Al diseñar una placa de circuito impreso, los diseñadores deben definir los materiales de la placa necesarios para la construcción de la placa de circuito impreso.. Por lo tanto, los diseñadores consideran predominantemente dos propiedades térmicas y eléctricas fundamentales, seguidas de las propiedades mecánicas.

Propiedades térmicas del material de PCB

Las propiedades térmicas de un material determinan su capacidad para soportar temperaturas extremas manteniendo sus características. Las siguientes son las propiedades térmicas que deben tenerse en cuenta al seleccionar materiales de PCB.

Temperatura de transición vítrea (Tg)

Temperatura de transición vítrea (Tg) es definido como el rango de temperatura en el que las propiedades del material de una placa de circuito impreso experimentan una transición de un estado rígido (vidrioso) a un estado deformable (flexible) desde que las cadenas de polímero comienzan a moverse. La figura 1 a continuación demuestra el fenómeno de fusión y ablandamiento del sustrato. Entre la temperatura de transición vítrea (Tg) y la temperatura de fusión (Tm), el sustrato alcanza un estado gomoso. Una vez que la temperatura es inferior a Tg, los materiales para la construcción de PCB se endurecerán, y el rendimiento del sustrato volverá a su estado original. Si la temperatura es superior a Tm, el sustrato perderá rápidamente su forma y su resistencia, ya que el material se transforma de sólido a líquido viscoso.

propiedades del material pcb

Figura 1: El estado del sustrato

Temperatura de descomposición (Td)

Temperatura de descomposición (Td) se refiere a la temperatura a la cual el sustrato tiene una descomposición química, que hace que el sustrato pierda al menos el 5% de su masa. Vale la pena señalar que si la temperatura del sustrato alcanza o supera Td, los cambios posteriores en sus propiedades son irreversibles. Por lo tanto, es necesario elegir un material que pueda funcionar bien en un rango de temperatura superior a Tg pero mucho más bajo que Td. La td de la mayoría de las propiedades del material de PCB es superior a 320, lo cual es favorable ya que la mayoría de las temperaturas de soldadura están en el rango de 200-250°C.

Coeficiente de expansión térmica (CTE)

La tasa de expansión del material cuando se calienta se llama coeficiente de expansión térmica (CTE). La unidad de CTE es ppm (partes por millón)/°C. Generalmente, el CTE del sustrato dieléctrico es más alto que el del cobre, lo que genera problemas de interconexiones cuando se calienta la PCB. A medida que la temperatura del material dieléctrico se eleva por encima de Tg, el CTE también sube. Dado que el vidrio tejido restringe el material en las direcciones X e Y, incluso si la temperatura del material es superior a Tg, el CTE a lo largo de los ejes X e Y no cambiará mucho. Como resultado, el material se expandirá en la dirección Z, pero el CTE a lo largo de este eje debe ser lo más bajo posible.

Conductividad térmica

La conductividad térmica (k) se define como la capacidad de una selección de material de PCB para conducir el calor. En otras palabras, cuanto mayor sea la conductividad térmica, mayor será la transferencia de calor; mientras que a menor conductividad térmica, menor transferencia de calor. La expresión de la conductividad térmica es:

K= (Q*d) / (A*ΔT)

Q, d, A, ΔT y representan la cantidad de calor transferido, la distancia entre dos planos isotérmicos, el área de la superficie y la diferencia de temperatura, respectivamente. En comparación con la conductividad térmica del cobre (386 W/M℃), la conductividad térmica de la mayoría de los materiales dieléctricos es menor, y oscila entre 0.3 y 0.6 W/M℃. Esto puede explicar por qué los sustratos de cobre absorben más calor que los sustratos dieléctricos.

Propiedades Eléctricas

Constante dieléctrica o permitividad relativa (Er o Dk)

Constante dieléctrica o permitividad relativa (Er o Dk) se define como la relación entre la permitividad del material y la permitividad del vacío. La mayoría de los materiales para la construcción de PCB tienen constantes dieléctricas entre 2.5 y 4.5. La constante eléctrica cambia con la frecuencia y suele ser inversamente proporcional a la frecuencia. Los materiales que mantienen una constante dieléctrica relativamente estable en un amplio rango de frecuencias son adecuados para aplicaciones de alta frecuencia.

Tangente de pérdida dieléctrica o factor de disipación (Tan o Df)

La pérdida dieléctrica se refiere a la disipación de energía electromagnética inherente de los materiales dieléctricos. También se puede parametrizar según la tangente de pérdida correspondiente (Tan) que es un ángulo de fase entre la resistencia y la corriente reactiva en el dieléctrico. El rango del factor de disipación Df es de 0.001 a 0.030.

Propiedades mecánicas del material de PCB

Módulo de tracción (de Young) o módulo elástico

El módulo de tracción es una relación entre la tensión y la deformación a lo largo del mismo eje dentro del rango de tensión aplicable a la ley de Hooke. Cuanto mayor sea el valor del módulo de Young, más rígido será el material del sustrato. La expresión es:

E = tensión / deformación = (F/A) / [(L – Lo) /L]

F, A, L y Lo son la fuerza aplicada sobre el material, el área de la sección transversal del material, la longitud original del material y la longitud del material después de estirarse, respectivamente.

Fuerza flexible

La resistencia a la flexión, también llamada resistencia a la flexión o resistencia a la ruptura transversal, se define como la tensión antes de que el material de PCB ceda cuando se carga en el centro o se sostiene en el extremo. La unidad de resistencia a la flexión es en kg/m2 o psi.

 

¿Tiene más preguntas sobre cómo elegir materiales para PCB? Póngase en contacto con nuestros ingenieros hoy: tecnología@orientdisplay.com o visita nuestro página de placa de circuito impreso.

Compruebe también: Sustrato de PCB

Referencia:

https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/glass-transition-temperature

Circuitos, S. (nd). Guía de diseño de materiales de PCB. 1-30.

(https://www.protoexpress.com/pcb/)