Las placas de circuito impreso se fabrican utilizando una combinación de sustratos dieléctricos, láminas de cobre, prepregs, máscaras de soldadura y acabados superficiales. La elección de los materiales influye directamente en el rendimiento eléctrico, la estabilidad térmica, la resistencia mecánica y la fiabilidad a largo plazo.
Aunque el FR4 sigue siendo el sustrato más utilizado, muchas aplicaciones requieren materiales especializados para cumplir con requisitos más exigentes en cuanto a frecuencia, temperatura o conductividad térmica. Comprender la función de cada material ayuda a los ingenieros a seleccionar la estructura más adecuada para un diseño concreto.
Tabla de contenidos
Materiales para sustratos de PCB
El sustrato constituye la base estructural de la placa. Proporciona soporte mecánico y aislamiento eléctrico entre las capas conductoras.
En la fabricación de placas de circuito impreso se suelen utilizar varios sistemas de sustrato.
FR4
El FR4 es el material estándar del sector para la mayoría de los productos electrónicos comerciales e industriales. Combina fibra de vidrio tejida con resina epoxi, lo que le confiere buenas propiedades eléctricas y una buena relación calidad-precio.
Las aplicaciones típicas son:
- Electrónica de consumo
- Controles industriales
- Equipos de comunicación
- Módulos para la automoción
En el caso de las placas multicapa estándar, el FR4 ofrece un buen equilibrio entre rendimiento y coste de fabricación.
FR4 de alto TG
Se recomienda utilizar materiales con una temperatura de transición vítrea (TG) elevada cuando las placas se ven expuestas a temperaturas elevadas o a múltiples ciclos de soldadura sin plomo.
Los laminados con alto contenido en TG se utilizan con frecuencia en:
- Electrónica del automóvil
- Fuentes de alimentación
- Servidores
- Sistemas de control industrial
En comparación con el FR4 estándar, los materiales con un TG elevado presentan una mayor estabilidad dimensional y resistencia a la humedad.
Materiales de alta frecuencia
Las aplicaciones de radiofrecuencia y microondas suelen requerir materiales con una variación reducida de la constante dieléctrica y un factor de disipación bajo.
Algunos ejemplos habituales son:
- Laminados Rogers
- Materiales a base de PTFE
- Materiales Taconic
- Serie Megtron de Panasonic
Estos materiales se utilizan ampliamente en:
- Sistemas de radar
- Equipos de comunicación 5G
- Electrónica de satélites
- Productos de redes de alta velocidad
Materiales de poliimida
Los materiales de poliimida ofrecen una excelente resistencia térmica y flexibilidad. Se utilizan habitualmente en aplicaciones de circuitos flexibles y rígido-flexibles.
Entre los sectores más habituales se encuentran:
- Aeroespacial
- Electrónica médica
- Dispositivos portátiles
- Sistemas militares
Las placas de poliimida pueden soportar entornos adversos en los que el FR4 convencional podría no ser adecuado.
Materiales para núcleos metálicos
Las placas de circuito impreso con núcleo metálico utilizan bases de aluminio o cobre para mejorar la disipación del calor.
Se suelen utilizar para:
- Iluminación LED
- Convertidores de potencia
- Iluminación para automóviles
- Aplicaciones de alta intensidad
Las placas de circuito impreso con núcleo de aluminio siguen siendo la solución más habitual debido a su equilibrio entre rendimiento térmico y coste de fabricación.
Lámina de cobre
La lámina de cobre forma las vías conductoras que transportan las señales eléctricas y la energía por toda la placa.
Entre los pesos de cobre más habituales se encuentran:
| Peso del cobre | Espesor |
|---|---|
| 0,5 oz | 17 μm |
| 1 onza | 35 μm |
| 2 oz | 70 μm |
| 3 oz | 105 μm |
| 4 oz o más | Cobre pesado |
Un cobre más grueso mejora la capacidad de conducción de corriente, pero también afecta al espaciado entre las pistas y a las tolerancias de grabado.
Las estructuras pesadas de cobre se utilizan con frecuencia en la electrónica de potencia y en los equipos industriales.
Materiales de núcleo y prepreg
Los circuitos impresos multicapa se fabrican utilizando núcleos y prepregs.
Material del núcleo
Un núcleo está formado por un laminado curado con una lámina de cobre en ambas caras. Aporta rigidez y determina el grosor de la capa.
Prepreg
El prepreg contiene resina parcialmente curada reforzada con tejido de fibra de vidrio. Durante el laminado, el calor y la presión unen varias capas entre sí.
La combinación del núcleo y el prepreg determina:
- Grosor del tablero
- Control de impedancia
- Estabilidad mecánica
- Distancia entre capas
La selección adecuada de los materiales es fundamental para los diseños de alta velocidad y las estructuras con impedancia controlada.
Máscara de soldadura
La máscara de soldadura protege las pistas de cobre de la oxidación y evita la formación de puentes de soldadura durante el montaje.
El verde sigue siendo el color más habitual, aunque también hay una amplia variedad de modelos en negro, blanco, azul y rojo.
Además de la estética, las máscaras de soldadura mejoran:
- Aislamiento de superficies
- Resistencia a la humedad
- Resistencia química
- Fiabilidad durante el montaje
Materiales para el acabado de superficies
Los acabados superficiales protegen las placas de cobre expuestas y garantizan la soldabilidad.
Entre los acabados más habituales se incluyen:
ENIG
El níquel químico con recubrimiento de oro por inmersión ofrece una excelente planitud y resistencia a la corrosión, lo que lo hace adecuado para componentes de paso fino y paquetes BGA.
HASL
La nivelación de soldaduras con aire caliente sigue siendo una opción rentable para los ensamblajes convencionales.
Lata de inmersión
El estaño por inmersión ofrece una buena soldabilidad y se utiliza a menudo en productos de comunicaciones e industriales.
OSP
El conservante orgánico para la soldabilidad se utiliza con frecuencia en la fabricación de productos electrónicos de gran consumo debido a su bajo coste.
La elección del material depende de la aplicación
Las distintas aplicaciones plantean diferentes exigencias a los materiales de los circuitos impresos.
| Aplicación | Material común |
| Electrónica de consumo | FR4 |
| Electrónica del automóvil | FR4 de alto TG |
| Radiofrecuencia y microondas | Rogers, PTFE |
| Circuitos flexibles | Poliamida |
| Productos LED | Núcleo de aluminio |
| Servidores de alta velocidad | Materiales de baja pérdida |
| Sistemas aeroespaciales | Materiales de poliimida y cerámicos |
A la hora de seleccionar los materiales, deben tenerse en cuenta varios factores a la vez:
- Frecuencia de funcionamiento
- Requisitos térmicos
- Tensión mecánica
- Proceso de montaje
- Objetivo de costes
- Fiabilidad a largo plazo
La elección de la combinación adecuada de sustrato, lámina de cobre, prepreg, máscara de soldadura y acabado superficial contribuye a garantizar un rendimiento estable a lo largo de todo el ciclo de vida del producto.
Preguntas más frecuentes
R: El FR4 es el sustrato para placas de circuito impreso más utilizado, ya que ofrece un buen equilibrio entre rendimiento eléctrico, resistencia mecánica y coste de fabricación.
R: Los laminados de Rogers ofrecen una menor pérdida dieléctrica y una mejor integridad de la señal, lo que los hace adecuados para aplicaciones de radiofrecuencia, microondas y alta velocidad.
R: La mayoría de los circuitos flexibles utilizan película de poliimida debido a su excelente flexibilidad y resistencia a las altas temperaturas.
R: Los materiales con núcleo metálico y cerámicos ofrecen una conductividad térmica mucho mayor que el FR4 convencional, lo que los hace adecuados para aplicaciones de potencia y LED.
R: La elección del material depende de la frecuencia, la temperatura de funcionamiento, los requisitos de fiabilidad, las limitaciones mecánicas y el coste total del proyecto.