Este artículo tiene como objetivo presentar los diferentes tipos de materiales utilizados en el sustrato de la placa de circuito impreso (PCB). El material de sustrato seleccionado debe ser adecuado para la aplicación del diseñador. El sustrato del empaque es una parte esencial del empaque electrónico y un puente entre el chip y el circuito externo. El sustrato juega los siguientes roles en el empaque:

  • Realice la transmisión de corriente y señal entre el chip y el circuito externo.
  • Proteja y apoye mecánicamente el chip
  • Es la principal forma en que el chip disipa el calor hacia el mundo exterior.

Desde el punto de vista material, la Los sustratos de PCB comúnmente utilizados incluyen el sustrato orgánico (FR-4), el sustrato cerámico y el sustrato metálico..

Sustrato FR-4

Material FR-4 generalmente se considera el sustrato estándar en PCB. El costo del material FR-4 es asequible, lo que hace que el material FR-4 sea una opción estándar para PCB. En comparación con los materiales FR-1, FR-2 y FR-3, el material FR-4 es la mejor selección para hacer PCB de un solo lado a multicapa. FR es un código para el grado de materiales resistentes al fuego y 4 representa la resina epoxi reforzada con fibra de vidrio tejida. Hay varios tipos de material de grado FR-4 utilizados en PCB, y la mayoría de ellos son materiales compuestos hechos de resina epoxi tera-función, relleno y fibra de vidrio. Las principales características técnicas del material FR-4 son el aislamiento eléctrico estable, la superficie plana excelente y las tolerancias de espesor estándar, todo lo cual hace que el material FR-4 sea adecuado para productos con requisitos de aislamiento electrónico de alto rendimiento. El material FR-4 mantiene una alta resistencia mecánica y una buena capacidad aislante en ambientes secos y húmedos debido a su baja absorción de humedad. Sin embargo, FR-4 El material de sustrato de PCB no es adecuado para PCB de alta frecuencia porque el material FR-4 tiene un factor de disipación más alto (Df), lo que significa que a medida que aumentan las frecuencias de la señal, se perderán más señales. Además, el material FR-4 no es adecuado para su uso en entornos de alta temperatura, como las aplicaciones aeroespaciales.

Ejemplos de material de sustrato de PCB FR-4:

  • FR-4 estándar: la temperatura de transición vítrea (Tg) de este tipo de FR-4 está entre 130 y 140
  • Mid Tg FR-4: la temperatura de transición vítrea (Tg) de este tipo de FR-4 está entre 150 a 160
  • Alta Tg FR-4: la temperatura de transición vítrea (Tg) de este tipo de FR-4 es superior a 170
  • Material HDI de alta velocidad y muy bajas pérdidas: un ejemplo de este material FR-4 es el Isola I-speed

Sustrato Cerámico

El tablero de cerámica está hecho de polvo cerámico termoconductor y adhesivo orgánico. Similar al término FR-4, la cerámica se refiere a una serie de materiales con estructuras químicas y propiedades físicas similares. Los sustratos cerámicos de las placas de circuito impreso son principalmente óxido de aluminio, nitruro de aluminio y óxido de berilio. En cuanto al carburo de silicio y al nitruro de boro, también son cerámicas predominantes con propiedades similares. En comparación con el sustrato de PCB FR-4, la placa de cerámica tiene una conductividad térmica más alta que van desde 9 a 20 W/mk y tiene algunas ventajas en ciertas aplicaciones. En otras palabras, la cerámica es un material ideal para una nueva generación de circuitos integrados a gran escala y módulos electrónicos de potencia. Por ejemplo, en el campo de la iluminación LED de alta potencia, la cerámica y el metal con excelentes propiedades de disipación de calor son generalmente se usa para preparar sustratos de PCB. Otras ventajas del tablero cerámico son:

  • Coeficiente de dilatación térmica más cercano a los valores de su estructura conductora
  • La película de metal con menor resistencia.
  • La excelente soldabilidad del sustrato y la alta temperatura de uso
  • La baja pérdida de alta frecuencia
  • Buen aislamiento
  • El montaje de alta densidad
  • El uso a largo plazo en un entorno reductor
  • La alta fiabilidad en el campo aeroespacial
  • Resistencia mecánica deseable

Sustrato de metal

El sustrato de metal en PCB significa que el material del núcleo es de metal, lo que puede disipar rápidamente una gran cantidad de calor para evitar daños en los componentes.. En la actualidad, los metales más utilizados en la fabricación del sustrato metálico son el cobre y el aluminio. Ambos tienen una excelente capacidad de transferencia de calor. Comparado con el aluminio, el cobre es más costoso, más pesado y menos rígido. Por lo tanto, el aluminio es una opción más económica en la selección de sustratos metálicos. Las aplicaciones del sustrato metálico incluyen luces LED, equipos de energía industrial, amplificadores de entrada y salida, dispositivos de refrigeración de semiconductores, etc.

Compruebe también: Tipos de PCB.

Referencia:

https://www.proto-electronics.com/blog/pcb-fr4-guide-printed-circuits

https://www.mclpcb.com

https://www.protoexpress.com/blog/choosing-hdi-materials/

https://resources.altium.com/p/ceramic-vs-fr4-multilayer-pcbs-when-use-either-and-how

https://www.protoexpress.com/blog/advantages-metal-core-printed-circuit-boards/

Referencia:

https://www.protoexpress.com/blog/wet-pcb-etching-acidic-alkaline-methods/