PCB de poliimida
A indústria de PCBA continua a registar um crescimento significativo, com um interesse crescente em vários tipos de placas de circuitos. No entanto, de acordo com os resultados de pesquisa do Google, há muitas pessoas à procura de "PCB rígida de poliimida" na Internet. Infelizmente, não parece encontrar a resposta que procura, uma vez que esta não é uma combinação válida.
A poliimida, frequentemente designada por Pi, é um tipo de material para PCB que é utilizado como substrato para PCB flexível. Tem este nome porque pode ser dobrada ou dobrada sem danificar os circuitos. A poliimida é um material polimérico conhecido pela sua excelente estabilidade térmica, propriedades de isolamento elétrico e resistência mecânica. O desenvolvimento de placas de circuito baseadas em poliimida remonta a 1908, tendo a produção em massa começado em 1955. Este material de substrato está normalmente disponível em cores como o amarelo, o laranja e o âmbar. O próprio termo "poliimida" é uma combinação de "poli" referente a polímeros e "imida" referente aos monómeros utilizados no material. Agora vamos discutir PCB de poliimida de forma abrangente com a tecnologia FS, incluindo propriedades, tipos e aplicações de materiais.
Tipo de material de poliimida
Poliimida de 2ª geração
Também conhecido como poliimida puraÉ considerada a placa de circuito impresso flexível de poliimida mais simples, mas oferece uma excelente flexibilidade, estabilidade térmica e resistência química. Estas placas são fabricadas sem a necessidade de utilizar retardadores de chama bromados, o que aumenta a sua estabilidade e resistência ao calor a altas temperaturas. A sua elevada flexibilidade permite-lhes manter o desempenho em ambientes de vibração e movimento, sendo frequentemente consideradas os materiais de eleição para equipamento elétrico e de comunicações.
Poliimida de 3ª geração
A poliimida de terceira geração não é considerada uma versão actualizada, mas sim um material desenvolvido para satisfazer requisitos específicos. Em comparação com a segunda geração, a terceira geração acrescenta retardadores de chama, o que lhe confere propriedades retardadoras de chama. Este facto faz com que seja a escolha preferida em indústrias centradas na segurança, como a médica e a aeronáutica. No entanto, é importante notar que uma desvantagem do laminado PCB de poliimida de terceira geração é a sua reduzida flexibilidade, razão pela qual os fabricantes de PCB consideram-no frequentemente mais fácil de produzir.
Poliimida de baixo fluxo
Este material, com a sua menor viscosidade durante a produção, oferece vantagens únicas em fabrico de PCB. Este material permite uma colocação precisa em áreas limitadas, tornando-o ideal para projectos de circuitos complexos e intrincados. As PCB fabricadas em poliimida de baixo fluxo apresentam propriedades retardadoras de chama e uma excelente resistência química, o que as torna adequadas para aplicações em que o fogo e os ambientes agressivos são uma preocupação. Ao contrário de outros materiais flexíveis para PCB, a poliimida de baixo fluxo tem uma estrutura rígida, o que lhe permite suportar cargas elevadas. É de salientar que o custo deste material é relativamente elevado, pelo que é necessária uma análise cuidadosa ao seleccioná-lo para utilização.
Poliimida com enchimento
A adição de cargas às placas de poliimida melhora as suas propriedades mecânicas, como a resistência química, a rigidez e a força. As cargas normalmente utilizadas incluem mica, fibra de vidro e fibras de carbono. A fibra de vidro é o material de enchimento mais utilizado devido à sua relação custo-eficácia e à sua elevada resistência e rigidez. Por outro lado, a fibra de carbono, embora mais cara do que a fibra de vidro, oferece propriedades superiores de rigidez e resistência. No fabrico de placas de poliimida com enchimento de alto desempenho, é utilizada a mica, um mineral natural. Estas placas encontram aplicações em indústrias como a dos semicondutores, onde é necessária resistência química, bem como na indústria da aviação.
Comparação das propriedades dos materiais de PCB de poliimida
Podemos obter materiais de vários fabricantes de materiais, mas existem ligeiras diferenças entre eles, sendo os mais famosos o Kapton HM e o Isola P95.
- Kapton HM: Produzido pela DuPont, as principais vantagens são a dureza, transparência, flexibilidade e resistência a altas temperaturas, radiação e produtos químicos.
- Isola P95: Produzido pela Isola, conhecido pela sua elevada estabilidade térmica e boas propriedades dieléctricas, é frequentemente utilizado em aplicações de alta temperatura ou alta tensão.
Segue-se uma comparação da folha de dados do material de PCB de poliimida:
| Imóveis | Kapton HM | Isola P95 |
|---|---|---|
| Densidade | 1,42 g/cm3 | 1,43 g/cm3 |
| Temperatura de transição vítrea (Tg) | 428°C (802°F) | 260°C (500°F) |
| Resistência à tração | 1000 psi (6,9 MPa) | 800 psi (5,5 MPa) |
| Alongamento na rutura | 200% | 150% |
| Constante dieléctrica | 3.3 | 3.4 |
| Resistência dieléctrica | 4000 V/mil | 4000 V/mil |
| Absorção de humidade | 0.02% | 0.02% |
| Retardador de chamas | UL 94 V-0 | UL 94 HB |
| Resistência química | Excelente | Excelente |
| Gama de temperaturas | -269°C a 400°C (-452°F a 752°F) | -269°C a 260°C (-452°F a 500°F) |
Fabrico de PCB flexíveis de poliimida
Processo de fabrico
- Preparação de matérias-primas: O primeiro passo é a preparação do material utilizado para o fabrico de acordo com os requisitos do projeto. Isto envolve uma camada de polímero de película de poliimida com um revestimento de cobre, que facilita o fluxo de corrente. A camada de cobre e a película de poliimida são unidas com resina.
- Laminação: Os materiais de substrato são laminados em conjunto utilizando um processo de laminação por pressão. Este processo envolve a colocação da película de poliimida em cima da folha de cobre e a aplicação de calor e pressão utilizando um laminador. O calor derrete a resina, que actua como agente de ligação, e a pressão assegura que todas as camadas estão firmemente ligadas. Este processo é normalmente concluído em poucos minutos.
- Perfuração: Para ligar os componentes, o fabricante faz furos no laminado utilizando uma máquina CNC ou equipamento de perfuração a laser, com base numa planta do padrão do circuito no ficheiro de projeto que indica a localização e os traços dos componentes. Ao contrário dos materiais tradicionais das placas de circuito impresso, as placas de circuito impresso de poliimida são mais frágeis, pelo que deve ser dada especial atenção ao tipo e aos parâmetros de perfuração.
- Impressão em serigrafia: Durante a impressão serigráfica, são criados padrões de circuitos na placa. É aplicada uma camada de tinta à placa e é utilizado um estêncil para formar o padrão do circuito. A tinta utilizada é normalmente feita de um material fotossensível. O padrão do circuito é gravado numa folha fina de metal ou plástico, que serve de estêncil. A placa é colocada numa impressora de serigrafia e a tinta é aplicada. O estêncil é então pressionado firmemente sobre a tinta, transferindo o padrão do circuito para a placa.
- Gravura: O padrão do circuito é revelado através da dissolução da tinta com uma solução química. Esta solução é composta por solventes e ácidos. Quando aplicada à placa de circuito impresso flexível de poliimida, a tinta é dissolvida, deixando para trás o padrão de circuito desejado.
- Revestimento: O cobre é aplicado ao desenho do circuito exposto. É aplicada uma camada de cobre à placa e, através de um processo de revestimento, o cobre é depositado no padrão do circuito utilizando uma corrente eléctrica. O banho de revestimento contém uma solução com iões de cobre, que são depositados no padrão do circuito devido ao fluxo de corrente.
- Testes: A direção passa por Testes PCB para verificar a sua compatibilidade com os requisitos. Para este efeito, são utilizados diferentes instrumentos de teste, tais como testadores de choque térmico, testadores eléctricos e ferramentas para inspeção visual.
- Montagem: Os componentes são ligados à placa de circuito impresso manualmente ou utilizando um dispositivo de recolha e colocação. A soldadura é normalmente utilizada para montar os componentes na placa. É utilizado um forno de refluxo ou um ferro de soldar para derreter a solda. O Processo de montagem de PCB Normalmente, o processo tem lugar num ambiente limpo para evitar a contaminação.
Técnicas mais recentes
- Processo semi-aditivo: A criação de padrões de circuitos através da combinação de técnicas aditivas e subtractivas permite a criação de traços de cobre mais pequenos e mais finos, melhorando o desempenho da placa.
- Processo Semi-Aditivo Modificado: Uma versão melhorada do processo semi-aditivo que proporciona traços mais finos e dimensões mais pequenas para indústrias como a aeroespacial, que exigem circuitos de elevado desempenho.
- Processo de eletrodeposição de poliimida: Através da deposição eletroquímica de camadas de cobre uniformes em substratos de poliimida, estas camadas de cobre ajudam a melhorar a fiabilidade das placas de circuitos.
- Imagiologia direta a laser: Para alguns desenhos de circuitos mais precisos, que são difíceis de obter com os processos tradicionais, pode ser utilizado um laser para expor diretamente o fotorresiste no substrato de poliimida.
Porquê PCB de poliimida
Características
- Estabilidade dimensional: Uma das principais vantagens dos PCB de poliimida é a sua capacidade de manter a sua estrutura e dimensões, mesmo quando sujeitos a alterações de temperatura. Apresentam poucas ou nenhumas alterações na estrutura num intervalo de temperatura de -100 °C a 100 °C, o que as torna altamente adequadas para aplicações microelectrónicas.
- Flexibilidade: Podem ser seleccionados diferentes materiais de acordo com as necessidades do projeto para obter retardamento de chama, rigidez e resistência à corrosão química.
- Elevada resistência dieléctrica: Isto significa que podem suportar condições de alta tensão sem o risco de avaria eléctrica.
- Custo elevado: É importante notar que a utilização de PCB de poliimida pode contribuir para custos de projeto mais elevados. Este facto pode ser atribuído aos materiais relativamente caros, às complexidades de fabrico e montagem e ao desafio de manutenção associado a esta tipo de PCB.
- Opções limitadas: A placa de poliimida tem geralmente valores de espessura mais finos em comparação com PCB rígidoque pode não ser adequado para aplicações que exijam placas mais espessas. Além disso, nem todos os fabricantes de placas de circuito impresso oferecem placas de poliimida, exceto as especializadas Empresa de PCBA como a FS Technology, que se centram em aplicações de topo de gama.
Aplicação comum
- Automóvel: Unidade de controlo do motor do veículo, fonte de alimentação, sensor e outros componentes;
- Médico: Máquinas de raios X, CTR e instrumentos de diagnóstico;
- Militar e Defesa: Sistemas de radar, aviónica, sistema de comunicações;
- Eletrónica de consumo: smartphones, wearables, tablets e computadores portáteis;
- Domínio informático: Processadores, placas gráficas e módulos de potência, bem como sistemas informáticos, servidores e centros de dados,
Poliimida vs FR4
| Características | Poliimida | FR4 |
|---|---|---|
| Flexibilidade | Um material de PCB flexível que permite a flexão dinâmica ou estática | Material comum de PCB rígido, não flexível e firme |
| Estabilidade térmica | O valor elevado da temperatura de transição vítrea é mais elevado, pelo que tem uma melhor estabilidade térmica e pode suportar temperaturas de 250°C ou superiores | A estabilidade térmica é relativamente baixa, e a resistência a baixas temperaturas é excelente, mas pode ser um pouco fraca face a altas temperaturas, normalmente pode suportar a temperatura de 130°C a 140°C. Quando exposto a altas temperaturas durante um longo período de tempo, Materiais FR4 podem tornar-se moles, quebradiços ou perder as suas propriedades de isolamento. |
| Resistência química | Material quimicamente inerte com excelente resistência a solventes comuns, ácidos, bases, etc. | Embora os compósitos de resina epóxi reforçados com fibra de vidro tenham uma certa resistência mecânica, as suas propriedades químicas são relativamente fracas. |
| Retardador de chama | Foram utilizados aditivos retardadores de fogo durante a construção | FR4 significa grau de retardador de chama |
| Custo | Alto | Baixo |