La PCB, o placa de circuito impreso, se considera actualmente un componente fundamental en la industria electrónica. Se utiliza en todo tipo de dispositivos electrónicos pequeños, como calculadoras, para dispositivos, proyectos y máquinas de mayor envergadura.
La estructura de la placa PCB determina la gama de proyectos y dispositivos para los que es adecuada. Se basa en los tipos de materiales utilizados en la PCB, lo que facilita su uso en aplicaciones específicas.
Una placa de circuito impreso tablero estructura Tiene serigrafía, máscara de soldadura, cobre y sustrato. Sobre esto, se configuran las capas conductoras para las conexiones de los componentes.
Existen diferentes materiales utilizados para la creación de una placa PCB que definen el rendimiento, la vida útil y la calidad de los proyectos donde será utilizada.
Aquí analizaremos los diferentes tipos de materiales utilizados en las placas PCB, que presentan distintas características y afectan sus especificaciones. Comencemos.
¿Cuáles son los principales componentes de la PCB?
Aquí se enumeran los componentes principales de las placas PCB.
• Sustrato (Material Base)
• Capa de cobre
• Máscara para soldar
• Serigrafía
• Vía conductiva
No se puede negar la importancia de todos los componentes de la placa PCB, y cada uno tiene su importancia para el funcionamiento de la PCB.
Sustrato (Material Base)
Los materiales base generalmente vienen con resina epoxi y se emplean con una mezcla de láminas de cobre.
Los sustratos o materiales base de PCB son los componentes principales de la PCB, donde se configuran todos los demás componentes. Funcionan como base de los circuitos y proporcionan el soporte mecánico esencial para los componentes conectados a la placa.
Los diferentes materiales base tienen características que contribuyen a la fiabilidad y al buen rendimiento de la placa en los dispositivos conectados. Por lo tanto, el uso adecuado de los materiales base define el rendimiento preciso de la estructura de la placa.
Los materiales del sustrato también ayudan a determinar las características físicas de una placa. Por ejemplo, si se utilizan materiales rígidos para aumentar la durabilidad de la placa, una base flexible la hace flexible y se dobla fácilmente.
Capa de cobre
Se aplican capas de cobre a los materiales del sustrato. Según el tipo de placa PCB, el recubrimiento de cobre se aplica en una sola cara para placas de una sola cara y en placas de varias capas en más de una cara para placas de varias capas.
Estas capas de cobre se utilizan para hacer fluir señales eléctricas o corrientes entre diferentes componentes conectados en las placas, como transistores, diodos, inductores, etc. Después de recibir señales de estas capas, los componentes conectados realizan sus respectivas funciones.
Máscara para soldar
Una máscara de soldadura es una capa protectora de polímero que se aplica a las capas de cobre. Se conoce como LPISM o máscara de soldadura líquida fotoimaginable. Su función principal es proteger las capas de cobre de la interacción entre sí y evitar cortocircuitos.
Esta capa también protege las placas de diferentes factores ambientales, como la oxidación y la creación de puentes de soldadura.
Serigrafía
La serigrafía es una capa realizada con trazos de tinta que ayuda a encontrar diferentes conexiones de componentes, partes de placas, representaciones simbólicas de componentes y otros detalles de proyectos relacionados.
El otro nombre de la serigrafía es la nomenclatura de la placa. La serigrafía se aplica en el lado donde se conectan los componentes, pero en algunas placas, se puede ver en el lado de la soldadura.
Vía conductiva
Se aplican canales conductores de cobre a la superficie de la placa PCB en uno o ambos lados, según el diseño. Sobre los canales conductores se aplica una máscara de soldadura que protege los conductores de las agresiones ambientales.
¿Cuáles son los materiales de PCB más comunes?
Existen diferentes tipos de materiales para placas de circuito impreso (PCB) y para distintos requisitos del proyecto. Los materiales más comunes son:
FR-4
FR4 significa retardante de llama, un material común en placas PCB. Es un material económico con alta rigidez dieléctrica y propiedades de aislamiento.
FR4 es una lámina laminada de Epxoy reforzada con fibra de vidrio. Epxoy posee propiedades resistentes a la intemperie y retardantes de llama. Además, ofrece una alta resistencia a la tracción.
Con sus características rentables, es compatible con diferentes procesos de fabricación que se prefieren para la fabricación de tableros.
El valor de los factores de disipación de este material oscila entre 0.015 y 0.025, y la constante dieléctrica entre 4.2 y 4.8. Estos valores pueden variar según las técnicas de fabricación.
El valor de la temperatura de transición vítrea de este material es de 105-130 C.
Materiales de alta temperatura
Los materiales de alta temperatura, también conocidos como de alta Tg, están diseñados para soportar diferentes condiciones de temperatura. Se considera que un material es de alta temperatura si su valor de Tg es superior a 150 grados.
Los materiales de alta temperatura más utilizados para las placas de PCB son los sustratos cerámicos y las poliimidas.
El valor de temperatura máxima para el material de poliimida oscila entre 280 °C y 350 °C. Además, presentan coeficientes de expansión térmica más bajos que controlan la delaminación durante el ciclo térmico.
El aluminio y el nitruro de aluminio son materiales cerámicos que se utilizan para crear PCB. Presentan una alta conductividad térmica que facilita la disipación y reduce la generación de calor de los componentes conectados a la placa.
Materiales Flexibles
El objetivo principal de los materiales flexibles para la creación es su uso en aplicaciones donde las placas rígidas no ofrecen flexibilidad, manteniendo al mismo tiempo el rendimiento eléctrico. Por ello, los materiales flexibles se emplean en diversas aplicaciones, como la industria aeronáutica, los dispositivos médicos, etc. El material flexible más común es el poliéster.
El material de poliéster, también conocido como tereftalato de polietileno (PET), crea PCB ya que proporciona buenas características eléctricas y es resistente a la corrosión y la humedad.
Materiales de núcleo metálico
Se utilizan materiales de PCB con núcleo metálico en lugar de materiales FR4 para aplicaciones que requieren buenas características térmicas. Estos materiales tienen características que permiten controlar el calor generado durante el funcionamiento de diferentes componentes de alta potencia, como luces LED que generan calor durante su funcionamiento para controlar los efectos del calentamiento en los núcleos metálicos de las PCB.
El metal más comúnmente utilizado para las placas con núcleo metálico es el aluminio, pero en algunas aplicaciones también se utiliza el cobre. La principal ventaja del aluminio como sustituto del cobre es su bajo costo.
El núcleo metálico transporta el calor desde los componentes conectados críticos hacia zonas de baja temperatura. La superficie de las placas con núcleo metalizado incorpora capas de sustrato conductor, térmico y metálico.
Los principales tipos de PCB con núcleo metálico son
· MCPCB de una sola capa
· MAZORCA MCPCB
· MCPCB de doble capa
· MCPCB de doble cara
· MCPCB multicapa
¿Cuáles son las propiedades del material de PCB??
Aquí se enumeran las principales propiedades que se deben comprobar antes de seleccionar los materiales de la placa PCB.
Constante dieléctrica
La constante dieléctrica es un factor que define las características del material seleccionado para almacenar energía en forma de campo eléctrico.
El valor de Dk se muestra numéricamente. Este factor ha afectado el rendimiento eléctrico de la placa. Define el valor de la permitividad relativa del material utilizado para las PCB en función del vacío.
En proyectos de alta frecuencia se utiliza material con un valor dieléctrico bajo para una rápida propagación de señales.
El valor DK para diferentes materiales es el siguiente.
· FR4: 4.2 a 4.8
· Poliimida:3.2 a 3.6
· polímero de cristal líquido (LCP): 2.9.
Factor de disipación
Este factor explica las pérdidas de energía eléctrica del material y también se conoce como tangente de pérdidas. Explica el almacenamiento de energía del material. Este factor se considera para circuitos de RF. El valor del factor de disipación para materiales FR4 es de 0.015.
Conductividad térmica
La conductividad térmica de los materiales es un factor esencial para proyectos donde se utilizan componentes de alta potencia.
Dado que desafía la capacidad de los materiales para disipar el calor producido por los componentes conectados a bordo durante su funcionamiento, la unidad de medida de este factor es el vatio por metro kelvin (W/mk). Se denota como K o TC.
Es el factor principal que define las características de disipación de calor de la PCB. Un material con un valor de conductividad térmica alto disipará más calor y proporcionará un buen rendimiento a las placas.
La conductividad térmica del aluminio oscila entre 1 W/mK y 3 W/mK, por lo que presenta buenas características de temperatura. En comparación, el FR4 presenta una conductividad térmica baja, de aproximadamente 0.3 W/mK, lo que dificulta la disipación del calor.
Resistencia mecánica
Los materiales seleccionados para PCB deben tener algunas características mecánicas para su correcto funcionamiento, como la capacidad de soportar fácilmente condiciones de estrés, naturaleza flexible y rigidez.
Antes de seleccionar materiales, verifique que puedan soportar fácilmente golpes o vibraciones si se utilizan en aplicaciones donde se aplican altas presiones y fuerzas mecánicas.
CTE
El CTE es el coeficiente de expansión térmica de los materiales que presentan características al calentarse. El valor del CTE debe estar dentro de un rango limitado para evitar daños en los materiales, ya que si se expanden rápidamente con el aumento de temperatura, se dañarán.
Resistencia eléctrica
La capacidad de los materiales para soportar tensiones eléctricas. averías Se llama intensidad eléctrica. El valor de la intensidad eléctrica se mide en voltios.
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¿Cómo elijo el material de PCB adecuado?
Los materiales seleccionados para PCB cuentan con características adecuadas de gestión térmica, ya que esta característica es óptima para un funcionamiento más prolongado. Si los materiales seleccionados no se disipan correctamente, el calor afectará el funcionamiento de los componentes conectados y reducirá la eficiencia de los dispositivos. La mejor técnica para controlar el factor de calentamiento en las placas es utilizar disipadores de calor o materiales metálicos que puedan disipar el calor.
Costo material
El costo de fabricación de PCB se basa en los materiales seleccionados para la placa. El costo de los materiales depende del diseño de la placa y de sus capas. Si se utilizan materiales especiales para la fabricación de la placa, esto también aumentará el costo. El aumento en el número de capas de la placa también la encarece. Los materiales de alta frecuencia son caros. Sin embargo, intente usar materiales de buena calidad, lo que prolongará la vida útil de su proyecto y de los dispositivos conectados.
Técnicas de fabricación
Las técnicas de fabricación también son factores clave para utilizar un buen material para PCB. Existen dos técnicas comunes para la fabricación de PCB: tecnología de orificio pasante o tecnología de montaje superficial (SMT). Los materiales seleccionados deben ser compatibles con estos métodos para que ofrezcan una buena gestión de tensiones.
Las placas de circuito impreso (PCB) forman parte de casi todas las industrias del mundo y se utilizan para fabricar diversos tipos de proyectos y dispositivos. Por lo tanto, es fundamental mantener su fiabilidad. Para obtener placas de circuito impreso (PCB) fiables y duraderas, se necesitan materiales estándar y de alta calidad que satisfagan fácilmente los requisitos de las PCB para proyectos especiales. Se utilizan diferentes tipos de materiales en las PCB, como el FR4, el más común, y otros como la poliimida, el poliéster y algunos metales. Los materiales de calidad deben ofrecer un buen rendimiento térmico, características mecánicas y factores de disipación de calor, además de ser resistentes a diversas condiciones ambientales, como la oxidación y la corrosión. El material debe ser ecológico, inocuo para las personas y fácil de reciclar. La selección de materiales debe basarse en los requisitos del proyecto y del circuito.
