Dominando Laminados de PCB: O Guia Definitivo para Engenheiros

As pessoas frequentemente dão como garantido o quão complexa a estrutura de placas de circuito impresso pode ser. Como usamos PCBs para diferentes áreas de aplicação, cada uma requer materiais específicos. Laminados são um material essencial. Fabricantes os usam para desenvolver e fabricar PCBs. Assim, é necessário entender os vários laminados disponíveis para você. Este guia explorará tudo que você precisa saber sobre laminados de PCB.

O que são Laminados de PCB?

Um dispositivo robótico que desenvolve PCBs miniaturizados segurando um laminado

Geralmente, PCBs têm quatro camadas: serigrafia, máscara de solda, cobre e substrato (de cima para baixo). Consequentemente, estas camadas devem se ligar para ser uma estrutura funcional para o PCB. Assim, o propósito do laminado de PCB é segurar as camadas do PCB juntas.

Laminados são frequentemente materiais revestidos de cobre que tipicamente consistem de folhas de resina. A resina que fabricantes usam para construir laminados é geralmente baseada em epóxi. No entanto, pode consistir de outros tecidos. No entanto, o fabricante primeiro cura as folhas usando resina termofixa para criar o laminado. Em seguida, comprimimos estas folhas de resina juntas aplicando duas folhas de cobre em cada lado plano da coleção.

Por fim, o fabricante aplica calor e força até as folhas se ligarem. Após o laminado endurecer, ele se assemelha a um material plástico ou vidro duro.

Qual é a Diferença Entre Laminados e Prepregs?

Instalação de tecnologia de fibra de carbono produzindo material prepreg
Fonte: Flickr (CC – Genérico)

Prepregs são tipicamente folhas de fibra de vidro reforçada. Fabricantes de prepreg desenvolvem eles aplicando ou pré-impregnando estas folhas de fibra de vidro usando agentes de cura como resina epóxi. Consequentemente, isso é bem diferente do processo de desenvolvimento de laminados. Laminados frequentemente consistem de folhas de prepreg. Prepregs são apenas tecidos curados e impregnados. Contrastemente, laminados são folhas de material pressurizadas e aquecidas.

Tipos de Laminados de PCB

Coleção de placas de circuito impresso

Como mencionado anteriormente, usamos diferentes PCBs para diferentes aplicações. Por exemplo, fabricantes de componentes de dispositivo podem usar PCBs flexíveis em dispositivos compactos. Os tipos mais comuns de laminados de PCB são:

FR-4 (FR4)

PCB FR-4 revestido de cobre

FR-4 refere-se a laminados de resina epóxi reforçada com vidro. É um material retardante de chama. Daí o nome FR-4 (FR = Flame Retardant). No entanto, FR-4 é o material mais popular para substratos de PCB. Este fato é devido à sua alta resistência mecânica e elétrica. Adicionalmente, apresenta alta dissipação térmica quando fabricantes aplicam aditivos. Além disso, estes aditivos podem aumentar a estabilidade, confiabilidade e especificações de potência do material.

No entanto, FR-4 pode acomodar circuitos com alta contagem de camadas por causa de sua constância. Como tal, é adequado para fabricação de PCB de alta frequência.

Poliamida

PCB flex que usa material de poliamida
Fonte: Wikimedia Commons

Fabricantes valorizam laminados de poliamida por sua eficiência térmica inata alta. Adicionalmente, tendem a ser mais confiáveis que materiais FR-4. Este fato é principalmente devido à sua baixa expansão de calor. Consequentemente, fabricantes de dispositivos implementam eles em eletrônicos que pessoas usam em ambientes hostis. Além disso, torna-os altamente adequados para designs de PCB requerendo múltiplas camadas. No entanto, fabricantes usam este material para fabricação de PCB flexível.

Teflon

Fabricantes tipicamente usam laminados de Teflon para desenvolver PCBs de alta velocidade. Incidentalmente, é por causa de suas brilhantes propriedades elétricas. Assim como com FR-4, fabricantes podem aplicar aditivos a Teflon para aumentar seu estresse mecânico.

Teflon é um dos materiais de laminado mais caros. Como tal, é um dos materiais menos populares em fabricação e manufatura de PCB. Adicionalmente, requer habilidade, alta expertise e equipamento especializado para fabricar laminados baseados em Teflon.

Epóxi High Tg

Epóxi High Tg é um material de laminado com alta temperatura de transição vítrea (AKA temperatura de vitrificação). Por causa deste atributo, apresenta excelente tolerância ao calor. Consequentemente, é altamente adequado para uso em aplicações industriais e maquinário. Adicionalmente, Epóxi High Tg tem brilhante resistência química e à umidade. Fabricantes tipicamente usam na construção de PCBs multicamadas.

BT-Epóxi

BT-Epóxi é uma combinação de bismaleimida triazina e resina epóxi. Fabricantes valorizam pela sua capacidade de manter sua estrutura sob temperaturas extremas. Tem excelentes propriedades elétricas e mecânicas. Portanto, é altamente adequado para aplicações militares e industriais. No entanto, PCBs lead-free e multicamadas são os PCBs mais comuns que usam laminados BT-Epóxi.

Outros Materiais

Material de fibra de vidro

Os materiais listados acima não são os únicos que fabricantes usam para produzir laminados. Por exemplo, usamos laminados revestidos de cobre para PCBs de alta frequência. Adicionalmente, podemos usar tecidos cerâmicos, ésteres de cianato e outras combinações de resina e químicos.

No entanto, estes materiais podem não valer a pena mencionar porque fabricantes não os implementam tanto quanto os outros materiais neste guia. Além disso, também podem ser mais caros e difíceis de manipular.

Propriedades dos Laminados

Ao selecionar o material e laminado adequados para seu PCB, considere alguns atributos. Estas propriedades podem ser térmicas, mecânicas ou elétricas. Esta seção explorará estas propriedades.

Propriedades Térmicas

PCB sofrendo queimaduras de um curto-circuito

• Temperaturas de Transição Vítrea (Tg): Laminados perdem sua integridade estrutural quando alcançam uma certa faixa de temperatura. Assim, usamos a temperatura de transição vítrea para ajudar a identificar quando o laminado amolece e endurece.
• Temperatura de Decomposição (Td): Descreve o ponto de temperatura quando o laminado começa a sofrer dano permanente (derreter). Assim, é importante usar laminados de PCB cujas temperaturas de operação são menores que faixas de decomposição.
• Coeficiente de Expansão Térmica (CTE): Descreve a taxa de expansão do laminado. Se introduzirmos calor ao laminado que alcança além de seu limite CTE, ele começará a expandir. Portanto, é importante entender o coeficiente de expansão térmica ao integrar um PCB em um dispositivo.
• Condutividade Térmica (k): Uma propriedade que descreve a capacidade de um laminado de transferir ou conduzir calor. É representada por Kelvins.

Propriedades Elétricas

Foto macro de uma placa de circuito impresso

• Constante Dielétrica (ϵr): Descreve a permeabilidade elétrica e relativa do laminado. Essencialmente, pode variar entre 3.5 e 5.5 ϵr.
• Tangente de Perda Dielétrica (tan δ): Representa a difusão quantificável de energia elétrica no laminado. Tipicamente, laminados de PCB têm um tan δ entre 0.02 e 0.0001.
• Resistividade Elétrica/Volumétrica (ρ): Representa a capacidade do laminado de resistir à corrente elétrica. Geralmente, laminados têm uma resistividade elétrica entre 103 e 1010 Ω⋅m (megaohms).
• Resistividade de Superfície (ρS): Denota a resistividade externa do laminado. A umidade e temperatura podem afetá-la.
• Resistência Elétrica: Representa a capacidade do laminado de resistir a uma ruptura elétrica. Incidentemente, pessoas também se referem a ela como resistência dielétrica. Usamos volts por metro para representá-la.

Propriedades Químicas

Placas de circuito impresso submersas em água e sabão.

• Inflamabilidade: Uma propriedade representando a capacidade do laminado de resistir a ignições de chama. Enquanto a maioria dos laminados tende a ser inflamável, eles ainda podem sofrer de incêndios externos. Assim, esta propriedade denota por quanto tempo um laminado queimará enquanto em fogo.
• Absorção de Umidade: Representa quanta umidade atmosférica um laminado pode resistir. Especialmente quando submergimos o laminado em água. No entanto, este valor afeta as propriedades térmicas e dielétricas do laminado.
• Resistência a Cloreto de Metileno: Denota a resistência química do laminado. Especificamente a diclorometano (ou cloreto de metileno).

Propriedades Mecânicas

Produção automatizada de um módulo RAM que usa PCB miniaturizado

• Força de Descascamento: Refere-se à força da ligação conectando as várias camadas do laminado.
• Força de Flexão: Descreve a capacidade do laminado de resistir a tensão física. Basicamente, é resistência à tração. Essencialmente, esta propriedade denota quanta pressão você pode aplicar e dobrar um laminado antes que ele finalmente quebre.
• Densidade: Refere-se à massa ou espessura do laminado.
• Tempo de Deslaminação: Denota a quantidade de tempo que um laminado pode suportar temperaturas acima do limite antes de começar a se deconstruir.

Como Selecionar Material de Laminado de PCB

Uma máquina perfurando furos em uma placa de circuito impresso

Quando você considera o material para seu laminado elétrico/PCB, há algumas coisas a considerar além das especificações técnicas ou propriedades. Outros aspectos que você deve contemplar incluem:

O Custo

Ao selecionar laminados de PCB, custo deve sempre ser examinado primeiro. Embora possa parecer razoável obter os materiais mais caros, pode não ser ideal para grandes produções. Novamente, FR-4 é o material de laminado de PCB mais popular. Como tal, é o menos custoso para adquirir. Tem alta confiabilidade e é adequado para PCBs de camada única e multicamadas. Embora você possa obter e integrar materiais mais caros em seus designs (como ouro), deve considerar uma abordagem mais pragmática. Recomendamos comprar tecido que faça tudo que você precisa enquanto economiza mais dinheiro.

A Qualidade

Coleção de placas de prototipagem verdes

A qualidade ligeiramente intersecta com custo. Materiais de alta qualidade tendem a ser mais caros. No entanto, você ainda pode atingir um equilíbrio entre estes dois aspectos. Assim, você deve obter seus materiais de um atacadista ou produtor com reputação de vender tecidos de alta qualidade a preço razoável.

O Fabricante de PCB

Solda de ferro automatizada em um PCB

Ao escolher os materiais para seus laminados que eventualmente se tornarão seu PCB, é melhor colaborar com um fabricante de PCB respeitável. Este fabricante deve ser altamente experiente com os materiais que você planeja integrar em seu laminado. O fabricante deve ser familiar com uma variedade de estilos de fibra de vidro e tecidos.

Além disso, eles devem ser capazes de validar seus designs de PCB e escolha de material. Nós o cobrimos com nossas fábricas modernamente equipadas desde prototipagem até produção em massa. Contate Wellpcb.com para todas suas necessidades de fabricação de PCB.

Resumo

PCB próximo a material de blindagem

Antes do advento de PCBs, fabricantes de dispositivos eletrônicos tinham que confiar em construções ponto-a-ponto e designs de wire wrap. É seguro dizer que PCBs modernos tornam a eletrônica atual possível. A eficácia das placas de circuito impresso é altamente dependente do material que usa. Como o guia acima destaca, é por isso que laminados e materiais de laminado são tão importantes. No entanto, esperamos que você tenha achado este guia útil. Como sempre, obrigado por ler.