Laminação de PCB: Uma introdução aos materiais e processos

A laminação de PCB é uma etapa crítica na Fabricação de PCB, que envolve “sanduíche” uma camada central contendo o circuito entre folhas de material laminado de placa de circuito impresso. A laminação adequada é essencial para criar uma PCB durável que possa suportar tensões mecânicas e térmicas durante sua vida útil.

Então, o que exatamente é laminação de PCB e por que isso é importante? Laminação refere-se ao processo de colagem permanente de folhas de material isolante, conhecidos como laminados, às camadas condutoras de cobre através da aplicação de calor e pressão. Isto forma um placa multicamadas com o circuito selado com segurança dentro. A laminação de PCB é importante porque fornece rigidez estrutural e protege o cobre do meio ambiente, ao mesmo tempo que isola entre camadas condutoras para evitar curtos-circuitos.

Neste guia para iniciantes, exploraremos os diferentes tipos de laminados usados ​​em PCBs, siga o processo de laminação passo a passo, e examinar os principais fatores a serem considerados ao selecionar laminados. Vamos começar!

Diferentes tipos de laminados de placas de circuito impresso

Existem vários tipos de materiais laminados usados ​​para as camadas de isolamento em uma PCB. Alguns dos mais comuns incluem:

• Laminado FR-4

O material laminado mais comum usado hoje é o FR-4, uma resina epóxi reforçada com fibra de vidro. Este material oferece um bom equilíbrio de desempenho, custo, e disponibilidade. O reforço de fibra de vidro tecido proporciona rigidez mecânica e resistência à placa. O sistema de resina epóxi confere propriedades de isolamento elétrico e une as camadas quando curadas.

Os laminados de placas de circuito FR-4 estão disponíveis em muitos fabricantes em uma variedade de tramas de vidro, conteúdo de resina, e pesos. Propriedades elétricas como constante dielétrica pode ser ajustado ajustando a química da resina. A relativa acessibilidade e versatilidade do FR-4 o tornam adequado para muitas aplicações gerais em placas de circuito..

• CEM-1laminado

Para aplicações mais sensíveis ao custo, Os laminados CEM-1 podem ser usados ​​como uma alternativa de menor custo ao FR-4. CEM-1 utiliza resina epóxi composta reforçada com papel de celulose em vez de fibra de vidro.

Como as fibras do papel de celulose não são tão fortes quanto a fibra de vidro, CEM-1 reduziu propriedades mecânicas. Também absorve mais umidade. Mas o custo dos materiais é substancialmente menor, proporcionando alguma economia de custos de PCB quando os requisitos de desempenho são menos exigentes.

• Poliimidalaminado

Filmes de poliimida como Kapton proporcionam excelente estabilidade térmica e resistência química. Isso os torna adequados para aplicações de PCB flexíveis. A flexão repetida de circuitos requer laminados robustos. Os filmes de poliimida podem suportar temperaturas muito altas, com temperaturas de transição vítrea acima de 300°C. Esta resistência ao calor permite que circuitos flexíveis à base de poliimida sejam aplicados em ambientes de alta temperatura. Aplicações comuns incluem eletrônica em sistemas aeroespaciais.

• Alta frequência/alta velocidade

Laminados especializados de placas de circuito impresso projetados para desempenho elétrico ideal são usados ​​em alta frequência PCB e PCB digital de alta velocidade. Propriedades importantes como constante dielétrica e tangente de perda são minimizadas para manter a integridade do sinal em velocidades mais rápidas.

Materiais laminados comuns de alta frequência/alta velocidade incluem PTFE (Teflon) compósitos reforçados com fibras de microvidro. Misturas de PTFE com enchimento cerâmico também são usadas. As propriedades dielétricas precisas podem ser adaptadas para aplicações específicas.

• Laminado revestido de metal

Os laminados revestidos de metal têm finas camadas de metal como cobre ou alumínio ligadas a um ou ambos os lados do substrato dielétrico. Isto permite a criação de PCBs de núcleo metálico, que têm a camada de metal no centro para espalhar e dissipar o calor.

Os laminados revestidos de alumínio fornecem a mais alta condutividade térmica para dissipação de calor. Laminados revestidos de cobre também têm boas propriedades térmicas. Essas placas baseadas em metal são ideais para eletrônicos de alta potência onde o gerenciamento térmico é crítico.

Explicação passo a passo do processo de laminação de PCB

1. Preparação da superfície

Este processo envolve a limpeza completa dos painéis, enxaguando-os com água purificada, eliminando superfícies de cobre corroídas e impressões digitais, e remoção de resíduos

2. Micro-gravação

Em micro-gravação, uma folha de cobre que foi previamente revestida é oxidada com ácido. Este método garante uniformidade na camada de cobre e preserva áreas específicas, como pads e rotas, essencial para transmitir sinais elétricos, sem expô-los durante o processo.

3. Tratamento da superfície

Utilizando um banho de óxido preto, os PCBs passam por um meticuloso tratamento de superfície, melhorando a adesão da resina epóxi e evitando efetivamente problemas de delaminação.

4. Empilhamento de camadas internas

Neste ponto do processo, um operador organiza cuidadosamente as camadas internas e pré-impregnados na sequência correta e une-os suavemente usando a máquina de rebitagem.

5. Montagem Full Stack

A pilha montada é imprensada entre folhas de cobre e placas de aço inoxidável. As placas de aço evitam empenamento e danos durante a laminação. Esta montagem completa vai para a prensa de laminação.

6. Laminação de PCB

O conjunto sanduíche entra em uma prensa de laminação hidráulica aquecida. Sob calor e pressão, as camadas pré-impregnadas amolecem e fluem enquanto o epóxi cura. Isso une as camadas em uma placa de circuito laminada sólida. A laminação de PCB normalmente leva 1 para 2 horas sob calor e pressão.

7. Resfriamento

Após laminação, o conjunto curado se move para uma prensa de resfriamento. O resfriamento sob pressão evita o desenvolvimento de empenamentos e tensões internas à medida que as temperaturas caem.

8. Detaching

As placas de aço inoxidável são destacadas da placa laminada quando esta atinge a temperatura ambiente. Isso expõe as camadas externas da folha de cobre.

9. Alinhamento de furos

Os raios X verificam o alinhamento do furo da camada interna após a laminação. Qualquer mudança durante o processo de colagem de alta pressão é detectada. Os furos são rebarbados e fresados ​​até que todas as camadas sejam realinhadas, garantindo conectividade confiável entre camadas de PCB.

Fatores a serem considerados ao escolher o laminado para placa de circuito

Com uma abundância de opções de laminado, é importante selecionar o material certo com base nos requisitos do produto e nas considerações de design da PCB:

Controle de Qualidade - Exigir que os fornecedores forneçam documentação de que seus laminados usam os materiais corretos e atendem a todas as especificações. Review test reports and quality certs to confirm boards will meet performance needs.Dielectric Constant – The propagation speed of signals on a PCB laminate and impedance control are influenced by the dielectric constant. Uma constante dielétrica reduzida facilita a transmissão rápida do sinal em projetos de alta velocidade.

Loss Tangent – At high frequencies, a tangente de perda determina quanto sinal é perdido devido à absorção no material laminado. Um valor mais baixo na tangente de perda melhora a integridade geral do sinal, minimizando a perda de sinal.

Thermal Conductivity – It represents how quickly heat moves through the laminate. Uma maior condutividade térmica promove uma dissipação eficaz do calor dos componentes quentes da placa, garantindo a regulação ideal da temperatura.

Coeficiente de expansão térmica (CTE) – This coefficient signifies the laminate’s expansion with each degree rise in temperature. O alinhamento do CTE entre as camadas laminada e de cobre atenua as tensões térmicas, aumentando a estabilidade do PCB.

Temperatura de transição do vidro (Tg) – Tg marks the point where the laminate transitions from a rigid to a softened state. Para evitar danos por superaquecimento, a Tg deve ultrapassar a temperatura máxima de operação da PCB em pelo menos 50°C, garantindo que a placa permaneça estruturalmente intacta.

Resistividade superficial- Verifique se a resistividade da superfície do laminado está dentro do ideal 103 para 109 faixa de megaohms por metro quadrado. Umidade e temperatura afetam os valores. Selecione laminados que atendam aos requisitos mesmo sob condições ambientais esperadas.

Pensamentos finais

A laminação de PCB pode parecer apenas um detalhe de fabricação, mas é um processo fundamental na fabricação de PCB. Usar os materiais laminados corretos para placas de circuito e seguir procedimentos cuidadosos de laminação ajuda a produzir materiais confiáveis, placas de circuito de alto desempenho. Para obter os melhores resultados, faça parceria com um fabricante com experiência na seleção de laminados, juntamente com processos de laminação de última geração. Com o básico abordado neste guia para iniciantes, agora você está pronto para se aprofundar e considerar a laminação como parte integrante de seu próximo design de PCB. Para mais perguntas, sinta-se livre para entre em contato com nosso especialista em PCB.