Las PCB de poliimida son materiales especiales que se distinguen por sus características particulares en entornos hostiles, en comparación con otros materiales. Al someterse a altas temperaturas, estas PCB presentan estabilidad a largo plazo, ya que su estructura tiende a mantenerse intacta. Por lo tanto, son ideales para aplicaciones que requieren tensión o deformación mecánica.
La poliimida es uno de los polímeros más útiles, ya que soporta tensiones mecánicas extremas, como la tensión física, así como la exposición química y térmica. Estas cualidades las hacen ideales para la industria automotriz y aeroespacial, donde se buscan altas prestaciones de resistencia. La electrónica automotriz casi siempre requiere estabilidad al someterse a ciclos térmicos extremos y repetidos. Para estas aplicaciones, la poliimida demuestra un rendimiento excepcional.
Las PCB flexibles de poliimida también tienen la ventaja adicional de ser utilizadas en aplicaciones flexibles y rígido-flexibles. Generalmente, se fabrican a partir de materiales de base de plástico de polímero de poliimida con acentuación de cobre, lo que permite máxima resistencia y flexibilidad al mismo tiempo.
¿Qué es la PCB de poliimida?
Las placas de circuito impreso de poliimida se fabrican con este material debido a sus superiores propiedades mecánicas y térmicas. Estas placas son más resistentes que los materiales comúnmente utilizados, como el FR-4. Esto hace que las PCB de poliimida sean más fiables en las condiciones extremas que se dan en la electrónica utilizada en la industria aeroespacial, la automoción e incluso en cirugías médicas.
Estos tipos de PCB se dividen en tres categorías principales: rígidos, flexibles y rígido-flexibles. Los PCB rígidos de poliimida son extremadamente resistentes, por lo que se utilizan donde se requiere rigidez y durabilidad. Los PCB flexibles de poliimida están diseñados para doblarse y torcerse para adaptarse a aplicaciones pequeñas, como dispositivos médicos portátiles. Por su parte, los rígido-flexibles combinan diseños versátiles y complejos, diseñados para dispositivos de comunicación potentes.
Tipos de PCB de poliimida
Los PCB de poliimida vienen en diferentes formas, lo que proporciona versatilidad:
Poliimidas puras
Las poliimidas de segunda generación (poliimida pura) se utilizan cada vez más debido a su durabilidad y características ecológicas. No emiten retardantes de llama bromados, lo que las hace menos tóxicas y más ecológicas. Estas poliimidas son reconocidas por su capacidad para soportar temperaturas muy altas y mantener su forma en entornos estresantes. Esta propiedad las convierte en los materiales predilectos para su uso en industrias como la aeroespacial y la sanitaria, donde el calor es extremo.
Poliimidas de tercera generación
Estas poliimidas avanzadas son más duraderas y flexibles que sus predecesoras. Son más adecuadas para aplicaciones flexibles de alta resistencia, como las de las industrias aeroespacial, automotriz y de telecomunicaciones, gracias a su mayor resistencia a la humedad y al calor.
Poliimidas de bajo flujo
Las poliimidas de bajo flujo se desarrollaron para controlar el flujo de resina en la fabricación de placas durante el ensamblaje de PCB para diseños más complejos, como PCB multicapa rígido-flexibles. También son ideales para aplicaciones mecánicas sometidas a tensiones altas y continuas, como las industrias aeroespacial y automotriz, gracias a su alta resistencia térmica y a la abrasión.
Poliimidas Rellenas
Estos se componen de diversos materiales, como partículas cerámicas, óxidos metálicos y fibras de vidrio, que mejoran la resistencia, la resistencia térmica y el rendimiento eléctrico de las poliimidas. Estas poliimidas son ideales para entornos extremos y aplicaciones que implican señales de alta frecuencia. Su uso es común en las industrias aeroespacial, automotriz e incluso sanitaria, ya que son fiables para PCB de alto rendimiento en una amplia gama de industrias.
Ventajas y desventajas de los PCB de poliimida
Las placas de circuito impreso (PCB) de poliimida se fabrican utilizando un compuesto de materiales reconocidos por su flexibilidad, alta resistencia térmica y robustez. Su núcleo es la poliimida, un polímero que soporta temperaturas extremas sin perder su estructura. Por lo tanto, las placas de poliimida ofrecen un rendimiento mucho mejor que las placas FR-4 tradicionales, fabricadas con fibra de vidrio, resina epoxi y placas de poliimida.
Una característica distintiva de las PCB de poliimida es su capacidad para soportar temperaturas extremadamente altas, un factor de disipación (Df) y un alto nivel de estrés físico. Esto es especialmente cierto en industrias como la aeroespacial, la automotriz e incluso la electrónica de consumo. En el sector aeroespacial, estas placas pueden soportar calor y radiación intensos manteniendo su integridad. En la electrónica de consumo, su ligereza y flexibilidad suponen una gran ventaja.
Sin embargo, es fundamental elegir los materiales adecuados para cada aplicación específica. Esto es especialmente cierto en entornos críticos, donde una combinación incorrecta puede provocar fallos. Por ejemplo, en aplicaciones de alta temperatura, como las fuentes de alimentación, que requieren poliimidas debido a su superior resistencia térmica en comparación con otros polímeros. Además, el grosor del cobre es crucial para la capacidad de corriente y la calidad de la señal. Incluso el adhesivo entre las capas, al cortarse, puede afectar la flexibilidad y la durabilidad de la placa.
Materiales de PCB de poliimida
Propiedades del material de PCB de poliimida
En comparación con otros tipos, las PCB de poliimida ofrecen una estabilidad dimensional excepcional y una mayor fiabilidad. Sus propiedades físicas les permiten ser flexibles y a la vez lo suficientemente resistentes para artículos sometidos a muchos movimientos o condiciones adversas.
• Flexibilidad: Desde tecnología portátil hasta dispositivos plegables, no sorprende que estos PCB puedan fabricarse en cualquier forma que se desee.
• Resistencia al calor: Adecuadas para usos aeroespaciales y automotrices, estas PCB pueden estar expuestas a temperaturas de hasta 572 grados Fahrenheit.
• Durabilidad: Estos PCB demuestran tener una vida útil más prolongada incluso en entornos industriales o médicos hostiles porque son resistentes a daños mecánicos y químicos.
• Rendimiento eléctrico: La poliimida es un potente aislante que previene fallos eléctricos y garantiza una rápida transferencia de señales. Esto la convierte en una excelente opción para aplicaciones que requieren alta frecuencia, como radares y equipos de telecomunicaciones.
Comparación con otros materiales de PCB como FR4
Los PCB de poliimida tienen diferencias significativas en comparación con los PCB FR4:
Costo: Las placas de poliimida de igual espesor siguen siendo más caras que las placas FR4 debido a la mayor demanda de sus propiedades.
Flexibilidad: La poliimida tiene un mejor rendimiento que el FR4 en todas las aplicaciones que implican movimiento debido al hecho de que las poliimidas son más flexibles que la rigidez del FR4.
Resistencia termica: Las poliimidas no tienen límites de temperatura. Pueden utilizarse en condiciones extremas, mientras que el FR4 solo tolera temperaturas moderadas.
En conclusión, los PCB de poliimida son la opción preferida para aplicaciones de alta flexión y temperatura, mientras que el FR4 es el que mejor funciona manteniendo la rigidez a un menor costo.
Tipos de materiales de PCB de poliimida
Al igual que otros polímeros, los materiales de PCB de poliimida se pueden clasificar según la composición de su cadena principal:
Poliimidas aromáticas: Se utilizan en la industria aeroespacial y en satélites debido a su resistencia y excepcional estabilidad térmica..
Poliimidas alifáticas: Son ideales para dispositivos ópticos debido a su alta transparencia.
Según la inclusión de aditivos, los materiales de poliimida PCB se pueden clasificar según sus propiedades:
Fibras de vidrio: Estos aumentan la resistencia mecánica, por lo que son beneficiosos para entornos de alto estrés.
Partículas cerámicas: Estos mejoran la conductividad térmica, lo cual siempre es necesario para dispositivos de alta potencia.
La selección del tipo y los aditivos adecuados permite que la PCB tenga características de rendimiento específicas deseadas, ya sea que esté destinada a un dispositivo portátil flexible o a una máquina industrial de alta potencia.
PCB de poliimida frente a PCB FR4
¿Qué es el material FR4 para PCB?
El FR4 es uno de los materiales más utilizados en la fabricación de placas de circuito impreso (PCB). Es relativamente económico y posee una resistencia notable. Es un material compuesto formado por resina, epoxi de alta tolerancia térmica y tejido de fibra de vidrio. Además, es autoextinguible. Las siglas "FR" en FR4 significan "retardante de llama". Su uso es amplio debido a su resistencia, capacidad aislante y resistencia a temperaturas moderadas.
Poliimida vs. FR4
Las comparaciones de PCB de poliimida y FR4 las hacen destacar debido a sus claras ventajas y casos de uso ideales:
Resistencia al calor: Las PCB de poliimida pueden tolerar temperaturas superiores a 500 °C, por lo que se utilizan en aplicaciones aeroespaciales y automotrices. El FR4 tolera temperaturas inferiores a 284 °C, lo que puede ser perjudicial en algunos entornos operativos de alta temperatura.
Flexibilidad: Las PCB de poliimida son preferibles para dispositivos electrónicos portátiles y wearables debido a su flexibilidad y resistencia al agrietamiento por flexión y torsión. Los diseños versátiles no son posibles con las PCB FR4 debido a su rigidez.
Costo: El costo de una PCB FR4 es menor que el de una PCB de poliimida debido a sus bajos costos de material y fabricación. Sin embargo, las PCB de poliimida ofrecen un rendimiento superior en entornos extremos.
Resistencia química: Los materiales de poliimida presentan una alta resistencia a la degradación química, lo que permite su uso en entornos industriales extremos. El FR4 ofrece una resistencia química moderada, útil pero no tan robusta como la poliimida.
Funcionamiento eléctricoUna de las características más destacadas de las PCB de poliimida es su aislamiento eléctrico, que, junto con la rápida transmisión de señales, les permite funcionar en aplicaciones de alta frecuencia y alta potencia. El FR4 ofrece un rendimiento eléctrico fiable para otros usos estándar, pero podría carecer de aplicaciones tecnológicamente avanzadas.
En resumen, la elección entre PCB de poliimida y FR4 depende en gran medida del caso de uso específico. Para aplicaciones de alto rendimiento, flexibles y resistentes al calor, las PCB de poliimida son la primera opción, mientras que las PCB FR4 se utilizan cuando se requiere rentabilidad y rendimiento.
Poliamida vs. Poliimida
¿Qué es el material de poliamida?
La poliamida es el término utilizado para una clase de polímeros sintéticos conocidos simplemente como nailon. Es un compuesto que se aplica en numerosos sectores, desde tejidos hasta componentes industriales. La poliamida es fuerte, resistente al desgarro y muy duradera. Su producción implica la polimerización de ácidos dicarboxílicos y las diaminas asociadas.
Poliimida vs Poliamida
La poliimida y la poliamida son dos clases distintas de polímeros de alto rendimiento, pero difieren estructuralmente entre sí en muchos aspectos; entre ellos están sus características, usos y métodos de fabricación:
Composición química:
La poliimida se sintetiza a partir de los grupos imida, lo que proporciona una fuerte estabilidad térmica y una alta resistencia a los productos químicos.
La poliamida está formada por grupos amida y es bien conocida por su resistencia mecánica; sin embargo, tiene una resistencia al calor más débil que la poliimida.
Estabilidad térmica:
La poliimida también es un copolímero más resistente al calor y se utiliza en campos donde se experimentan temperaturas extremas (por encima de 500 F, 260 C).
La poliamida generalmente puede soportar temperaturas dentro del rango de 180-250 F (82-121 C).
Propiedades mecánicas:
La poliamida es un material resistente, de alta resistencia y con buena resistencia a la fluencia, y por lo tanto es ideal en aplicaciones más estresantes en casos como el aeroespacial y la electrónica.
La poliamida es algo flexible; por lo tanto, generalmente se utiliza en textiles, piezas de automóviles e incluso productos de consumo.
Aplicaciones:
La poliimida, por otro lado, se encuentra principalmente en la producción de circuitos flexibles, películas aislantes y piezas que operan a altas temperaturas.
La poliamida se encuentra en tejidos, piezas de automóviles, aislantes eléctricos y contenedores de alimentos.
Costo:
El coste de la poliimida está siempre por encima de la media debido a las características particulares que tiene y a la forma en que se fabrica.
La poliamida es más asequible para artículos de gama baja o media que tienen una gran demanda entre la población general.
Proceso de fabricación de PCB de poliimida
Preparación del sustrato
En el proceso de fabricación de PCB de poliimida, el primer paso consiste en preparar el sustrato. Se limpian y cortan películas delgadas de poliimida, generalmente en rollos, a los tamaños adecuados. Es importante lavar bien el sustrato para eliminar cualquier aceite, suciedad o residuos que puedan afectar negativamente la calidad de la PCB final. En este paso, también puede ser necesario un tratamiento o activación superficial para lograr la correcta unión de las siguientes capas.
Tratamiento de superficies
El tratamiento superficial ayuda a aumentar la adhesión entre el sustrato de poliimida y las capas metálicas. La adherencia de las láminas metálicas puede mejorarse mediante este proceso, que puede lograrse mediante tratamiento con plasma o grabado químico. En ocasiones, se aplica previamente una resina o adhesivo a la superficie para mejorar la unión con las capas de cobre u otros metales.
Metalización
Durante la metalización, el sustrato de poliimida se recubre con una fina capa de metal (generalmente cobre). Esto se suele realizar mediante pulverización catódica o galvanoplastia. La capa metálica de una PCB actúa como conductor. El espesor de la capa metálica varía según la aplicación y el diseño de la PCB.
Imágenes y patrones
La creación de imágenes y patrones implica cargar el diagrama esquemático del circuito impreso (PCB) sobre el sustrato de poliimida metalizado. La superficie metálica se recubre con fotorresistencia, que posteriormente se expone a la luz ultravioleta mediante una fotomáscara con el diseño del circuito. Las zonas expuestas de la fotorresistencia se vuelven rígidas y las no expuestas permanecen solubles. Posteriormente, la fotorresistencia no expuesta se puede lavar para revelar el patrón metálico para circuitos eléctricos.
Máquinas de acabado
La última fase consiste en el acabado de la PCB de poliimida para que cumpla con todas las especificaciones necesarias. Esto incluye el grabado del exceso de metal, el lavado de la placa y la aplicación de recubrimientos.
Las PCB de poliimida pueden someterse a otros procesos, como el chapado en oro o incluso la aplicación de máscaras de soldadura a las pistas metálicas para protegerlas de la oxidación y la abrasión. Finalmente, se inspecciona visualmente la placa para detectar cualquier tipo de defecto y se pueden realizar otras pruebas, como pruebas de conductancia, para confirmar su correcto funcionamiento y seguridad.
Aplicaciones de PCB de poliimida
Aplicaciones basadas en el consumidor
Actualmente, muchos productos electrónicos de consumo están adoptando PCB de poliimida debido a su flexibilidad, estabilidad térmica y robustez. Estas placas son cruciales en sistemas donde el espacio y el peso son limitados y se requieren circuitos compactos de alto rendimiento. Entre estos se incluyen teléfonos móviles, portátiles y cámaras.
Placas de circuito de poliimida en la industria automotriz
En el sector automovilístico, las placas de circuito impreso (PCB) de poliimida son de gran relevancia para las tecnologías más sofisticadas de sistemas ADAS, vehículos eléctricos (VE) y sistemas de propulsión eléctricos. Los materiales de poliimida poseen características únicas.
Este atributo, junto con la capacidad de la poliimida para soportar altas temperaturas, la hace perfectamente adecuada para los motores de las unidades de control, sensores y sistemas eléctricos.
Equipos de diagnóstico y tratamiento médico
Gracias a su biocompatibilidad, los PCB se utilizan ampliamente en equipos de diagnóstico y terapia. Pueden integrarse en equipos de resonancia magnética, marcapasos, audífonos y bombas de infusión. El rendimiento crítico de los PCB de poliimida a altas temperaturas y humedad es indispensable para el sistema de salud, donde la alta fiabilidad y precisión son esenciales para la seguridad de los pacientes.
Aplicaciones militares y aeroespaciales
Las placas de circuito impreso (PCB) de poliimida tienen una amplia aplicación en las industrias militar y aeroespacial, gracias a su gran fiabilidad y buen rendimiento en entornos hostiles. Las placas de circuito impreso (PCB) de poliimida se utilizan en satélites, aviónica, radares y dispositivos de comunicación militar. Son capaces de soportar altos niveles de radiación, temperaturas extremas y la tensión mecánica asociada a los equipos espaciales y de defensa. Su ligereza permite su uso en diseños que requieren un peso mínimo en la tecnología aeroespacial, lo que facilita el despegue de los aviones.
Conclusión
Las PCB de poliimida se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, desde la industria aeroespacial hasta dispositivos médicos, que requieren un alto rendimiento y fiabilidad, además de soportar entornos extremos. Las PCB de poliimida destacan por su robustez y flexibilidad, además de ser resistentes a altas temperaturas y entornos extremos.
Comprender sus características junto con los materiales FR4 le ayudará a tomar mejores decisiones. Las PCB de poliimida han demostrado repetidamente su valor en la tecnología de sistemas modernos o en unidades de alto rendimiento.
