Laminados de PCB:una guía completa

La gente a menudo da por sentado cuán compleja puede ser la estructura de las placas de circuito impreso. Dado que usamos PCB para diferentes áreas de aplicación, cada una requiere materiales específicos. Los laminados son un material esencial. Los fabricantes los utilizan para desarrollar y fabricar PCB. Por lo tanto, es necesario comprender los diversos laminados disponibles para usted. Esta guía explorará todo lo que necesita saber sobre los laminados de PCB.

¿Qué son los laminados de PCB?

Un dispositivo robótico que desarrolla PCB en miniatura que sostienen un laminado

Generalmente, los PCB tienen cuatro capas:serigrafía, máscara de soldadura, cobre y sustrato (de arriba a abajo). En consecuencia, estas capas deben unirse para formar una estructura funcional para la PCB. Por lo tanto, el propósito del laminado de PCB es unir las capas de PCB.

Los laminados suelen ser materiales revestidos de cobre que suelen consistir en láminas de resina. La resina que utilizan los fabricantes para construir laminados suele ser a base de epoxi. Sin embargo, puede consistir en otros tejidos. Sin embargo, el fabricante primero cura las láminas con resina termoestable para crear el laminado. A continuación, comprimimos estas láminas de resina aplicando dos láminas de cobre en cada lado plano de la colección.

Por último, el fabricante aplica calor y fuerza hasta que las láminas se unen. Después de que el laminado se endurece, se parece a un material plástico o similar al vidrio duro.

¿Cuál es la diferencia entre laminados y prepregs?

Instalación de tecnología de fibra de carbono que produce material preimpregnado
Fuente:Flickr (CC – Genérico)

Los preimpregnados suelen ser láminas de fibra de vidrio reforzada. Los fabricantes de preimpregnados los desarrollan aplicando o preimpregnando estas láminas de fibra de vidrio utilizando agentes de curado como la resina epoxi. En consecuencia, esto es muy diferente del proceso de desarrollo de laminados. Los laminados a menudo consisten en láminas de preimpregnado. Los preimpregnados son simplemente tejidos curados e impregnados. Por el contrario, los laminados son láminas de material presurizadas y calentadas.

Tipos de laminados de PCB

Colección de placas de circuito impreso

Como se mencionó anteriormente, usamos diferentes PCB para diferentes aplicaciones. Por ejemplo, los fabricantes de componentes de dispositivos pueden usar PCB flexibles en dispositivos compactos. Los tipos más comunes de laminados de PCB son:

FR-4 (FR4)

PCB Fr-4 revestida de cobre

FR-4 se refiere a laminados de resina epoxi reforzada con vidrio. Es un material ignífugo. De ahí el nombre FR-4 (FR =retardante de llama). Sin embargo, FR-4 es el material más popular para sustratos de PCB. Este hecho se debe a su alta resistencia mecánica y eléctrica. Además, presenta una alta disipación térmica cuando los fabricantes aplican aditivos. Además, estos aditivos pueden aumentar la estabilidad, la confiabilidad y las especificaciones de potencia del material.

Sin embargo, FR-4 puede acomodar circuitos con un alto número de capas debido a su constancia. Como tal, es adecuado para la fabricación de PCB de alta frecuencia.

Poliimida

Flex PCB que utiliza material de poliimida
Fuente:Wikimedia Commons

Los fabricantes valoran los laminados de poliimida por su alta eficiencia térmica innata. Además, tienden a ser más confiables que los materiales FR-4. Este hecho se debe principalmente a su baja expansión térmica. En consecuencia, los fabricantes de dispositivos los implementan en la electrónica que la gente usa en entornos hostiles. Además, los hace muy apropiados para diseños de PCB que requieren múltiples capas. Sin embargo, los fabricantes utilizan este material para la fabricación de PCB flexibles.

Teflón

Los fabricantes suelen utilizar laminados de teflón para desarrollar PCB de alta velocidad. Por cierto, es por sus brillantes propiedades eléctricas. Al igual que con FR-4, los fabricantes pueden aplicar aditivos al teflón para aumentar su tensión mecánica.

El teflón es uno de los materiales laminados más caros. Como tal, es uno de los materiales menos populares en la fabricación y fabricación de PCB. Además, se necesita habilidad, alta experiencia y equipo especializado para fabricar laminados a base de teflón.

Epóxica alta Tg

High Tg Epoxy es un material laminado con una alta temperatura de transición vítrea (también conocida como temperatura de vitrificación). Debido a este atributo, presenta una excelente tolerancia al calor. En consecuencia, es muy adecuado para su uso en aplicaciones industriales y maquinaria. Además, High Tg Epoxy tiene una excelente resistencia química y a la humedad. Los fabricantes suelen utilizarlo en la construcción de PCB multicapa.

BT-epoxi

BT-Epoxy es una combinación de bismaleimida triazina y resina epoxi. Los fabricantes lo valoran por su capacidad para mantener su estructura bajo temperaturas extremas. Tiene excelentes propiedades eléctricas y mecánicas. Por lo tanto, es muy adecuado para aplicaciones militares e industriales. Sin embargo, los PCB sin plomo y de múltiples capas son los PCB más comunes que utilizan laminados BT-Epoxy.

Otros Materiales

Material de fibra de vidrio

Los materiales enumerados anteriormente no son los únicos que utilizan los fabricantes para producir laminados. Por ejemplo, utilizamos laminados revestidos de cobre para PCB de alta frecuencia. Además, podemos utilizar tejidos cerámicos, ésteres de cianato y otras combinaciones de resinas y productos químicos.

Sin embargo, es posible que no valga la pena mencionar estos materiales porque los fabricantes no los implementan tanto como los otros materiales de esta guía. Además, también pueden ser más caros y más difíciles de manipular.

Propiedades de los laminados

Al seleccionar el material y el laminado adecuados para su PCB, tenga en cuenta algunos atributos. Estas propiedades pueden ser térmicas, mecánicas o eléctricas. Esta sección explorará estas propiedades.

Propiedades Térmicas

PCB quemada por un cortocircuito

• Temperaturas de transición vítrea (Tg) :Los laminados pierden su integridad estructural cuando alcanzan un cierto rango de temperatura. Por lo tanto, usamos la temperatura de transición vítrea para ayudar a identificar cuándo se ablanda y se endurece el laminado.
• Temperatura de descomposición (Td): Describe el punto de temperatura en el que el laminado comienza a sufrir daños permanentes (derretimiento). Por lo tanto, es importante utilizar laminados de PCB cuyas temperaturas de funcionamiento sean inferiores a los rangos de descomposición.
• Coeficiente de Expansión Térmica (CTE): Describe la tasa de expansión del laminado. Si introducimos calor al laminado que supera su umbral de CTE, comenzará a expandirse. Por lo tanto, es importante estar por debajo del coeficiente de expansión térmica al integrar una placa de circuito impreso en un dispositivo.
• Conductividad térmica (k): Una propiedad que describe la capacidad de un laminado para transferir o conducir el calor. Está representado por Kelvins.

Propiedades electricas

Foto macro de una placa de circuito impreso

• Constante dieléctrica ( ϵr ) :Describa la permeabilidad eléctrica y relativa del laminado. Esencialmente, puede oscilar entre 3,5 y 5,5 ϵr.
• Tangente de pérdidas dieléctricas (tan δ): Representa la difusión cuantificable de energía eléctrica en el laminado. Por lo general, los laminados de PCB tienen un tan δ entre 0,02 y 0,0001.
• Resistividad eléctrica/de volumen (ρ): Representa la capacidad del laminado para resistir la corriente eléctrica. Generalmente, los laminados tienen una resistividad eléctrica entre 103 y 1010 Ω⋅m (megaohmios).
• Resistividad superficial (ρS): Indica la resistividad externa del laminado. La humedad y la temperatura pueden afectarlo.
• Fuerza eléctrica: Representa la capacidad del laminado para resistir una falla eléctrica. Por cierto, la gente también se refiere a ella como fuerza dieléctrica. Usamos voltios por metro para representarlo.

Propiedades químicas

Placas de circuito impreso sumergidas en agua y jabón.

• Inflamabilidad: Una propiedad que representa la capacidad de ese laminado para resistir la ignición de llamas. Si bien la mayoría de los laminados tienden a ser inflamables, aún pueden sufrir incendios externos. Por lo tanto, esta propiedad indica cuánto tiempo se quemará un laminado mientras está en llamas.
• Absorción de humedad: Representa la cantidad de humedad atmosférica que puede resistir un laminado. Sobre todo cuando sumergimos el laminado en agua. Sin embargo, este valor afecta las propiedades térmicas y dieléctricas del laminado.
• Resistencia al cloruro de metileno: Indica la resistencia química del laminado. Específicamente al diclorometano (o cloruro de metileno).

Propiedades Mecanicas

Producción automatizada de un módulo RAM que utiliza una PCB miniaturizada

• Fuerza de pelado: Se refiere a la fuerza de la unión que conecta las distintas capas del laminado.
• Resistencia a la flexión: Describe la capacidad del laminado para resistir la tensión física. Básicamente, es la resistencia a la tracción. Esencialmente, esta propiedad indica cuánto puede aplicar presión y doblar un laminado antes de que finalmente se rompa.
• Densidad: Se refiere a la masa o espesor del laminado.
• Tiempo de delaminación: Indica la cantidad de tiempo que un laminado puede soportar temperaturas por encima del umbral antes de que comience a deconstruirse.

Cómo seleccionar el material laminado de PCB

Una máquina perforando agujeros en una placa de circuito impreso

Cuando considere el material para su laminado eléctrico/PCB, hay algunas cosas a considerar además de las especificaciones técnicas o las propiedades. Otros aspectos que debe contemplar incluyen:

El Costo

Al seleccionar laminados de PCB, siempre se debe examinar primero el costo. Si bien puede parecer razonable obtener los materiales más caros, puede que no sea ideal para grandes producciones. Nuevamente, FR-4 es el material laminado de PCB más popular. Como tal, es el menos costoso de adquirir. Tiene una alta confiabilidad y es adecuado para PCB de una y varias capas. Si bien puede obtener e integrar materiales más costosos en sus diseños (como el oro), debe considerar un enfoque más pragmático. Recomendamos comprar tela que haga todo lo que necesita mientras le ahorra la mayor cantidad de dinero.

La calidad

Colección de tableros verdes para prototipos

La calidad se cruza ligeramente con el costo. Los materiales de alta calidad tienden a ser más caros. Sin embargo, aún puede lograr un equilibrio entre estos dos aspectos. Por lo tanto, debe obtener sus materiales de un mayorista o productor con reputación de vender telas de alta calidad a un precio razonable.

El fabricante de PCB

Soldado de hierro automatizado de una placa de circuito impreso

Al elegir los materiales para sus laminados que eventualmente se convertirán en su PCB, es mejor colaborar con un fabricante de PCB de confianza. Este fabricante debe tener mucha experiencia con los materiales que planea integrar en su laminado. El fabricante debe estar familiarizado con una variedad de estilos de tela y fibra de vidrio.

Además, deben ser capaces de validar sus diseños de PCB y la elección de materiales. Lo tenemos cubierto con nuestras fábricas modernamente equipadas desde la creación de prototipos hasta la producción en masa. Póngase en contacto con Wellpcb.com para todas sus necesidades de fabricación de PCB.

Resumen

PCB junto al material de blindaje

Antes de la llegada de las PCB, los fabricantes de dispositivos electrónicos tenían que depender de construcciones punto a punto y diseños de envoltura de cables. Es seguro decir que los PCB modernos hacen posible la electrónica actual. La eficacia de las placas de circuito impreso depende en gran medida del material que utilice. Como destaca la guía anterior, es por eso que los laminados y los materiales laminados son tan importantes. No obstante, esperamos que esta guía le haya resultado útil. Como siempre, gracias por leer.