Este artigo tem como objetivo apresentar os diferentes tipos de materiais usados no substrato da placa de circuito impresso (PCB). O material de substrato selecionado deve ser adequado para a aplicação do projetista. O substrato da embalagem é uma parte essencial da embalagem eletrônica e uma ponte entre o chip e o circuito externo. O substrato desempenha as seguintes funções na embalagem:
- Perceba a transmissão de corrente e sinal entre o chip e o circuito externo
- Protege e apóia mecanicamente o chip
- É a principal forma de o chip dissipar calor para o mundo exterior
Do ponto de vista material, o substratos de PCB comumente usados incluem o substrato orgânico (FR-4), substrato de cerâmica e substrato de metal.
FR-4 Substrato
Material FR-4 é geralmente considerado o substrato padrão em PCB. O custo do material FR-4 é acessível, o que torna o material FR-4 uma opção padrão para PCB. Comparado aos materiais FR-1, FR-2 e FR-3, o material FR-4 é a melhor seleção para fazer PCB de um lado a multicamadas. FR é um código para o grau de materiais resistentes ao fogo e 4 representa a resina epóxi reforçada com fibra de vidro. Existem vários tipos de material de grau FR-4 usados em PCB, e a maioria deles são materiais compostos feitos de resina epóxi de função tera, enchimento e fibra de vidro. As principais características técnicas do material FR-4 são isolamento elétrico estável, excelente planicidade da superfície e tolerâncias de espessura padrão, o que torna o material FR-4 adequado para produtos com requisitos de isolamento eletrônico de alto desempenho. O material FR-4 mantém alta resistência mecânica e boa capacidade de isolamento em ambientes secos e úmidos devido à sua baixa absorção de umidade. No entanto, FR-4 O material de substrato de PCB não é adequado para PCB de alta frequência porque o material FR-4 tem um fator de dissipação mais alto (Df), o que significa que conforme as frequências do sinal aumentam, mais sinais serão perdidos. Além disso, o material FR-4 não é adequado para uso em ambientes de alta temperatura, como aplicações aeroespaciais.
Exemplos de material de substrato de PCB FR-4:
- Padrão FR-4: a temperatura de transição vítrea (Tg) deste tipo de FR-4 está entre 130 a 140
- Mid Tg FR-4: a temperatura de transição vítrea (Tg) deste tipo de FR-4 está entre 150 a 160
- Alta Tg FR-4: a temperatura de transição vítrea (Tg) deste tipo de FR-4 é maior que 170
- Material HDI de alta velocidade e perda muito baixa: um exemplo deste material FR-4 é o Isola I-speed
Substrato Cerâmico
A placa cerâmica é feita de pó cerâmico condutor térmico e adesivo orgânico. Semelhante ao termo FR-4, cerâmica refere-se a uma série de materiais com estruturas químicas e propriedades físicas semelhantes. Os substratos cerâmicos das placas de circuito impresso são principalmente óxido de alumínio, nitreto de alumínio e óxido de berílio. Quanto ao carbeto de silício e nitreto de boro, também são cerâmicas predominantes com propriedades semelhantes. Comparado com o substrato FR-4 PCB, a placa cerâmica tem uma maior condutividade térmica varia de 9 a 20 W/mk e apresenta algumas vantagens em determinadas aplicações. Em outras palavras, a cerâmica é um material ideal para uma nova geração de circuitos integrados de grande escala e módulos de eletrônica de potência. Por exemplo, no campo da iluminação LED de alta potência, cerâmica e metal com excelentes propriedades de dissipação de calor são geralmente usado para preparar substratos de PCB. Outras vantagens da placa cerâmica são:
- Coeficiente de expansão térmica mais próximo dos valores de sua estrutura condutora
- O filme de metal com menor resistência
- A excelente soldabilidade do substrato e a alta temperatura de uso
- A baixa perda de alta frequência
- Bom isolamento
- O conjunto de alta densidade
- O uso de longo prazo em um ambiente de redução
- A alta confiabilidade no campo aeroespacial
- Resistência mecânica desejável
Substrato de Metal
O substrato de metal no PCB significa que o material do núcleo é de metal, que pode dissipar rapidamente uma grande quantidade de calor para evitar danos aos componentes. Atualmente, os metais mais utilizados na fabricação do substrato metálico são o cobre e o alumínio. Ambos têm excelente capacidade de transferência de calor. Comparado com o alumínio, o cobre é mais caro, mais pesado e menos rígido. Portanto, o alumínio é uma opção mais econômica na seleção do substrato metálico. As aplicações do substrato de metal incluem luzes LED, equipamentos de energia industrial, amplificador de entrada-saída, dispositivo de refrigeração semicondutor, etc.
Verifique também: Tipos de PCB.
Referência:
https://www.proto-electronics.com/blog/pcb-fr4-guide-printed-circuits
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/
Referência:
https://www.protoexpress.com/blog/wet-pcb-etching-acidic-alkaline-methods/