Compreendendo os Materiais Utilizados em PCBs: Seleção, Tipos e Importância

Placas de circuito impresso (PCBs) são um componente essencial da eletrônica moderna. Essas placas conectam e suportam componentes eletrônicos, fornecendo uma plataforma estável para a transferência de sinais elétricos e energia. Uma PCB típica consiste em múltiplas camadas de materiais que são laminadas juntas para formar uma unidade única.

As PCBs são parte integrante do processo de fabricação eletrônica. Elas são usadas em tudo, desde eletrônicos de consumo até aplicações automotivas e aeroespaciais, e são críticas para o funcionamento de dispositivos eletrônicos.

Tipos de materiais utilizados em PCBs

 1. Substratos

Os substratos são o material de base das PCBs e servem como a fundação sobre a qual outros materiais são depositados. Os substratos são tipicamente feitos de resina epóxi reforçada com fibra de vidro, também conhecida como FR-4. Outros tipos de substratos incluem CEM-1, CEM-3, Poliamida (PI) e Rogers. A escolha do substrato depende de requisitos específicos, como temperatura de operação, rigidez dielétrica e custo.

Alguns critérios comuns para a escolha de substratos incluem:

- Constante dielétrica: A constante dielétrica é uma medida da capacidade do substrato de armazenar energia elétrica. Uma constante dielétrica alta pode resultar em perda de sinal e interferência.

- Tg (Temperatura de Transição Vítrea): Tg é a temperatura na qual o substrato passa de um estado rígido para um estado flexível. Uma Tg alta é necessária para aplicações de alta temperatura, como eletrônica automotiva e aeroespacial.

- CTE (Coeficiente de Expansão Térmica): O CTE é uma medida da tendência do substrato de expandir ou contrair com variações de temperatura. Um CTE baixo é necessário em aplicações onde a PCB deve manter sua forma e dimensões ao longo de uma ampla faixa de temperatura.

- Absorção de umidade: Substratos que absorvem umidade podem levar a delaminação e outros problemas durante a montagem e operação. Baixa absorção de umidade é desejável na maioria das aplicações.

 2. Lâminas de Cobre

As lâminas de cobre são usadas para criar as trilhas condutoras na superfície da placa de circuito impresso (PCB). As lâminas de cobre estão disponíveis em dois tipos: lâmina de cobre laminado e lâmina de cobre eletrodepositada. A escolha da lâmina de cobre depende de fatores como a espessura, pureza e rugosidade superficial exigidas para a PCB.

- Espessura: A espessura da folha de cobre determina a capacidade de condução de corrente das trilhas. Folhas mais espessas são necessárias para aplicações de alta corrente.

- Pureza: Folhas de cobre de maior pureza são mais condutoras e apresentam melhor adesão ao substrato.

- Rugosidade da superfície: A rugosidade da superfície da folha de cobre afeta a adesão da máscara de solda e a qualidade das juntas de solda.

 3. Máscara de solda

Máscara de solda é um revestimento protetor aplicado à superfície da placa de circuito impresso para evitar pontes de solda e outros defeitos durante o processo de soldagem. Tipos de máscara de solda incluem máscara de solda fotoimageável líquida (LPI), máscara de filme seco (DFSM) ou máscara de cura térmica (TCS). A escolha da máscara de solda depende de fatores como resistência química, adesão e resistência de isolamento exigidas para a placa.

- Resistência química: a máscara de solda deve ser resistente aos produtos químicos utilizados no processo de montagem da PCB.

- Aderência: a máscara de solda deve aderir bem ao substrato e às lâminas de cobre para evitar deslaminação e outros problemas.

- Resistência de isolamento: a máscara de solda deve fornecer isolamento adequado ao redor das trilhas para evitar curtos-circuitos.

 4. Serigrafia

A serigrafia é usada para imprimir texto e gráficos na superfície da placa de circuito impresso (PCB). A serigrafia é normalmente dividida em dois tipos:

Serigrafia de componentes: este tipo de serigrafia é usado para imprimir designadores de referência, contornos de componentes e outras informações que ajudam a identificar os componentes na PCB. A serigrafia de componentes é normalmente impressa em tinta branca ou preta e está localizada no lado dos componentes da PCB.

Serigrafia de legenda: este tipo de serigrafia é usado para imprimir textos e gráficos que fornecem informações adicionais sobre a PCB, como o nome da placa, o logotipo da empresa e quaisquer outras informações relevantes. A serigrafia de legenda é normalmente impressa em tinta branca ou preta e está localizada no lado de solda da PCB.

- Legibilidade: a serigrafia deve ser legível em várias condições de iluminação e a partir de diferentes ângulos.

- Durabilidade: a serigrafia deve ser resistente ao desgaste durante a montagem e operação da PCB.

 5. Adesivos

Adesivos são usados para unir as diferentes camadas da placa de circuito impresso. Os tipos mais comuns de adesivos usados em PCBs são resina epóxi e adesivo acrílico. A escolha do adesivo depende de fatores como estabilidade térmica e resistência química.

- Estabilidade térmica: o adesivo deve manter sua resistência de união em uma ampla faixa de temperaturas.

- Resistência química: O adesivo deve ser resistente aos produtos químicos usados no processo de montagem da PCB.

- Resistência à umidade: O adesivo deve ser resistente à umidade para prevenir delaminação e outros problemas.

A escolha dos materiais para uma PCB frequentemente envolve um balanço entre diferentes propriedades. Por exemplo, um substrato com alto Tg pode ter um CTE mais baixo, mas também pode ser mais caro. Da mesma forma, uma folha de cobre com alta pureza pode ser mais condutora, mas também pode ser mais cara. A escolha dos materiais depende dos requisitos específicos da PCB, e frequentemente é necessário equilibrar diferentes propriedades.

Tipos de Substratos Utilizados em PCBs

 Substratos FR-4

Os substratos FR-4 são o tipo mais comum de substrato usado em PCBs. São feitos de tecido de fibra de vidro tecido impregnado com resina epóxi. Os substratos FR-4 apresentam excelentes propriedades elétricas, incluindo baixa constante dielétrica e boa resistência de isolamento. Também possuem um alto Tg, o que os torna adequados para aplicações em altas temperaturas. Os substratos FR-4 têm custo relativamente baixo e são amplamente disponíveis no mercado.

Substratos de Polimida (PI)

Substratos de poliamida (PI) são usados em aplicações que exigem resistência a altas temperaturas. Eles têm uma Tg mais alta que os substratos FR-4, tornando-os adequados para uso em aplicações aeroespaciais e eletrônica industrial. Substratos PI também são flexíveis, o que os torna adequados para uso em PCBs flexíveis. No entanto, substratos PI são mais caros que substratos FR-4 e apresentam maior taxa de absorção de umidade.

 Substratos Rogers

Substratos Rogers são um tipo de substrato de alta frequência usado em aplicações onde a perda de sinal é uma preocupação. Eles têm constante dielétrica baixa e tangente de perda baixa, o que os torna adequados para aplicações em alta frequência. Substratos Rogers são mais caros que substratos FR-4 e apresentam uma Tg mais baixa.

Tipos de Folhas de Cobre Utilizadas em PCBs

 Folha de Cobre Laminada

O papel de cobre laminado é produzido ao processar uma lâmina de cobre através de uma série de rolos. O cobre laminado é mais fino que o cobre eletrodepositado e possui uma superfície mais lisa. O cobre laminado é usado em aplicações que exigem uma superfície de cobre fina e de alta qualidade, como circuitos de passo fino e circuitos de alta frequência.

Folha de Cobre Eletrodepositada

A lâmina de cobre eletrodepositada é criada ao depositar uma camada de cobre sobre um substrato fino por meio de um processo de galvanoplastia. A lâmina de cobre eletrodepositada é mais espessa que a lâmina de cobre laminada e possui uma superfície mais áspera. A lâmina de cobre eletrodepositada é usada em aplicações que exigem alta capacidade de condução de corrente, como fontes de alimentação e circuitos de alta corrente.

Tipos de máscara de solda usados em PCBs

A seguir estão os três tipos mais comuns de máscara de solda usados em PCBs:

Máscara de Solda Fotoimagemável Líquida (LPI)

A máscara de solda LPI é um material líquido aplicado à superfície da PCB e então exposto à luz ultravioleta (UV) através de uma fotomáscara. As áreas que não são expostas à luz UV são posteriormente lavadas, deixando o padrão desejado da máscara de solda na PCB. A máscara LPI é popular devido à sua facilidade de aplicação, alta resolução e excelente adesão ao substrato. Também está disponível em uma variedade de cores, tornando-a adequada para codificação por cores de PCBs. No entanto, a máscara LPI pode ser mais cara do que outros tipos de máscara de solda e pode afetar a integridade do sinal em aplicações de alta frequência.

Máscara de Solda em Filme Seco (DFSM)

A máscara DFSM é um material em filme seco que é laminado na superfície da PCB. O filme é então exposto à luz UV através de uma fotomáscara, e as áreas não expostas são removidas, deixando o padrão desejado da máscara de solda na PCB. A máscara DFSM é popular devido ao seu baixo custo, facilidade de aplicação e excelente adesão ao substrato. No entanto, a máscara DFSM pode ser menos precisa do que a máscara LPI e pode apresentar um acabamento superficial ligeiramente mais áspero.

Máscara de Solda de Cura Térmica (TCS)

A máscara de solda TCS é um material líquido aplicado à superfície da placa de circuito impresso e posteriormente curado por exposição ao calor. A máscara de solda TCS é normalmente utilizada em aplicações de alta temperatura, pois pode suportar temperaturas de até 300°C. A TCS é popular devido à sua alta resistência química e excelente adesão ao substrato. Contudo, a aplicação da TCS pode ser mais difícil do que a de outros tipos de máscara de solda, e pode exigir etapas de processamento adicionais.

Tipos de adesivos usados em PCBs

A seguir, os três tipos de adesivos mais comuns usados em PCBs:

 Adesivo de Resina Epóxi

O adesivo de resina epóxi é um tipo comum de adesivo usado na fabricação de PCBs. Proporciona excelente adesão e estabilidade térmica, tornando-o adequado para aplicações em altas temperaturas. O adesivo de resina epóxi também é resistente a produtos químicos e à umidade, sendo ideal para ambientes severos. Normalmente, o adesivo de resina epóxi é aplicado espalhando-se uma camada fina do adesivo sobre a superfície da PCB e, em seguida, curado por exposição ao calor.

 Adesivo Acrílico

O adesivo acrílico é outro tipo comum de adesivo usado na fabricação de PCBs. Oferece boa adesão e resistência química, tornando-o adequado para uso em ambientes agressivos. O adesivo acrílico também é resistente à luz UV e à umidade, sendo ideal para aplicações externas. Normalmente, o adesivo acrílico é aplicado como um filme fino sobre a superfície da PCB e, em seguida, curado por exposição ao calor.

 Adesivo de Poliuretano

O adesivo de poliuretano é um tipo de adesivo utilizado na fabricação de PCBs por sua excelente resistência de ligação e flexibilidade. É comumente usado em PCBs flexíveis e em outras aplicações onde se exige flexibilidade. O adesivo de poliuretano também é resistente a produtos químicos e umidade, tornando-o ideal para ambientes adversos. O adesivo de poliuretano é normalmente aplicado como um filme fino sobre a superfície da PCB e depois curado por exposição ao calor.

 Conclusão

À medida que a tecnologia continua a avançar, a demanda por dispositivos eletrônicos menores, mais rápidos e mais potentes continuará a impulsionar o desenvolvimento de novos materiais e tecnologias para PCBs. A importância da seleção de materiais no projeto e na fabricação de PCBs só aumentará, e projetistas e fabricantes precisarão manter-se atualizados com os últimos avanços em ciência dos materiais e tecnologia.

Em resumo, a seleção de materiais para PCBs é uma etapa crítica no processo de design e fabricação, sendo essencial escolher materiais que atendam aos requisitos específicos da placa, equilibrando compromissos entre diferentes propriedades. O uso de materiais de alta qualidade, juntamente com processos cuidadosos de projeto e fabricação, resultará em PCBs confiáveis, com bom desempenho e longa vida útil.

 SOLICITE UM ORÇAMENTO GRATUITO>>