Informações sobre o material de PCB de poliimida (FR4 vs. PCB de poliamida)

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• O que é material de PCB de poliimida/poliamida?
• Quando deve ser usado?
• O que é material de PCB FR4?
• Quais são as aplicações do FR4?
• Por que escolher poliimida/poliamida em vez de FR4?
• Onde posso obter PCBs de poliimida/poliamida?

Muitas empresas que usam placas de circuito impresso se contentam em usar o material FR4 padrão para suas placas. As placas FR4 são acessíveis e eficazes para muitas aplicações. No entanto, as placas FR4 não são o único tipo de material de placa de circuito impresso disponível. Alguns outros tipos de placa podem ser mais apropriados para determinadas aplicações.

Um tipo de material de placa que você pode considerar é a poliimida. Pode haver algumas propriedades de material de PCB de poliimida que se encaixam bem com as aplicações de placa para sua indústria. Se você está começando a usar placas de circuito impresso, será útil saber qual material é melhor antes de começar a encomendá-las.

Se você não tem certeza se os PCBs de poliimida/poliamida podem ser adequados para você, continue lendo para saber mais sobre as propriedades dessas placas e como elas podem afetar suas aplicações.

O que é material de PCB de poliimida/poliamida?

As poliimidas, também conhecidas como poliamidas, são polímeros que consistem em monômeros de imida. Este grupo diversificado de polímeros inclui vários materiais, tanto naturais como sintéticos. Por exemplo, as poliamidas naturais incluem seda e lã. Na fabricação de PCBs, no entanto, as poliamidas usadas para bases de placas são produzidas sinteticamente em massa.

As poliimidas sintéticas são produzidas pela polimerização de várias substâncias químicas que contêm estruturas de imida. Mais comumente, o processo usa bismaleimidas e anidrido maleico. Os diferentes produtos químicos e aditivos utilizados no processo podem produzir resultados variados, criando vários tipos de poliimidas que oferecem diversas vantagens. Alguns exemplos estão listados abaixo:

• Poliimidas puras: As poliimidas puras, também conhecidas como poliimidas de 2ª geração, são produzidas sem retardadores de chama bromados e outros aditivos. Como resultado, eles são mais estáveis ​​termicamente e resistentes à temperatura do que muitas das alternativas atuais.
• Poliimidas de 3ª geração: Essas poliimidas incluem aditivos que melhoram a resistência à inflamabilidade, o que pode ajudar a prevenir incêndios elétricos. Embora esses tipos de poliimidas tendam a ser menos estáveis ​​termicamente, eles oferecem melhores tempos de produção devido às temperaturas e tempos mais baixos necessários para a cura.
• Poliimidas Preenchidas: Os sistemas de poliimida preenchidos consistem em poliimida e um enchimento. A poliimida produz a resistência térmica e a flexibilidade necessárias, mas o enchimento ajuda a reduzir o encolhimento da resina, o que ajuda a minimizar a formação de trincas durante os processos de cura e perfuração.
• Poliimidas de baixo fluxo: Essas poliimidas consistem em várias resinas e restritores de fluxo que reduzem a flexibilidade do material.

Com o tempo, espera-se que mais variações de poliimida se tornem populares. Por exemplo, poliimidas de 4ª geração estão atualmente em desenvolvimento, o que melhoraria a adesão da folha de cobre e a sensibilidade à umidade, bem como a estabilidade geral.

Quando deve ser usado?

Os produtos de poliimida estão em alta demanda em toda a indústria, principalmente devido à flexibilidade e resistência do material. No entanto, esta não é a única razão pela qual as poliamidas são favorecidas.

Ao escolher um material base de PCB, é essencial escolher o material mais adequado para a aplicação. A poliamida pode ser sua melhor escolha se sua aplicação exigir as seguintes características de PCB:

• Excelente flexibilidade: O material de poliimida é mais comumente usado para produzir placas de circuito impresso flexíveis e rígidas porque o material é excepcionalmente flexível.
• Excelente resistência à tração: Apesar de sua flexibilidade, os materiais de poliimida são muito fortes e resistentes à deformação. Isso o torna uma excelente opção para qualquer aplicação que possa exigir alguma durabilidade física.
• Muito estável termicamente: As poliimidas são extremamente estáveis ​​em uma ampla faixa de temperaturas. Eles podem suportar a operação em temperaturas normalmente inóspitas de até 260 graus Celsius. Além disso, eles têm boa condutividade térmica e também podem resistir a danos térmicos durante os processos de fabricação e reparo.
• Resistente a produtos químicos: As poliimidas são quimicamente estáveis, o que significa que podem ser expostas a uma variedade de produtos químicos corrosivos sem efeitos negativos. Isso é crucial em aplicações que incluem exposição a esses produtos químicos.
• Altamente durável: Além de serem resistentes ao calor e produtos químicos, os PCBs de poliimida são altamente resistentes ao estresse físico. Eles manterão sua forma independentemente das condições físicas e térmicas aplicadas a eles, tornando-os ideais para aplicações que envolvem ambientes agressivos e reparos em campo.

Além dessas propriedades, as poliimidas têm as propriedades elétricas necessárias para criar um ótimo material de base para PCB.

Quais são as aplicações do material de poliamida PCB?

As poliamidas, naturais e sintéticas, são usadas em uma ampla gama de aplicações. Esses materiais podem ser encontrados em veículos, roupas e produtos de consumo. O mais notável, no entanto, é seu uso em placas de circuito impresso. Especificamente, as placas de poliamida são usadas para criar PCBs flexíveis e rígidos, que ganharam popularidade nos últimos anos e devem expandir sua participação de mercado entre 2017 e 2027.

As placas flexíveis e rígidas de poliamida encontraram uma ampla gama de aplicações na indústria de PCB. Alguns exemplos incluem:

• Eletrônica de computador: Ambientes de computador, especialmente laptops, exigem certa flexibilidade e durabilidade para suportar o estresse físico do uso diário. Além disso, os ambientes nos quais os PCBs de computador operam podem se tornar excepcionalmente quentes. Os PCBs flexíveis e rígidos de poliamida são ideais nesses ambientes, em grande parte devido à sua flexibilidade, durabilidade e estabilidade térmica.
• Eletrônica Automotiva: Os automóveis modernos dependem muito da eletrônica e geralmente usam PCBs flexíveis para lidar com as vibrações e o calor que geralmente ocorrem dentro de um veículo.
• Eletrônicos de consumo: Eletrônicos de consumo, incluindo smartphones e tablets, geralmente são feitos com PCBs flexíveis ou rígidos devido ao estresse do uso diário. PCBs flexíveis estão sendo desenvolvidos para potenciais futuros eletrônicos de consumo, como tablets e smartphones flexíveis.
• Eletrônicos da indústria médica: Muitas aplicações médicas exigem certa flexibilidade na eletrônica usada, especialmente no caso de implantes, próteses e tecnologia de imagem, que tendem a exigir mais movimento.
• Eletrônica militar e aeroespacial: Aplicações aeroespaciais e militares tendem a preferir materiais de poliamida para PCBs por sua confiabilidade, estabilidade térmica e flexibilidade. Isso se deve tanto aos estressores físicos envolvidos nessas indústrias quanto à necessidade frequente de reparos em campo, para os quais outros materiais são menos adequados.

Em suma, a poliamida é altamente desejável para uma ampla gama de aplicações principalmente devido à sua flexibilidade, resistência, durabilidade e capacidades térmicas.

O que é material de PCB FR4?

FR4 é um dos substratos mais comuns para PCBs. No entanto, FR4 não se refere verdadeiramente a um tipo de material - em vez disso, refere-se a um grau de material. O FR em FR4 significa “resistente a chamas” e vem de um sistema de classificação desenvolvido pela National Electrical Manufacturers Association, ou NEMA. Este grau indica que o material está em conformidade com o padrão UL94V-0.

Embora o termo FR4 não descreva verdadeiramente um material, os materiais de grau FR4 são tipicamente fibra de vidro laminada. Esses materiais são produzidos fundindo materiais de vidro bruto e extrudando-os em filamentos de fios de fibra. O fio de fibra é então tecido e revestido com resina e um agente de acoplamento para melhorar a adesão. Uma vez que todos os materiais aderem uns aos outros, a placa é laminada com folha de cobre antes de entrar no processo de fabricação de PCB.

Os materiais de grau FR4 podem ser divididos em subclasses, dependendo de suas propriedades específicas. Alguns exemplos são descritos com mais detalhes abaixo:

• Padrão: As placas FR4 padrão são feitas de um tipo específico de fibra de vidro com maior teor de bromo, o que melhora as qualidades de resistência ao fogo do material.
• Transição de vidro alta: A transição vítrea, ou Tg, é a temperatura na qual uma fibra de vidro se torna instável. Embora as placas FR4 padrão tenham um valor de Tg relativamente baixo, placas de Tg altas estão disponíveis, oferecendo valores de Tg substancialmente mais altos e resistência térmica aprimorada.
• Sem halogênio: As placas FR4 sem halogênio são feitas sem bromo, que é um halogênio que pode ser tóxico para os seres humanos. Embora o bromo beneficie as qualidades de resistência a chamas das placas FR4, as placas sem halogênio geralmente são necessárias para aplicações que envolvem interação humana.

Como o FR4 é uma classe e não um material específico, os valores de uma placa FR4 específica podem variar de acordo com o fabricante. Embora eles normalmente caiam dentro de uma faixa esperada, a condutividade térmica, resistência à flexão, absorção de água e dureza provavelmente diferirão de placa para placa.

Quando deve ser usado?

O FR4 é considerado o material PCB padrão para a grande maioria das aplicações. No entanto, é importante considerar todos os fatores de sua aplicação antes de decidir sobre um material em detrimento de outro. A seguir estão algumas das principais qualidades do FR4 a serem consideradas antes de escolhê-lo como material:

• Relação força/peso: PCBs que exigem boa resistência mecânica geralmente usam FR4 por sua relação resistência-peso. Devido às múltiplas camadas e materiais envolvidos na produção do material FR4, oferece excelente resistência.
• Versatilidade: O FR4 pode ser usado como substrato para uma variedade de tipos de placas, incluindo placas de circuito impresso de face única, dupla face e multicamadas.
• Resistente a produtos químicos: O FR4 é resistente a uma ampla variedade de produtos químicos e à maioria dos tipos de corrosão. Além disso, este material não absorve água tanto quanto outros materiais, incluindo poliamidas.
• Estabilidade dimensional: As placas FR4 mantêm sua forma muito bem, tornando-as uma ótima opção para qualquer aplicação com peças mais delicadas.
• Ótimo isolante elétrico: O FR4 é um isolante elétrico bem conhecido e possui excelentes propriedades elétricas que o tornam uma boa escolha para muitas aplicações de PCB.

Além dos fatores acima, as placas FR4 são muito baratas de produzir, resultando em custos gerais de produção mais baixos. No entanto, é importante observar que as placas FR4 padrão oferecem apenas condutividade térmica limitada — as placas FR4 podem ter problemas para dissipar o calor e se tornar instáveis ​​em temperaturas mais altas.

Quais são as aplicações do FR4?

Devido ao seu status como material padrão para engenheiros, o FR4 é usado em todo o mundo para uma variedade de aplicações diferentes. Algumas dessas aplicações incluem o seguinte:

• Inscrições da Diretoria do DC: A grande maioria das placas DC são completadas com FR4 devido ao seu baixo custo, excelente desempenho e acessibilidade.
• Aplicativos de baixa frequência: As placas FR4 são comumente usadas em aplicações de baixa frequência devido ao seu baixo custo e comparabilidade com outros materiais. Embora o FR4 não seja ideal para aplicativos de alta frequência acima de 2 GHz, é uma boa opção para aplicativos de baixa frequência que exigem funcionalidade sem custos excessivos.
• Aplicativos digitais: O FR4 é uma opção muito boa para muitas aplicações digitais.

Essas aplicações podem ser encontradas em uma variedade de indústrias, desde as indústrias de eletrônicos comerciais e de consumo até projetos militares e aeroespaciais. No entanto, é importante observar que o FR4 não é recomendado para projetos de alta frequência, que estão se tornando cada vez mais comuns.

Por que escolher poliimida/poliamida em vez de FR4?

Ao escolher entre usar Poliimida e FR4, você pode ficar tentado a escolher o FR4 puramente por causa do custo e acessibilidade desse material comum de placa. No entanto, fazer uma escolha com base no custo é uma escolha ruim, especialmente quando os dois materiais oferecem benefícios funcionais muito diferentes.

Se você está considerando poliamida e FR4, lembre-se dos seguintes benefícios da poliamida:

• Flexibilidade: A flexibilidade é a principal razão pela qual você escolheria uma placa de poliimida/poliamida em vez de uma placa FR4. Placas de circuito flexíveis e rígidas são normalmente feitas de poliimida e geralmente são preferidas em aplicações onde a mobilidade e a frequência de uso são uma preocupação principal.
• Boa resistência ao calor: Se você planeja usar sua PCB em um ambiente de alta temperatura, uma placa FR4 provavelmente não é a melhor escolha. O FR4, embora resistente à estrutura, tem problemas para dissipar o calor, resultando em pontos quentes que podem danificar a placa e os equipamentos ao redor. A poliimida, por outro lado, tem excelentes classificações de temperatura de operação e condutividade térmica que é o dobro do valor de FR4.
• Resistente a produtos químicos: As poliamidas oferecem excelente resistência química, especialmente a hidrocarbonetos como combustíveis, óleos e graxas que são comumente encontrados em aplicações militares, aeroespaciais e automotivas. Enquanto o FR4 oferece resistência semelhante, as poliamidas oferecem resistência à corrosão mais completa por longos períodos.
• Durável: Embora o FR4 seja forte, sua rigidez pode representar um problema para aplicações onde a vibração e o calor são uma preocupação. O calor e o estresse físico reduzem a integridade estrutural das placas FR4, enquanto as placas de poliamida são equipadas para lidar com essas situações, principalmente por causa de sua flexibilidade e resistência à tração.
• Resolve problemas de integração: Se uma PCB precisar ser incorporada a um produto que não admite componentes facilmente, uma placa de circuito rígido como uma placa FR4 não funcionará. Em vez disso, um PCB de poliimida flexível pode ser feito para caber no espaço fornecido.

Embora sejam mais caros, os PCBs de poliimida oferecem flexibilidade e benefícios funcionais impressionantes em relação às placas FR4 tradicionais. Leves, flexíveis e duráveis, as placas PCB de poliimida têm o potencial de resolver muitos problemas de integração e design de PCB, tornando-as econômicas a longo prazo.

Onde posso obter PCBs de poliimida/poliamida?

Se você estiver interessado em usar poliimida em seus projetos, a Millennium Circuits Limited pode ajudar.

A Millennium Circuits Limited pode fornecer versões de alta qualidade de praticamente qualquer tipo de placa de circuito impresso que você possa precisar, incluindo placas de circuito flexível de poliimida e placas FR4, bem como placas de cerâmica, placas de cobre e outras. Para obter um orçamento on-line rápido e gratuito para placas de circuito impresso, preencha nosso formulário de contato simples e sinta-se à vontade para nos ligar a qualquer momento com perguntas pelo telefone 717-558-5975.

Se você não tem certeza se as placas de circuito flexível de poliimida são adequadas para você ou precisa de ajuda para determinar quais PCBs seriam melhores para o seu negócio, um de nossos especialistas em PCB terá prazer em ajudá-lo a descobrir.

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