PCB, ou placa de circuito impresso, é hoje considerada um bloco de construção na indústria eletrônica. Ela utiliza todos os tipos de pequenos componentes eletrônicos, como calculadoras, para dispositivos, projetos e máquinas de maior porte.

A estrutura da placa PCB determina a gama de projetos e dispositivos para os quais ela é adequada. Ela se baseia nos tipos de materiais utilizados na PCB, o que facilita o uso das placas em aplicações específicas.

Um PCB borda estrutura possui serigrafia, máscara de solda, cobre e substrato. Sobre elas, camadas condutoras são configuradas para conexões de componentes.

Existem diferentes materiais usados ​​para a criação de uma placa PCB que definem o desempenho, a vida útil e a qualidade dos projetos onde ela será utilizada.

Aqui, discutiremos os diferentes tipos de materiais usados ​​em placas de circuito impresso (PCB), que possuem diferentes características e afetam as especificações das placas. Vamos começar.

Quais são os principais componentes do PCB?

Os principais componentes das placas PCB estão listados aqui.

  .  Substrato (Material Base)

  .  Camada de cobre

  .  máscara de solda

  .  Silkscreen

  .  Caminho condutor

A importância de todos os componentes da placa PCB não pode ser negada, e cada um tem sua importância para o funcionamento da PCB.

 Substrato (Material Base)

Os materiais de base geralmente vêm com resina epóxi e são empregados com uma mistura de folha de cobre.

Substratos ou materiais de base de PCB são os principais componentes do PCB, onde todos os outros componentes do PCB são configurados. Eles funcionam como a base dos circuitos e fornecem suporte mecânico essencial para os componentes conectados na placa.

Diferentes materiais de base possuem características que ajudam a tornar a placa confiável e com bom desempenho em dispositivos conectados. Portanto, o uso adequado dos materiais de base define o desempenho preciso da estrutura da placa.

Os materiais do substrato também ajudam a identificar as características físicas de uma placa. Por exemplo, se materiais rígidos forem usados ​​para aumentar a durabilidade da placa, uma base flexível torna a placa flexível e pode dobrar facilmente.

 Camada de cobre

Camadas de cobre são aplicadas aos materiais do substrato. De acordo com os tipos de placas de PCB, o revestimento de cobre é aplicado em placas de face única em um lado e em placas com múltiplas camadas em mais de um lado.

Essas camadas de cobre são usadas para fluir sinais elétricos ou correntes entre diferentes componentes conectados em placas, como transistores, diodos, indutores, etc. Depois de receber sinais dessas camadas, os componentes conectados executam suas respectivas funções.

 máscara de solda

Uma máscara de solda é uma camada protetora de polímero aplicada a camadas de cobre. É conhecida como LPISM (máscara de solda fotoimaginável líquida). Sua principal função é proteger as camadas de cobre da interação entre si e isolá-las de causar curtos-circuitos.

Essa camada também protege as placas de diferentes fatores ambientais, como oxidação e criação de pontes de solda.

 Silkscreen

Serigrafia é uma camada feita com traços de tinta que ajuda a encontrar diferentes conexões de componentes, partes de placas, representações simbólicas de componentes e outros detalhes de projetos relacionados.

O outro nome para serigrafia é a nomenclatura da placa. A serigrafia é aplicada no lado onde os componentes são conectados, mas em algumas placas, pode ser vista no lado da solda.

 Caminho condutor

Caminhos condutores de cobre são aplicados à superfície da placa PCB em um ou ambos os lados, de acordo com o projeto. Sobre os caminhos condutores, é aplicada uma máscara de solda, que protege os condutores de quaisquer fatores ambientais.

Quais são os materiais comuns de PCB?

Existem diferentes tipos de materiais usados ​​para placas de circuito impresso (PCBs) e requisitos de projeto. Os materiais mais comumente usados ​​são:

 FR-4

FR4 significa retardante de chamas, um material comumente usado em placas de circuito impresso (PCB). É um material de baixo custo e possui alta rigidez dielétrica e características de isolamento.

FR4 é uma chapa laminada Epxoy reforçada com fibra de vidro, que possui características de resistência às intempéries e retardante de chamas. Além disso, oferece alta resistência à tração.

Com seus recursos de baixo custo, ele é compatível com diferentes processos de fabricação preferidos para a fabricação de placas.

O valor dos fatores de dissipação para este material é de cerca de 0.015 a 0.025, e o valor da constante dielétrica é de 4.2 a 4.8. Esses valores podem variar dependendo das técnicas de fabricação.

O valor da temperatura de transição vítrea deste material é de 105-130 C.

 Materiais de alta temperatura

Materiais de alta temperatura, também conhecidos como Tg alta, são feitos para lidar com diferentes condições de temperatura. O tipo de material utilizado é considerado de alta temperatura se o valor de Tg for superior a 150 graus.

Os materiais de alta temperatura mais comumente usados ​​para placas de PCB são substratos cerâmicos e poliimidas.

O valor de alta temperatura para o material de poliimida é de cerca de 280 °C a 350 °C. Eles também apresentam menores coeficientes de expansão térmica, o que controla a delaminação no momento do ciclo térmico.

Alumínio e nitreto de alumínio são materiais cerâmicos usados ​​na criação de PCBs. Possuem alta condutividade térmica, o que contribui para uma dissipação eficaz e para a baixa geração de calor pelos componentes conectados na placa.

 Materiais Flexíveis

O principal objetivo dos materiais flexíveis para criação é a utilização em aplicações onde placas rígidas não oferecem flexibilidade, mantendo o desempenho elétrico. Portanto, os materiais flexíveis são utilizados em diferentes aplicações, como na indústria aeronáutica, em dispositivos médicos, etc. O material flexível mais comum é o poliéster.

O material de poliéster, também conhecido como Polietileno Tereftalato (PET), cria PCBs porque oferece boas características elétricas e é resistente à corrosão e à umidade.

 Materiais de núcleo metálico

Materiais de PCB com núcleo metálico são utilizados em vez de materiais FR4 para aplicações que exigem boas características térmicas. Esses materiais possuem características para lidar com o calor gerado durante a operação de diferentes componentes de alta potência na placa, como luzes LED que produzem calor durante as operações para lidar com os efeitos de aquecimento nos núcleos metálicos de PCB utilizados.

O metal mais comumente usado para placas de núcleo metálico é o alumínio, mas em algumas aplicações, o cobre também é usado. A principal utilidade do alumínio como substituto do cobre é seu baixo custo.

O núcleo metálico transfere o calor dos componentes críticos conectados para as áreas de baixo aquecimento. A superfície das placas de núcleo metalizado possui camadas condutoras, térmicas e de substrato metálico.

Os principais tipos de PCBs de núcleo metálico são

·   MCPCB de camada única

·   COB MCPCB

·   MCPCB de camada dupla

·   MCPCB dupla face

·   MCPCB multicamadas

Quais são as propriedades do material PCB?

As principais propriedades que devem ser verificadas antes de selecionar os materiais da placa PCB estão listadas aqui.

Constante Dielétrica

A constante dielétrica é um fator que define as características do material selecionado para armazenar energia na forma de um campo elétrico.

O valor de Dk é mostrado em forma numérica. Este fator afeta o desempenho elétrico da placa. Ele define o valor da permissividade relativa do material utilizado para PCBs com base no vácuo.

Material com baixo valor dielétrico é usado em projetos de alta frequência para propagação rápida de sinal.

O valor DK para diferentes materiais é o seguinte.

·   FR4: 4.2 a 4.8

·   Poliimida: 3.2 a 3.6

·   polímero de cristal líquido (LCP): 2.9.

Fator de Dissipação

Este fator explica as perdas de energia elétrica do material e também é conhecido como tangente de perdas. Ele explica o armazenamento de energia do material. Este fator é considerado para circuitos de RF. O valor do fator de dissipação para materiais FR4 é 0.015.

Condutividade térmica

A condutividade térmica dos materiais é um fator essencial para projetos onde são utilizados componentes de alta potência.

Como ele desafia a capacidade dos materiais de dissipar o calor produzido pelos componentes conectados a bordo no momento do funcionamento, Watts por metro-kelvin (W/mk) é a unidade de medida desse fator. É denotado como K ou TC.

É o principal fator que define as características de dissipação de calor da PCB. O material com alto valor de TC dissipará mais calor e proporcionará um bom funcionamento às placas.

A condutividade térmica do alumínio é de cerca de 1 W/mK a 3 W/mK, o que lhe confere boas características de TC. Em comparação, o FR4 apresenta baixa condutividade térmica, de cerca de 0.3 W/mK, o que dificulta a dissipação de calor.

Resistência Mecânica

Os materiais selecionados para PCB devem ter algumas características mecânicas para um funcionamento adequado, como capacidade de lidar facilmente com condições de estresse, natureza flexível e rigidez.

Antes de selecionar os materiais, verifique se eles podem suportar facilmente choques ou vibrações caso sejam usados ​​em aplicações onde são aplicadas altas pressões e forças mecânicas.

CTE

CTE é o coeficiente de expansão térmica de materiais que apresentam características quando aquecidos. O valor de CTE deve estar dentro de uma faixa limitada para evitar danos aos materiais, pois se os materiais se expandirem rapidamente com o aumento da temperatura, eles serão danificados.

Força elétrica

A capacidade dos materiais de lidar com a eletricidade separação é chamada de rigidez dielétrica. O valor da rigidez dielétrica é medido em volts.

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Como escolher o material de PCB adequado?

Os materiais selecionados para PCB possuem recursos adequados de gerenciamento de calor, pois essa característica é ideal para trabalhos mais longos. Se os materiais selecionados não forem dissipados adequadamente, o calor afetará o funcionamento dos componentes conectados e reduzirá a eficiência dos dispositivos. A melhor técnica para controlar o fator de aquecimento em placas é usar dissipadores de calor ou materiais metálicos selecionados que possam dissipar calor.

Custo material

O custo de fabricação de PCBs é baseado nos materiais selecionados para a placa. O custo dos materiais é baseado no design da placa e nas diversas camadas. Se houver tipos especiais de materiais usados ​​na criação da placa, isso também aumentará o custo. O número crescente de camadas na placa também a torna mais cara. Materiais de alta frequência são caros. Mas tente usar bons materiais, que ajudarão seu projeto e os dispositivos conectados a durar mais.

Técnicas de Fabricação

As técnicas de fabricação também são os principais fatores para o uso de um bom material para PCB. Existem duas técnicas comuns utilizadas na fabricação de PCB: tecnologia through-hole ou tecnologia de montagem em superfície (SMT). Os materiais selecionados devem ser compatíveis com esses métodos para que ofereçam bons recursos de gerenciamento de tensões.

As placas de circuito impresso (PCBs) agora fazem parte de quase todas as indústrias do mundo e são usadas para fabricar diferentes tipos de projetos e dispositivos. Portanto, a confiabilidade das PCBs deve ser mantida. Para placas de circuito impresso (PCBs) confiáveis ​​e duráveis, são necessários materiais padronizados e de alta qualidade que possam atender facilmente aos requisitos de PCB para projetos especiais. Diferentes tipos de materiais são utilizados em PCBs, como o FR4, o mais comum, e outros como poliamida, poliéster e alguns metais. Materiais de qualidade devem possuir características que proporcionem bom desempenho térmico, características mecânicas e fatores de dissipação de calor, além de serem capazes de lidar com diferentes condições ambientais, como oxidação e corrosão. O material deve ser ecologicamente correto, não prejudicial aos seres humanos e facilmente reciclável. A seleção dos materiais deve ser baseada nos requisitos do projeto e do circuito.