Selecionando a placa de circuito impresso ideal (PCB) material laminado é uma decisão crucial em qualquer projeto de design eletrônico. Este material pode ter um grande impacto em fatores como o desempenho do PCB, durabilidade, e custo. Com a grande variedade de materiais laminados disponíveis, pode ser difícil determinar qual opção é mais adequada para sua aplicação específica. Mas não se preocupe, neste blog, examinaremos alguns dos materiais mais comuns usados e discutiremos suas propriedades para ajudá-lo a tomar uma decisão informada.
O que é um laminado PCB?
Então, o que exatamente é um laminado PCB? O laminado de PCB é basicamente a camada de base não condutora sobre a qual o restante da placa de circuito impresso é construído.. Ele forma a base central que suporta todos os traços e componentes condutores de cobre que compõem a placa funcional. É feito de camadas de fibra de vidro tecidas que ficam grudadas, ou laminado, usando resina epóxi. Isso cria uma rigidez, material estável para a base do PCB.
O próximo passo é adicionar os traços condutores de cobre colando uma folha de cobre muito fina em um ou ambos os lados do material laminado.. O laminado de fibra de vidro-epóxi isola eletricamente os traços de cobre uns dos outros, ao mesmo tempo que fornece suporte mecânico e estrutura ao PCB.
Tipos de materiais laminados PCB
Existem muitos tipos de materiais laminados disponíveis para Fabricação de PCB. Os mais comuns incluem:
- FR-2
FR-2 é um laminado fenólico à base de papel. Consiste em camadas de papel impregnadas com resina fenólica e coladas sob calor e pressão. O FR-2 é uma das opções mais econômicas, mas possui propriedades mecânicas e elétricas relativamente pobres em comparação com outros materiais.. Pode absorver umidade e é limitado a baixa frequência, aplicativos de baixo desempenho.
- FR-3
FR-3 também é um laminado fenólico à base de papel, mas usa uma resina diferente que melhora a resistência à umidade. Possui estabilidade mecânica um pouco melhor que o FR-2, mas ainda é barato e adequado para aplicações de baixo desempenho., aplicações sensíveis ao custo.
- FR-4
O vidro epóxi FR-4 é o material de PCB mais comum e bem arredondado. Ele usa tecido de fibra de vidro em vez de papel, impregnado com resina epóxi. FR-4 oferece boa força física, resistência à temperatura, estabilidade química e propriedades de isolamento elétrico. É adequado para a maioria dos PCBs de uso geral.
- Epóxi de alta Tg
Alta Tg refere-se a epóxis com alta temperatura de transição vítrea. Eles exibem melhor desempenho térmico e mecânico em relação ao FR-4 padrão. Os epóxis de alta Tg são mais caros, mas necessários para placas em ambientes de alta temperatura.
- BT Epóxi
A resina BT é uma variante epóxi com baixíssima absorção de umidade. Fornece excelente estabilidade dimensional e desempenho de alta frequência. O epóxi BT é um dos melhores laminados de PCB para radiofrequência (RF) Pranchas. Contudo, também é mais caro que o FR-4 padrão.
- PTFE (Teflon)
PTFE (politetrafluoretileno) laminados à base de Rogers 4000 série usa Teflon como material base. PTFE tem extremamente baixo perda dielétrica, tornando-o ideal para micro-ondas e outras aplicações de alta frequência. Contudo, também é muito mais caro que o FR-4.
- Poliimida
O laminado de placa de circuito impresso de poliimida é o epítome da estabilidade em ambientes extremos. Sua excepcional resiliência térmica, resistência química, e a flexibilidade de alta densidade fazem dele a escolha preferida para aplicações avançadas em indústrias como a aeroespacial, automotivo, e eletroeletrônicos. Ideal para PCB multicamadas e placas de circuito rígido-flexíveis.
- CCL
CCL, ou Laminado revestido de cobre, é fabricado saturando resina com fibra de vidro de grau eletrônico ou materiais de reforço semelhantes, acoplado com uma camada de cobre em um dos lados ou em ambos. Os projetistas frequentemente escolhem o CCL para aplicações de circuitos de alta tensão devido ao seu excelente desempenho elétrico., fisica, e propriedades químicas.
- CEM-1, CEM-3
Os laminados CEM utilizam papel de celulose colado com resina epóxi. São alternativas de baixo custo ao FR-4 quando não é necessário alto desempenho. CEM-3 oferece melhor resistência à umidade que CEM-1.
Métodos de fabricação para diferentes laminados de PCB
Existem alguns processos de fabricação principais usados para fabricar placas de circuito impresso a partir de vários materiais laminados. O método mais adequado depende do tipo de laminado, complexidade do tabuleiro, e volume de produção.
- Perfurar e rotear
O método de perfuração e rota é o processo mais comum e flexível usado para produção de PCB de menor volume. Com este método, furos são perfurados através das camadas de cobre em locais precisos usando uma broca mecânica ou a laser. Uma fresadora então corta o contorno da placa do painel. Este processo funciona bem para todos os materiais laminados de PCB padrão, como FR-4, CCL, e laminados flexíveis comuns. O custo inicial do ferramental é baixo a moderado, tornando-o econômico para protótipos e placas de baixo volume.
- Soco e trituração
O método punch and crunch é adequado para produção de alto volume. Utiliza matrizes de punção de aço para fazer furos e recortes, em vez de perfurar. Os furos perfurados e os contornos ficam “triturado” fora do painel. Isso resulta em rendimento mais rápido e menor custo por placa em comparação com perfuração e roteamento. Contudo, o custo inicial do ferramental é alto devido às matrizes de punção personalizadas necessárias. O processo funciona bem para laminados rígidos padrão como FR-4, mas não é adequado para materiais flexíveis.
- Considerações para laminados avançados
Materiais laminados de PCB avançados como PTFE, PTFE com enchimento cerâmico, e epóxi de alta Tg exigem ajustes no processo de fabricação. As propriedades do material exigem alterações na furação, socando, roteamento, e parâmetros de laminação. Por exemplo, O PTFE é muito difícil de perfurar e requer brocas especializadas. As altas temperaturas e pressões observadas durante a laminação de materiais exóticos podem exigir o desenvolvimento de processos especiais.
Como escolher o laminado PCB certo?
- Considere a frequência operacional
A seleção do laminado de placa de circuito impresso apropriado começa com a avaliação da frequência operacional do seu circuito. Para frequências mais baixas até alguns gigahertz, laminados FR-4 padrão são suficientes. Contudo, para aplicações de RF e micro-ondas onde minimizar a atenuação do sinal é fundamental, laminados de baixa perda como PTFE são essenciais. A consideração cuidadosa da frequência operacional garante que seu circuito mantenha a integridade e o desempenho ideais do sinal.
- Avalie os requisitos térmicos
Compreender as demandas térmicas da sua aplicação é fundamental. Placas de circuito de alta potência necessitam de laminados com excelentes propriedades de condução de calor para dissipar o calor de forma eficaz. É crucial escolher um laminado com temperatura de transição vítrea (Tg) que excede a temperatura máxima de operação para evitar a degradação do material sob estresse térmico. O gerenciamento térmico adequado garante a confiabilidade a longo prazo dos seus componentes eletrônicos.
- Avalie tensões mecânicas
Diferentes aplicações impõem tensões mecânicas variadas aos PCBs. Placas flexíveis requerem laminados que sejam robustos e finos, permitindo a flexibilidade necessária sem comprometer a integridade estrutural. Em contraste, placas rígidas exigem laminados de alta resistência para suportar tensões mecânicas, garantindo que o circuito mantenha sua forma e função mesmo sob pressão. Adaptar o laminado aos requisitos mecânicos específicos garante a durabilidade do produto final.
- Considere as propriedades de absorção
As propriedades de absorção de umidade são cruciais, especialmente em ambientes de alta confiabilidade e propensos à umidade. Laminados com baixas taxas de absorção de umidade, como epóxi BT e PTFE, são vitais para prevenir inchaço ou delaminação. Essas propriedades melhoram a estabilidade e a confiabilidade do PCB, particularmente em condições úmidas ou molhadas, garantindo um desempenho consistente a longo prazo.
- Combine CTE com cobre e componentes
Alinhando o coeficiente de expansão térmica (CTE) do laminado com o cobre e outros componentes é essencial para a confiabilidade durante o ciclo de temperatura. CTE incompatível pode levar à delaminação ou falhas nas juntas de solda. Garantir a compatibilidade entre materiais minimiza o estresse durante variações térmicas, preservando a integridade do PCB e evitando possíveis pontos de falha.
- Fatore o custo
Equilibrar os requisitos de desempenho com as restrições orçamentárias é fundamental. Opções baratas, como papéis fenólicos, são adequadas para aplicações onde o custo é a principal preocupação, oferecendo desempenho básico. Laminados FR-4, amplamente utilizado em muitas aplicações, encontrar um equilíbrio entre custo e desempenho, tornando-os uma escolha popular para uma ampla gama de dispositivos eletrônicos.
- Verifique as capacidades de processamento de laminado
Considere as capacidades de processamento do laminado, incluindo resistência de união para laminação, capacidade de perfuração para criar furos, e roteabilidade para precisão durante processos de modelagem. Garantir que o material escolhido esteja alinhado com os processos de fabricação garante fabricação e montagem perfeitas, reduzindo a probabilidade de defeitos e garantindo a produção eficiente de PCBs de alta qualidade.
- Consulte o fabricante do PCB
Por último, a colaboração com o fabricante do seu PCB é inestimável. Tecnologia MOKO, com rico conhecimento e experiência na indústria de PCB, pode fornecer recomendações personalizadas com base em seus requisitos específicos. Ajudamos os clientes a escolher o material laminado adequado, garantindo que suas placas de circuito atendam às especificações desejadas e tenham desempenho confiável sob as condições operacionais pretendidas.
Pensamentos finais
O laminado PCB constitui a base de toda a placa, então a seleção de materiais tem impactos em cascata no desempenho, confiabilidade, e custo. O vidro epóxi FR-4 oferece as melhores propriedades gerais para aplicações gerais. Os laminados à base de papel oferecem opções de baixo custo quando o desempenho é menos crítico. Para RF exigente, térmico, ou requisitos mecânicos, laminados especializados estão disponíveis, mas a preços mais elevados. A colaboração entre designers e parceiros de fabricação é fundamental para navegar pelas diversas opções de laminados disponíveis e selecionar o material ideal para cada aplicação. Com o laminado PCB certo, você pode construir uma placa de circuito impresso que atenda às suas necessidades específicas em termos de eletricidade, térmico, e propriedades mecânicas, otimizando custos.
