O desempenho de uma placa de circuito impresso começa muito antes de se traçar as pistas ou de se montar os componentes. O laminado selecionado para uma placa de circuito determina o seu comportamento elétrico, a sua estabilidade térmica, a sua resistência mecânica e a fiabilidade do seu fabrico.
Embora muitos engenheiros se refiram informalmente a todos os materiais de PCB como «FR4», a realidade é muito mais complexa. A fabricação moderna de PCB recorre a uma vasta gama de sistemas laminados concebidos para diferentes ambientes operacionais, frequências, temperaturas e requisitos de fiabilidade.
Compreender os materiais laminados ajuda os designers a tomar melhores decisões durante o planeamento da disposição em camadas e a seleção de materiais.
Índice
O que é um laminado para PCB?
Um laminado para placas de circuito impresso (PCB) é um material compósito formado pela combinação de materiais de reforço com sistemas de resina, sob calor e pressão.
O laminado funciona como a estrutura isolante que suporta os circuitos de cobre em toda a placa.
A maioria dos laminados é composta por:
- Material de reforço
- Sistema de resina
- Folha de cobre
Em conjunto, estes materiais constituem a base mecânica e elétrica de uma placa de circuito impresso.
Conforme abordado no nosso artigo sobre Que materiais são utilizados no fabrico de placas de circuito impresso, os laminados representam apenas uma parte do sistema completo de materiais das placas de circuito impresso, mas são os que mais influenciam o desempenho global da placa.
Os principais componentes de um laminado para placas de circuito impresso
Materiais de reforço
O reforço proporciona resistência mecânica e estabilidade dimensional.
Entre os materiais de reforço mais comuns contam-se:
- Tecido de fibra de vidro
- Fibra de vidro não tecida
- Película de poliimida
- Cargas cerâmicas
A fibra de vidro continua a ser a opção mais utilizada devido ao equilíbrio entre resistência, custo e facilidade de processamento.
Sistemas de resina
A resina une o reforço e proporciona isolamento elétrico.
Os tipos de resina mais comuns incluem:
- Epóxi
- Poliimida
- PTFE
- Éster de cianato
- Misturas de cerâmica e hidrocarbonetos
O sistema de resina determina, em grande medida:
- Propriedades dielétricas
- Resistência térmica
- Absorção de humidade
- Fiabilidade
Folha de cobre
É aplicada uma folha de cobre à superfície do laminado para formar circuitos condutores.
Os diferentes tipos de cobre podem influenciar:
- Perda de sinal
- Capacidade de traço fino
- Desempenho em condições de alta corrente
A escolha do cobre assume uma importância cada vez maior em aplicações de alta corrente e alta velocidade.
Laminados FR4
O FR4 continua a ser a família de laminados dominante no fabrico de placas de circuito impresso.
O material combina tecido de fibra de vidro com resina epóxi ignífuga, criando um substrato versátil e económico.
As aplicações mais comuns incluem:
- Eletrónica de consumo
- Sistemas de controlo industrial
- Equipamento de comunicação
- Dispositivos médicos
Para a maioria dos projetos multicamadas padrão, as propriedades do FR4 são mais do que suficientes.
Os leitores que não estejam familiarizados com os conceitos básicos do FR4 podem, em primeiro lugar, consultar o nosso artigo sobre Explicação sobre o material FR4 para placas de circuito impresso antes de explorar opções avançadas de laminados.
Laminados com elevado TG
À medida que as temperaturas de funcionamento aumentam, os materiais FR4 convencionais podem atingir os seus limites.
Os laminados com elevado teor de TG oferecem uma maior resistência a:
- Ciclagem térmica
- Delaminação
- Deformação da placa
- Vários processos de refluxo sem chumbo
Estes materiais encontram-se habitualmente em:
- Eletrónica automóvel
- Sistemas de energia industrial
- Hardware de rede
- Plataformas de servidor
Em muitos projetos modernos de múltiplas camadas, os materiais com elevado TG tornaram-se a escolha preferida para aplicações que privilegiam a fiabilidade.
Para uma análise detalhada do desempenho térmico, consulte PCB FR4 com elevado TG.
Laminados de baixa perda
Os requisitos de integridade do sinal sofreram alterações drásticas ao longo da última década.
Os sistemas digitais de alta velocidade funcionam atualmente a taxas de transmissão de dados que tornam cada vez mais difícil gerir as perdas típicas do FR4.
Os laminados de baixa perda oferecem:
- Fator de dissipação mais baixo
- Melhoria da qualidade do sinal
- Perda de inserção reduzida
- Maior consistência da impedância
São amplamente utilizados em:
- Equipamento para centros de dados
- Redes de alta velocidade
- Servidores de IA
- Infraestrutura de telecomunicações
Estes materiais preenchem a lacuna entre o FR4 padrão e os laminados especializados para RF.
Laminados de PTFE e RF
As aplicações de RF e micro-ondas exigem materiais com características dielétricas extremamente estáveis.
Os laminados à base de PTFE oferecem:
- Perda dielétrica muito baixa
- Constante dielétrica estável
- Excelente desempenho de alta frequência
As aplicações mais comuns incluem:
- Sistemas de radar
- Comunicações por satélite
- Amplificadores de RF
- Circuitos de antena
Os materiais da Rogers e da Taconic estão entre as soluções mais reconhecidas nesta categoria.
Estes materiais serão analisados mais detalhadamente em artigos futuros dedicados aos laminados Rogers e aos materiais de PTFE para placas de circuito impresso.
Laminados de poliimida
Os laminados de poliimida são concebidos para ambientes em que o desempenho térmico e a flexibilidade são fundamentais.
As vantagens incluem:
- Capacidade de funcionamento a altas temperaturas
- Excelente resistência química
- Boa estabilidade dimensional
- Longa vida útil
São frequentemente utilizados em:
- Eletrónica aeroespacial
- Sistemas militares
- Circuitos flexíveis
- Equipamento médico
Em comparação com o FR4, os materiais de poliimida oferecem, em geral, maior fiabilidade em condições extremas.
Laminados à base de cerâmica
Os laminados com enchimento cerâmico proporcionam uma melhor condutividade térmica e um melhor desempenho elétrico.
As aplicações incluem:
- Eletrónica de alta potência
- Sistemas RF
- Módulos de potência para o setor automóvel
- Iluminação LED
Os materiais cerâmicos revelam-se particularmente interessantes quando a dissipação de calor se torna uma limitação do projeto.
Como a escolha do laminado afeta o desempenho das placas de circuito impresso
O laminado influencia vários parâmetros críticos de conceção.
Integridade do sinal
A constante dielétrica e a tangente de perda afetam diretamente a qualidade do sinal.
Fiabilidade térmica
A estabilidade do material determina o comportamento da placa sob esforço térmico.
Rendimento de produção
Certos materiais exigem processos especializados de perfuração, laminação e manuseamento.
Custo
A escolha do material é, muitas vezes, um dos fatores que mais contribui para o custo total de fabrico das placas de circuito impresso.
O material mais caro nem sempre é a melhor opção. O objetivo é adequar o desempenho do material aos requisitos reais da aplicação.
Escolher o laminado certo
A escolha dos materiais deve basear-se nos requisitos de engenharia e não nas especificações de marketing.
Entre as questões a ter em conta incluem-se:
- Que frequência de funcionamento irá o circuito utilizar?
- A que temperaturas ficará a placa?
- É necessário controlar a impedância?
- Quantos ciclos de montagem estão previstos?
- Qual é a vida útil prevista do produto?
Responder a estas questões numa fase inicial ajuda a evitar custos desnecessários com materiais, mantendo simultaneamente a fiabilidade.
FAQ
R: No fabrico de placas de circuito impresso (PCB), estes termos são frequentemente utilizados de forma intercambiável. Tecnicamente, o termo «laminado» refere-se ao próprio material compósito, enquanto o termo «substrato» se refere à sua função como material de base da placa.
R: Sim. O FR4 é o laminado mais comum utilizado no fabrico de placas de circuito impresso.
R: Os materiais à base de PTFE e os laminados especializados para RF, como os da Rogers, são frequentemente utilizados em aplicações de alta frequência.
R: Reduzem a atenuação do sinal e ajudam a manter a integridade do sinal em projetos digitais e de RF de alta velocidade.
R: Não. Muitas placas multicamadas combinam diferentes sistemas de laminados para atingir objetivos específicos em termos elétricos, térmicos e de custo.