lana. Sin embargo, en la fabricación de PCB, las poliamidas utilizadas para las bases de las placas se producen sintéticamente en masa.

Las poliimidas sintéticas se producen mediante la polimerización de varias sustancias químicas que contienen estructuras de imida. Más comúnmente, el proceso utiliza bismaleimidas y anhídrido maleico. Los diferentes químicos y aditivos usados ​​en el proceso pueden producir resultados variados, creando varios tipos de poliimidas que ofrecen varias ventajas. A continuación se enumeran algunos ejemplos:

• Poliimidas puras: Las poliimidas puras, también conocidas como poliimidas de segunda generación, se producen sin retardantes de llama bromados ni otros aditivos. Como resultado, son térmicamente más estables y resistentes a la temperatura que muchas de las alternativas actuales.
• Polimidas de tercera generación: Estas poliimidas incluyen aditivos que mejoran la resistencia a la inflamabilidad, lo que puede ayudar a prevenir incendios eléctricos. Si bien estos tipos de poliimidas tienden a ser menos estables térmicamente, ofrecen tiempos de producción mejorados debido a las temperaturas más bajas y los tiempos necesarios para el curado.
• Poliimidas Rellenas: Los sistemas de poliimida rellenos consisten en poliimida y un relleno. La poliimida produce la resistencia térmica y la flexibilidad necesarias, pero el relleno ayuda a reducir la contracción de la resina, lo que ayuda a minimizar la formación de grietas durante los procesos de curado y perforación.
• Polimidas de bajo flujo: Estas poliimidas constan de varias resinas y limitadores de flujo que reducen la flexibilidad del material.

Con el tiempo, se espera que se popularicen más variaciones de poliimida. Por ejemplo, actualmente se están desarrollando poliimidas de cuarta generación, que mejorarían la adhesión de la lámina de cobre y la sensibilidad a la humedad, así como la estabilidad general.

¿Cuándo se debe usar?

Los productos de poliimida tienen una gran demanda en la industria, sobre todo debido a la flexibilidad y resistencia del material. Sin embargo, esta no es la única razón por la que se prefieren las poliamidas.

Al elegir un material base para PCB, es esencial elegir el material que mejor se adapte a la aplicación. La poliamida puede ser su mejor opción si su aplicación requiere las siguientes características de PCB:

• Excelente flexibilidad: El material de poliimida se usa más comúnmente para producir placas de circuito impreso flexibles y rígido-flexibles porque el material es excepcionalmente flexible.
• Excelente resistencia a la tracción: A pesar de su flexibilidad, los materiales de poliimida son muy fuertes y resistentes a la deformación. Esto lo convierte en una excelente opción para cualquier aplicación que requiera cierto grado de durabilidad física.
• Muy estable térmicamente: Las poliimidas son extremadamente estables en un amplio rango de temperaturas. Pueden soportar la operación a temperaturas normalmente inhóspitas de hasta 260 grados centígrados. Además, tienen buena conductividad térmica y también pueden resistir el daño térmico durante los procesos de fabricación y reparación.
• Resistente a productos químicos: Las poliimidas son químicamente estables, lo que significa que pueden exponerse a una variedad de productos químicos corrosivos sin efectos negativos. Esto es crucial en aplicaciones que incluyen la exposición a dichos productos químicos.
• Muy duradero: Además de ser resistentes al calor y a los productos químicos, los PCB de poliimida son muy resistentes al estrés físico. Conservarán su forma independientemente de las condiciones físicas y térmicas que se les apliquen, lo que las hace ideales para aplicaciones que involucran entornos hostiles y reparaciones en el campo.

Además de estas propiedades, las poliimidas tienen las propiedades eléctricas necesarias para convertirse en un excelente material base para PCB.

¿Cuáles son las aplicaciones del material de PCB de poliamida?

Las poliamidas, tanto naturales como sintéticas, se utilizan en una amplia gama de aplicaciones. Estos materiales se pueden encontrar en vehículos, ropa y productos de consumo. Sin embargo, lo más notable es su uso en placas de circuito impreso. Específicamente, las placas de poliamida se utilizan para crear PCB flexibles y rígido-flexibles, que han ganado popularidad en los últimos años y se espera que aumenten su cuota de mercado entre 2017 y 2027.

Los tableros flexibles y rígido-flexibles de poliamida han encontrado una amplia gama de aplicaciones en la industria de PCB. Algunos ejemplos incluyen:

• Electrónica informática: Los entornos informáticos, especialmente los portátiles, requieren cierto grado de flexibilidad y durabilidad para soportar las tensiones físicas del uso diario. Además, los entornos en los que operan los PCB de la computadora pueden calentarse excepcionalmente. Los PCB flexibles y rígido-flexibles de poliamida son ideales en estos entornos, debido en gran medida a su flexibilidad, durabilidad y estabilidad térmica.
• Electrónica automotriz: Los automóviles modernos dependen en gran medida de la electrónica y, por lo general, usan PCB flexibles para manejar las vibraciones y el calor que a menudo se produce dentro de un vehículo.
• Electrónica de consumo: Los productos electrónicos de consumo, incluidos los teléfonos inteligentes y las tabletas, a menudo se fabrican con PCB flexibles o rígido-flexibles debido a las tensiones del uso diario. Los PCB flexibles se están desarrollando aún más para posibles futuros productos electrónicos de consumo, como tabletas y teléfonos inteligentes flexibles.
• Electrónica de la industria médica: Muchas aplicaciones médicas requieren cierta flexibilidad en la electrónica utilizada, especialmente en el caso de los implantes, las prótesis y la tecnología de imágenes, que tienden a requerir más movimiento.
• Electrónica militar y aeroespacial: Las aplicaciones aeroespaciales y militares tienden a preferir materiales de poliamida para PCB por su confiabilidad, estabilidad térmica y flexibilidad. Esto se debe tanto a los factores de estrés físicos involucrados en estas industrias como a la necesidad frecuente de reparaciones en el campo, para las cuales otros materiales son menos adecuados.

En resumen, la poliamida es muy deseable para una amplia gama de aplicaciones principalmente debido a su flexibilidad, resistencia, durabilidad y capacidades térmicas.

¿Qué es el material de PCB FR4?

FR4 es uno de los sustratos más comunes para PCB. Sin embargo, FR4 realmente no se refiere a un tipo de material; en cambio, se refiere a un grado de material. El FR en FR4 significa "resistente al fuego" y proviene de un sistema de clasificación desarrollado por la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos, o NEMA. Este grado indica que el material cumple con el estándar UL94V-0.

Aunque el término FR4 no describe realmente un material, los materiales de grado FR4 suelen ser fibra de vidrio laminada. Estos materiales se producen fundiendo materias primas de vidrio y extruyéndolas en filamentos de hilo de fibra. Luego, el hilo de fibra se teje y se recubre con resina y un agente de acoplamiento para mejorar la adhesión. Una vez que todos los materiales se adhieren entre sí, la placa se lamina con lámina de cobre antes de pasar al proceso de fabricación de PCB.

Los materiales de grado FR4 se pueden dividir en subclases según sus propiedades específicas. Algunos ejemplos se describen con más detalle a continuación:

• Estándar: Las placas FR4 estándar están hechas de un tipo específico de fibra de vidrio que tiene un mayor contenido de bromo, lo que mejora las cualidades de resistencia al fuego del material.
• Transición vítrea alta: La transición vítrea, o Tg, es la temperatura a la que la fibra de vidrio se vuelve inestable. Mientras que las placas FR4 estándar tienen un valor de Tg relativamente bajo, hay disponibles placas de alta Tg que ofrecen valores de Tg sustancialmente más altos y una resistencia térmica mejorada.
• Libre de halógenos: Las placas FR4 libres de halógenos están fabricadas sin bromo, que es un halógeno que puede ser tóxico para los humanos. Aunque el bromo beneficia las cualidades resistentes a las llamas de las placas FR4, las placas libres de halógenos a menudo son necesarias para aplicaciones que involucran la interacción humana.

Debido a que FR4 es un grado en lugar de un material específico, los valores de una placa FR4 específica pueden variar según el fabricante. Si bien normalmente estarán dentro de un rango esperado, la conductividad térmica, la resistencia a la flexión, la absorción de agua y la dureza probablemente difieran de una placa a otra.

¿Cuándo se debe usar?

FR4 se considera el material de PCB estándar para la gran mayoría de las aplicaciones. Sin embargo, es importante considerar todos los factores de su aplicación antes de decidirse por un material u otro. Las siguientes son algunas de las principales cualidades de FR4 a considerar antes de elegirlo como material:

• Relación fuerza-peso: Los PCB que requieren una buena resistencia mecánica suelen utilizar FR4 por su relación resistencia-peso. Debido a las múltiples capas y materiales involucrados en la producción de material FR4, ofrece una excelente resistencia.
• Versatilidad: FR4 se puede utilizar como sustrato para una variedad de tipos de placas, incluidas placas de circuito impreso de una cara, de dos caras y multicapa.
• Resistente químicamente: FR4 es resistente a una amplia variedad de productos químicos y es resistente a la mayoría de los tipos de corrosión. Además, este material no absorbe tanta agua como otros materiales, incluidas las poliamidas.
• Estabilidad dimensional: Las placas FR4 mantienen muy bien su forma, lo que las convierte en una excelente opción para cualquier aplicación con piezas más delicadas.
• Gran aislante eléctrico: FR4 es un aislante eléctrico muy conocido y tiene excelentes propiedades eléctricas que lo convierten en una buena opción para muchas aplicaciones de PCB.

Además de los factores anteriores, las placas FR4 son muy baratas de producir, lo que resulta en costos de producción más bajos en general. Sin embargo, es importante tener en cuenta que las placas FR4 estándar solo ofrecen una conductividad térmica limitada:las placas FR4 pueden tener problemas para disipar el calor y volverse inestables a temperaturas más altas.

¿Cuáles son las aplicaciones de FR4?

Debido a su condición de material predeterminado para los ingenieros, el FR4 se usa en todo el mundo para una variedad de aplicaciones diferentes. Algunas de estas aplicaciones incluyen lo siguiente:

• Aplicaciones de la placa de CC: La gran mayoría de las placas DC se completan con FR4 debido a su bajo coste, excelente rendimiento y accesibilidad.
• Aplicaciones de baja frecuencia: Las placas FR4 se usan comúnmente en aplicaciones de baja frecuencia debido a su bajo costo y comparabilidad con otros materiales. Si bien FR4 no es ideal para aplicaciones de alta frecuencia por encima de 2 GHz, es una buena opción para aplicaciones de baja frecuencia que requieren funcionalidad sin costos excesivos.
• Aplicaciones digitales: FR4 es una muy buena opción para muchas aplicaciones digitales.

Estas aplicaciones se pueden encontrar en una variedad de industrias, desde las industrias comerciales y de electrónica de consumo hasta los diseños militares y aeroespaciales. Sin embargo, es importante tener en cuenta que FR4 no se recomienda para diseños de alta frecuencia, que son cada vez más comunes.

¿Por qué elegir poliimida/poliamida en lugar de FR4?

Al elegir entre usar poliimida y FR4, es posible que tenga la tentación de elegir FR4 simplemente por el costo y la accesibilidad de este material de placa común. Sin embargo, hacer una elección basada en el costo es una mala elección, especialmente cuando los dos materiales ofrecen beneficios funcionales muy diferentes.

Si está considerando poliamida y FR4, tenga en cuenta los siguientes beneficios de la poliamida:

• Flexibilidad: La flexibilidad es la razón principal por la que elegiría una placa de poliimida/poliamida en lugar de una placa FR4. Las placas de circuitos flexibles y rígido-flexibles generalmente están hechas de poliimida y generalmente se prefieren en aplicaciones donde la movilidad y la frecuencia de uso son una preocupación principal.
• Buena resistencia al calor: Si planea usar su PCB en un entorno de alta temperatura, una placa FR4 probablemente no sea la mejor opción. FR4, aunque resistente al marco, tiene problemas para disipar el calor, lo que genera puntos calientes que pueden dañar la placa y el equipo circundante. La poliimida, por otro lado, tiene excelentes clasificaciones de temperatura de funcionamiento y conductividad térmica que es el doble del valor de FR4.
• Resistente a productos químicos: Las poliamidas ofrecen una excelente resistencia química, especialmente a hidrocarburos como combustibles, aceites y grasas que se encuentran comúnmente en aplicaciones militares, aeroespaciales y automotrices. Mientras que FR4 ofrece una resistencia similar, las poliamidas ofrecen una resistencia a la corrosión más completa durante largos períodos.
• Duradero: Si bien el FR4 es fuerte, su rigidez puede representar un problema para aplicaciones donde la vibración y el calor son una preocupación. El calor y el estrés físico reducen la integridad estructural de los tableros FR4, mientras que los tableros de poliamida están equipados para manejar tales situaciones, particularmente debido a su flexibilidad y resistencia a la tracción.
• Resuelve problemas de integración: Si se necesita incorporar una PCB a un producto que no admite fácilmente componentes, una placa de circuito rígida como una placa FR4 no funcionará. En su lugar, se puede hacer una PCB de poliimida flexible para que encaje en el espacio provisto.

Si bien son más caras, las PCB de poliimida ofrecen una flexibilidad impresionante y beneficios funcionales en comparación con las placas FR4 tradicionales. Las placas de PCB de poliimida, livianas, flexibles y duraderas, tienen el potencial de resolver muchos problemas de diseño e integración de PCB, haciéndolas rentables a largo plazo.

¿Dónde puedo obtener PCB de poliimida/poliamida?

Si está interesado en usar poliimida en sus diseños, Millennium Circuits Limited puede ayudarlo.

Millennium Circuits Limited puede proporcionarle versiones de alta calidad de casi cualquier tipo de placa de circuito impreso que pueda necesitar, incluidas placas de circuito flexible de poliimida y placas FR4, así como placas de cerámica, placas de cobre y otras. Para obtener una cotización en línea rápida y gratuita para placas de circuito impreso, complete nuestro sencillo formulario de contacto y no dude en llamarnos en cualquier momento si tiene preguntas al 717-558-5975.

Si no está seguro de si las placas de circuito flexibles de poliimida son adecuadas para usted o si necesita ayuda para determinar qué PCB serían mejores para su empresa, uno de nuestros expertos en PCB estará encantado de ayudarle a resolverlo.

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