Caracteristicas de los materiales de las PCBs

1.- Que es una PCB?

En electrónica, un circuito impreso o PCB (del inglés printed circuit board), es una superficie constituida por caminos o pistas de material conductor laminadas sobre una base no conductora. El circuito impreso se utiliza para conectar eléctricamente a través de los caminos conductores, y sostener mecánicamente por medio de la base, un conjunto de componentes electrónicos.

Ejemplo PCB

2.- Composición física

La mayoría de los circuitos impresos están compuestos por entre una a dieciséis capas conductoras normalmente de cobre, separadas y soportadas por capas de material aislante (sustrato) laminadas entre sí.

Los materiales más ampliamente usados como sustratos o aislantes son: papel fenólico, fibra de vidrio, diferentes materiales plásticos, poliamida, teflón y cerámica.

Partes fisicas de una PCB

2.1.- Laminado de Cobre

Gracias a su gran conductividad y maleabilidad, el cobre es el metal más utilizado en la electrónica, ya sea para hacer cables o para crear PCBs, en las que se pone en forma de láminas.

El espesor de cobre en estos laminados se suele expresar en una medida poco convencional: onzas por píe cuadrado. Por ejemplo una pista de un espesor de 1 onza por píe cuadrados es igual a una pista de 35 micras de espesor de cobre. Las medidas estándares más habituales para el espesor del cobre en el laminado es de ½, 1, 2 y 3 onzas por píe cuadrado, es decir 17,5, 35, 70 y 105 micras.

Laminas de cobre

2.2.- Tipos de Sustratos

1.- Los sustratos de los circuitos impresos utilizados en la electrónica de consumo de bajo costo, se hacen de papel impregnado de resina fenólica, a menudo llamados por su nombre comercial Pértinax, mas conocido como baquelita. Su nombre tecnico mas comun es FR-2. El material es de bajo costo, fácil de mecanizar y causa menos desgaste de las herramientas que los sustratos de fibra de vidrio reforzados. Las letras "FR" en la designación del material indican "retardante de llama" (Flame Retardant en inglés).

Papel fenolico (mas conocido como baquelita)

2.- Los sustratos para los circuitos impresos utilizados en la electrónica industrial y de consumo de alto costo, están hechos típicamente de un material designado FR-4. Éstos consisten en un material de fibra de vidrio, impregnados con una resina epóxica resistente a las llamas. Debido al reforzamiento de la fibra de vidrio, exhibe una resistencia a la flexión alrededor de 5 veces más alta que el Pertinax, aunque a un costo más alto.

Fibra de vidrio

3.- Los sustratos para los circuitos impresos de circuitos de radio en frecuencia de alta potencia usan plásticos con una constante dieléctrica (permisividad) baja, tales como Rogers® 4000, Rogers® Duroid, DuPont Teflón, poliamida, poliestireno y poliestireno entrecruzado. Típicamente tienen propiedades mecánicas más pobres, pero se considera que es un compromiso de ingeniería aceptable, en vista de su desempeño eléctrico superior.

Rogers 4000

4.- Los circuitos impresos utilizados en el vacío o en gravedad cero, como en una nave espacial, al ser incapaces de contar con el enfriamiento por convección, a menudo tienen un núcleo grueso de cobre o aluminio para disipar el calor de los componentes electrónicos.

5.- No todas las tarjetas usan materiales rígidos. Algunas son diseñadas para ser muy o ligeramente flexibles, usando DuPont's Kapton film de poliamida y otros. Esta clase de tarjetas, a veces llamadas circuitos flexibles, o circuitos rígido-flexibles, respectivamente, son difíciles de crear, pero tienen muchas aplicaciones. A veces son flexibles para ahorrar espacio (los circuitos impresos dentro de las cámaras y audífonos son casi siempre circuitos flexibles, de tal forma que puedan doblarse en el espacio disponible limitado.

Circuito flexible

3.- Caracteristicas genereales de los sustratos

Mecánicas

1. Suficientemente rígidos para mantener los componentes.
2. Fácil de taladrar.
3. Sin problemas de laminado.

Químicas

1. Metalizado de los taladros.
2. Retardante de las llamas.
3. No absorbe demasiada humedad.

Térmicas

1. Disipa bien el calor.
2. Coeficiente de expansión térmica bajo para que no se rompa.
3. Capaz de soportar el calor en la soldadura.
4. Capaz de soportar diferentes ciclos de temperatura.

Eléctricas

1. Constante dieléctrica baja para tener pocas pérdidas.
2. Punto de ruptura dieléctrica alto.

4.- Nombre técnico de diferentes sustratos

-- FR-1 (Papel Fenólico (baquelita))

-- FR-2 (Papel Fenólico (baquelita))

             -- FR-3 (Papel Fenólico (baquelita) y Epoxi)

Papel Fenolico (baquelita)

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-- FR-4 (Fibra de Vidrio y Epoxi)

-- FR-5 (Fibra de Vidrio y Epoxi)

-- G-10 (Fibra de Vidrio y Epoxi)

-- CEM-3 (Fibra de Vidrio y Epoxi)

-- CEM-4 (Fibra de Vidrio y Epoxi)

Fibra de vidrio y epoxi

Fibra de vidrio y epoxi

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-- CEM-1 (papel y Epoxi)

-- CEM-2 (papel y Epoxi)

Papel y epoxi

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-- FR-6 (Vidrio mate y Polyester)

-- CEM-5 (Fibra de Vidrio y Poliéster)