PCB de poliimida vs.. FR4 PCB: Qual é a diferença?

PCB de poliimida e FR4 PCB são dois dos tipos de PCB usados ​​​​mais comuns. Embora ambos sejam substratos poliméricos adequados para PCBs, A poliimida e o FR4 possuem, cada um, suas próprias características distintas que os tornam mais apropriados para determinadas configurações do que para outras.. Neste blog, explicamos suas principais diferenças e fornecemos insights sobre como escolher entre elas. Vamos continuar lendo.

Diferenças entre PCB de poliimida e PCB FR4

1. Tipos de cobre

A maioria das placas FR4 usa folhas de cobre eletrodepositadas com uma estrutura de grão vertical otimizada para placas rígidas. As poliimidas usam mais comumente cobre recozido laminado projetado especificamente para suportar flexões repetidas sem fadiga do metal ou rachaduras. A orientação do grão de cobre também corresponde ao eixo flexível para máxima durabilidade.

2. Construção

FR4 é feito de resina epóxi, camadas de fibra de vidro tecida, e cobre. O número de camadas de fibra de vidro determina a espessura total. As fibras são saturadas com epóxi e depois curadas com as camadas de cobre sob calor e pressão para formar a placa rígida. Em contraste, placas de poliimida contêm apenas polímero plástico de poliimida e cobre. A poliimida é moldada nas folhas de cobre na forma líquida, então totalmente curado para um sólido, estado flexível.

3. Faixas de espessura

O reforço de fibra de vidro limita a espessura do FR4 que pode ser fabricado. As espessuras comuns variam de 2 mil para 125 mils. Sem fibra de vidro, poliimidas podem ser feitas como filmes finos de 1/2 mil para 3 milímetros de espessura. Isto permite extremamente fino, construções flexíveis ideais para aplicações de flexão dinâmica.

4. Flexibilidade

As placas de poliimida são altamente flexíveis, o que os torna adequados para aplicações que exigem dobras ou modelagens repetidas para caber em espaços específicos. Sua extrema flexibilidade permite geometrias complexas impossíveis de serem alcançadas com placas FR4 tradicionalmente rígidas. A mobilidade é melhorada e a instalação dentro de produtos com restrições de espaço torna-se mais simples em comparação com o FR4.

5. Absorção de umidade

O FR4 à base de epóxi absorve muito pouca umidade ambiental, em volta 0.2-0.5% do peso total. Em contraste, a poliimida pode absorver até 2% umidade por peso. Isso não afeta o desempenho dos circuitos de poliimida, mas a umidade absorvida deve ser removida por um processo de cozimento antes da montagem para evitar danos causados ​​pela rápida expansão do vapor e delaminação problemas durante operações de soldagem.

6. Tolerância ao Calor

A poliimida tem uma temperatura operacional máxima muito mais alta que o FR4, classificado para uso contínuo até 300°C. Resiste melhor à degradação pelo calor ao longo do tempo. Isto significa que as placas de poliimida sobrevivem a longo prazo em ambientes quentes. A condutividade térmica também é o dobro das placas padrão reforçadas com vidro.

Leitura adicional: Um guia abrangente para condutividade térmica do FR4

7. Resistência química

Além do desempenho térmico, placas de poliimida fornecem resistência química e à corrosão superior à FR4. Sua matriz polimérica robusta protege contra combustíveis, óleos, solventes por períodos de tempo consideravelmente mais longos. Sem componentes suscetíveis como epóxi ou fibras de vidro, a poliimida resiste a soluções químicas mais concentradas sem se degradar.

8. Durabilidade sob estresse

A resistência à vibração e a resistência à tração são significativamente maiores em placas de poliimida. A flexibilidade evita fraturas causadas por choques físicos que comprometem a integridade das placas rígidas de vidro epóxi. A poliimida mantém melhor a confiabilidade mecânica e elétrica ao longo de milhares de ciclos de dobra, bem como vibração contínua.

A tabela a seguir lista alguns dados específicos para comparar mais claramente as diferenças entre FR4 PCB e Poliimida PCB:

Tipos de PCB Propriedades	FR4 PCB	Poliimida PCB
Condutividade térmica	0.25 W / mK	0.2 W / mK
Constante dielétrica (no 1 GHz)	4.25-4.55	~3,4 a 3.8
Fator de dissipação (no 1 GHz)	0.016	0.003
Resistência ao Arco	125 s	143 s
Gravidade Específica	1.8 - 1.9	1.3 para 1.4
Absorção de água	0.2-0.5%	1-2%
Resistência à tracção	70-90 MPa	200-300 MPa
Temperatura transitória do vidro (Tg)	130-140° C	>250° C

PCB de poliimida e PCB FR4: Como escolher?

A escolha entre usar um PCB FR4 ou um PCB de poliimida depende principalmente da aplicação e de seus requisitos específicos:

As placas FR4 seriam a melhor escolha para:

• Aplicações sensíveis ao custo onde não é necessária alta durabilidade. FR4 é a opção mais barata.
• Circuitos digitais de baixa frequência que não geram muito calor. O FR4 suporta temperaturas moderadas até cerca de 100°C.
• Placas rígidas para produtos onde a flexibilidade não é necessária. O reforço de fibra de vidro torna as placas FR4 dimensionalmente estáveis, mas não flexíveis.

Placas de poliimida seriam preferíveis para:

• Circuitos flexíveis/rígidos-flexíveis que devem dobrar dinamicamente durante o uso. PCB de poliimida tem excelente vida flexível e resistência à fadiga.

Conheça as diferenças entre PCB flexível e rígido-flex, ler "Rigid Flex PCB vs. PCB flexível”

• Circuitos analógicos de alta frequência. A poliimida tem menor constante dielétrica e perda para melhor integridade do sinal.
• Eletrônicos para ambientes extremos expostos a altas temperaturas acima de 150°C. A poliimida sobrevive acima de 250°C.
• Produtos com testes de confiabilidade como vibração, choque, umidade, ou entrada de poeira. Placas de poliimida são mais robustas.
• Eletrônicos de missão crítica que exigem a maior durabilidade com o menor risco de falha. Aeroespacial e militar favorecem poliimidas.

Em essência, escolha o FR4 econômico para aplicações básicas de interconexão sem requisitos especiais, enquanto as poliimidas atendem a demandas extremas que necessitam de máxima resiliência física e resistência ambiental.

Palavras Finais

Avaliando os contrastes entre esses dois materiais em fatores como tolerância ao calor, durabilidade, e a resistência mecânica é fundamental para determinar a seleção ideal para um projeto eletrônico com base em suas demandas e condições operacionais específicas. Uma análise cuidadosa das especificações de aplicação juntamente com os respectivos perfis de propriedades da Poliimida e do FR4 permite uma chamada de material informada que atende aos objetivos e restrições exclusivos em jogo. Com uma compreensão das compensações envolvidas, os engenheiros podem se sentir confiantes ao especificar o Substrato PCB que melhor atenderá às suas necessidades e funcionará conforme pretendido no dispositivo ou sistema de destino.