Um guia abrangente para pré-impregnado de PCB

Prepreg, abreviação de fibras compostas pré-impregnadas, é um material essencial na fabricação de placa de circuito impresso multicamadass. Contudo, muitas vezes é esquecido em comparação com mais visível Componentes PCB como vestígios de cobre e máscara de solda. Este artigo levantará o véu sobre esta parte vital da construção de placas multicamadas. Exploraremos o que é pré-impregnado, como é feito, principais propriedades dos materiais, Tipos comuns, considerações de espessura, e mais. Continue lendo para obter uma melhor compreensão do pré-impregnado de PCB!

O que é pré-impregnado em PCBs?

O pré-impregnado consiste em um tecido fino de fibra de vidro que foi pré-impregnado com um sistema de resina epóxi especialmente formulado. A resina é parcialmente curada para formar uma camada pegajosa, material de folha sólida chamado pré-impregnado de estágio B. Isso permite que a resina flua e se ligue quando laminada, sem estar totalmente curado e sólido. As folhas pré-impregnadas são empilhadas alternadamente com camadas de folha de cobre. A disposição multicamadas é laminada sob calor e pressão, fazendo com que a resina pré-impregnada flua e una as camadas em uma placa laminada sólida. O pré-impregnado fornece excelentes propriedades dielétricas e adesão entre as camadas do circuito. E porque o pré-impregnado tem uma espessura precisa, permite PCBs com distâncias de camada dielétrica rigorosamente controladas.

Como são feitos os pré-impregnados?

1. Selecionando e preparando o material de reforço: O reforço é normalmente um tapete ou tecido de fibra de vidro tecido. Precisa ser limpo e preparado para garantir a devida adesão e impregnação com resina.
2. Misturando o sistema de resina: O sistema de resina normalmente consiste em uma resina epóxi, agentes de cura, catalisadores, retardadores de chamas, e outros aditivos. Esses componentes são medidos e bem misturados.
3. Impregnando o reforço: A mistura de resina é usada para impregnar o reforço de vidro tecido, normalmente mergulhando o tecido na resina ou usando um processo como revestimento termofusível. Isso permite que a resina penetre totalmente na trama.
4. Cura parcial: O material impregnado passa então por uma etapa de cura parcial, muitas vezes usando calor. Este estágio B da resina, o que significa que não está totalmente curado, mas está pegajoso, Estado sólido.
5. Tratar: O pré-impregnado pode passar por tratamentos adicionais, como prensagem para obter espessura consistente ou adição de películas protetoras.
6. Embalagem: O pré-impregnado é normalmente colocado em camadas entre filmes ou papéis de liberação, e pode ser cortado em folhas ou rolos. Isso protege o material e facilita o manuseio.
7. Armazenar: Os pré-impregnados são armazenados congelados ou refrigerados para evitar cura adicional antes do uso em Fabricação de PCB. Isso mantém sua vida útil.
8. Usar: Quando estiver pronto para fabricação de PCB, as camadas pré-impregnadas estão descongeladas, laminado com folhas de cobre, e totalmente curado sob calor e pressão.

Propriedades de materiais pré-impregnados de PCB

Os materiais pré-impregnados possuem diversas propriedades que determinam seu desempenho e aplicabilidade:

Resin System – The epoxy formulation controls key characteristics like resin Tg, constante/perda dielétrica, estabilidade térmica, absorção de umidade, e eixo Z CTE. Os sistemas populares incluem FR-4, alta Tg, e sem halogênio.

Fiberglass Weave – Standard 106 e 7628 estilos de vidro fornecem o melhor equilíbrio de propriedades. Tecidos mais apertados melhoram o desempenho de puncionamento, mas reduzem a carga de resina.

Resin Content – Typically in the 45-55% faixa. Maior teor de resina proporciona melhor enchimento, mas aumenta a constante dielétrica. Menor teor de resina auxilia na perfuração.

Filler particle size and loading – Fillers like silica reduce the CTE but increase dielectric constant and loss. Partículas maiores melhoram o fluxo de laminação, enquanto as menores reduzem a precipitação do material de enchimento.

Drape and Tack – Controllable properties that determine prepreg handling and layer-to-layer registration.

Flow/Fill – The melt viscosity during lamination impacts filling performance, especialmente em recursos finos.

Tipos de pré-impregnado de PCB

• Pré-impregnado FR4

FR-4 é o padrão, material pré-impregnado de uso geral usado para a maioria da fabricação de PCB. Emprega uma resina epóxi bromada reforçada com fibra de vidro tecida que oferece um bom equilíbrio de facilidade de processamento, estabilidade dimensional, Performance térmica, propriedades dielétricas, e custo. O pré-impregnado FR-4 tem uma temperatura típica de transição vítrea na faixa de 130-140°C.

• Pré-impregnado de alta Tg

O pré-impregnado de alta Tg utiliza sistemas especializados de resina epóxi para atingir temperaturas de transição vítrea de 170°C ou superiores, atendendo às demandas de PCBs de alta confiabilidade usados ​​na indústria aeroespacial, defesa, e outros ambientes extremos. As resinas altamente estáveis ​​termicamente resistem à soldagem, anelamento, e outros processos até 230-290°C. Os pré-impregnados de alta Tg proporcionam melhor desempenho térmico e mecânico, mas a um custo mais elevado do que o FR-4 padrão.

• Pré-impregnado sem halogênio

Os pré-impregnados sem halogênio utilizam sistemas de resina que não contêm bromo ou outros halogênios que podem gerar subprodutos perigosos quando queimados. Os sistemas populares de resina sem halogênio incluem bismaleimida triazina (BT) epóxi, éster cianato, e epóxi modificado. Os pré-impregnados sem halogênio proporcionam benefícios ambientais, mas também custos mais elevados e processamento mais complexo em comparação com o FR-4 padrão.

• Pré-impregnado de alta velocidade

O pré-impregnado de alta velocidade usa sistemas de resina projetados para obter propriedades dielétricas estáveis ​​e baixa perda dielétrica para desempenho confiável de alta frequência. Os sistemas de resina comuns incluem éter de polifenileno (EPI) misturas e fluoropolímeros que obtêm constantes dielétricas sob 3.5. Pré-impregnado de alta velocidade permite projetos de PCB para RF, microondas, alta taxa de dados, e outras aplicações exigentes.

Como escolher o certo PCB Material pré-impregnado?

Com tantas opções de pré-impregnado, é vital combinar as propriedades do material com os requisitos da aplicação:

Signal Integrity – Low Dk and Df prepregs will enable higher speed signals with reduced loss and dispersion. Certifique-se de que a tolerância de impedância esteja dentro das especificações.

Thermal Management – If high thermal stability is needed, escolha um pré-impregnado com um sistema de resina de alta Tg. Isso permite montagem sem chumbo e confiabilidade sob ciclos de temperatura.

Environment – Halogen-free prepregs prevent emissions of dangerous substances like dioxins when burned but cost more than standard FR-4.

Stackup – Thinner prepreg allows tighter vertical traces and vias. Padrão 106 o vidro funciona bem enquanto é mais apertado 7628 tramas podem ajudar com geometrias muito finas.

CTE – Adding more layers stresses plated through holes, portanto, o pré-impregnado CTE mais baixo ajuda a evitar rachaduras no barril. Isso se equilibra contra um aumento da constante dielétrica.

Cost – While other prepregs provide the ultimate in performance, o padrão FR-4 será completamente adequado para muitas aplicações a um custo menor.

Espessura do pré-impregnado de PCB e seu impacto

As espessuras do pré-impregnado normalmente variam de 0.002 polegadas (2 mils) até 0.025 polegadas (25 mils). A tendência tem sido em materiais mais finos para permitir linhas e espaços mais finos, vias menores, e controle de impedância mais rígido. Alguns impactos principais da espessura do pré-impregnado:

Dielétricos mais finos permitem geometrias de roteamento mais estreitas. 0.002” o pré-impregnado permite 2/2 linha/espaço versus 4/4 com material de 0,004”.

Dielétricos mais finos reduzem a perda de sinal, mas a confiabilidade da microvia pode se tornar problemática abaixo de 0,003”.

Padrão 0,014”-0.020”Os pré-impregnados funcionam bem para amplo controle de impedância e isolamento de alta tensão.

Pré-impregnados mais espessos acima de 0,020” fornecem maior tensão de ruptura através de intervalos mais amplos. Permite poupar o uso de camadas intermediárias mais caras.

Resumindo, a espessura do pré-impregnado exerce compensações entre custo, geometrias de projeto, e desempenho elétrico. Como sempre, escolha a espessura do pré-impregnado apropriada para cada aplicação específica, em vez de arbitrariamente.

Conclusão

Os materiais pré-impregnados são uma parte complexa, mas crítica do Design de PCB e processo de fabricação. Como exploramos, fatores como tipo de resina, estilo fibra de vidro, retardadores de chamas, e muito mais, todos contribuem para a eletricidade do pré-impregnado, mecânico, e propriedades térmicas. Embora possa parecer um material preto opaco, a seleção inteligente de pré-impregnado permite que os engenheiros ajustem empilhamentos de PCB para desempenho ideal.

A variedade de tipos de pré-impregnados disponíveis é vasta, portanto, colaborar com parceiros de fabricação experientes é inestimável. A MOKO Technology tem experiência para orientar os clientes na escolha do pré-impregnado certo para otimizar empilhamentos. Contacte-nos hoje para aproveitar mais conhecimento pré-impregnado.