Material FERRO

Elegir un adecuado Material de PCB puede ser una tarea abrumadora, razón por la cual esta guía explorará todos los aspectos fundamentales que necesita saber sobre los materiales FERRO.

Entonces, si desea obtener más información sobre este material, lea esta guía.

¿Qué es el material FERRO en los PCB?

Los materiales FERRO abarcan materiales ferromagnéticos que exhiben una respuesta significativa y positiva cuando se someten a un campo magnético externo.

Tienen una afinidad significativa con los campos magnéticos y pueden mantener sus características magnéticas incluso cuando se elimina el campo externo.

Los materiales FERRO incluyen algunos electrones desapareados, lo que resulta en un momento magnético neto en sus átomos. La existencia de dominios magnéticos les da sus fuertes características magnéticas.

Los dominios se alinean cuando aplica una fuerza magnetizante, lo que genera un campo magnético alto dentro de la pieza. Los materiales FERRO que puede emplear en PCB incluyen hierro, níquel y cobalto.

Material FERRO para placa de circuito impreso

¿Cuáles son algunos de los materiales FERRO que puede emplear en PCB?

Observa que los materiales FERRO poseen electrones desapareados en átomos, moléculas o iones individuales. También comparten la misma orientación del momento angular de espín y son capaces de formar dominios magnéticos con átomos alineados magnéticamente.

Se consideran materiales FERRO los siguientes metales:

Hierro

Considera que otros metales poseen esta capacidad similar al hierro debido a su abundancia y versatilidad como imán permanente natural.

Puede emplear hierro como componente del acero, que es una aleación de hierro de alta temperatura reforzada con carbono.

Cobalt

El cobalto es un metal que se encuentra con frecuencia en minerales con cobre y níquel.

Encontrará que el cobalto, a diferencia del hierro, es muy resistente a la corrosión, por lo que encuentra uso en PCB empleados en entornos hostiles.

Magnetita

La magnetita es un material FERRO con un brillo lustroso que técnicamente no es un metal. La magnetita se forma a través de la oxidación del hierro en un óxido.

Níquel

El níquel es un metal de transición y el tercero de los tres principales materiales FERRO junto con el hierro y el cobalto. El níquel es esencial para el proceso de galvanoplastia, lo que nos permite usar PCB en varios dispositivos eléctricos.

¿Dónde emplea PCB fabricados con material FERRO?

Los PCB que poseen materiales FERRO en su construcción encuentran uso en diversas aplicaciones, tales como:

• Sensores automotrices que incluyen tableros convertidores de potencia y unidades de control del motor.
• En la fabricación de embalajes y componentes de semiconductores, como condensadores cerámicos y filtros EMI.
• Los tableros específicos para la industria aeroespacial y de defensa emplean materiales FERRO.
• Usted encuentra este material en placas de circuito utilizadas en aparatos médicos.

¿Cómo afecta la temperatura de Curie al material FERRO en las PCB?

La temperatura de Curie de un material FERRO es la temperatura a partir de la cual el material pierde sus cualidades magnéticas permanentes.

Sin embargo, aún puede inducir magnetismo a estos materiales en la mayoría de las circunstancias.

La entropía térmica compite con la inclinación ferromagnética por la alineación del dipolo a medida que aumenta la temperatura.

Una transición de fase de segundo orden ocurre cuando la temperatura excede la temperatura de Curie, lo que hace que el sistema pierda la magnetización espontánea.

¿Qué propiedades térmicas son esenciales para el material FERRO utilizado en PCB?

Algunas de las propiedades térmicas esenciales cuando se utiliza material FERRO en PCB son las siguientes:

Temperatura de transición vítrea (Tg)

El temperatura de transición vítrea describe el rango de temperatura en el que se transforma un material de PCB.

La transformación suele ser de un estado sólido vítreo a uno flexible a medida que las cadenas de polímeros exhiben movimiento.

Las propiedades del material vuelven a sus estados originales después de su enfriamiento. Usted describe la temperatura de transición vítrea en grados Celsius (^oC).

Temperatura de descomposición (Td)

La temperatura a la que un material PCB FERRO se descompone químicamente es su temperatura de descomposición medida en grados Celsius (^oC).

Al construir PCB, la Td de un material es fundamental porque los cambios en sus propiedades son irreversibles.

Debe seleccionar un material FERRO que le permita trabajar a temperaturas superiores a Tg pero inferiores a Td.

La mayoría de las temperaturas de soldadura durante el ensamblaje de la placa de circuito impreso se encuentran entre 200 y 250 grados centígrados, por lo tanto, asegúrese de que la Td sea más alta.

Coeficiente de expansión térmica (CET)

La tasa de expansión de un material PCB FERRO se define a medida que su temperatura aumenta como el coeficiente de expansión térmica.

El CTE se mide en partes por millón (ppm) y se muestra con respecto al aumento en grados Celsius.

Cuando la temperatura de un material FERRO supera la Tg, el CTE sube con ella.

Debe asegurarse de que el CTE de su material en el eje z esté en el lado inferior.

Conductividad Térmica (K)

La conductividad térmica es la capacidad de un material FERRO para transportar calor medida en vatios por metro por grado Celsius (W/M/^oC).

Cuando su material tiene baja conductividad térmica, significa una mala transferencia de calor, mientras que una alta conductividad significa una gran transmisión de calor.

¿Qué propiedades eléctricas son importantes al seleccionar material FERRO para PCB?

Las propiedades eléctricas de los materiales FERRO hablan de su capacidad para conducir la corriente eléctrica. Éstos incluyen:

Permitividad relativa

La permitividad relativa de un material FERRO influye en la integridad y la impedancia de la señal, lo que a su vez influye en el rendimiento eléctrico a alta frecuencia.

La permitividad relativa fluctúa con la frecuencia disminuyendo con el aumento de la frecuencia.

Factor de disipación

El factor de disipación de un material FERRO representa la cantidad de energía perdida como resultado de la sustancia.

Pierde menos energía cuando su material tiene un factor de disipación más bajo.

Los cambios de frecuencia también afectan el factor de disipación que aumenta con un aumento de frecuencia de hasta 1 GHz.

Para las señales analógicas, es fundamental ya que controla el grado de atenuación de la señal y, por lo tanto, la relación señal/ruido.

La resistividad eléctrica

Cuanto mayor sea la resistividad eléctrica de un material FERRO, menos fácilmente permite que viaje la carga eléctrica.

La humedad y la temperatura influyen en la resistividad eléctrica, que se mide en ohmios-metros (Ω-m) u ohmios-centímetros (Ω-cm).

Resistividad de superficie

La resistividad superficial (S) se refiere a la resistencia eléctrica o aislante de la superficie de un material PCB FERRO influenciada por la humedad y la temperatura.

La resistividad superficial en los materiales PCB FERRO tiene que ser muy alta, superior a millones de megaohmios por cuadrado.

¿Qué requisitos químicos son necesarios para usar materiales FERRO en PCB?

Cuando se utiliza material FERRO en PCB, los siguientes requisitos químicos son esenciales:

Material de placa de circuito impreso FERRO

Absorción de humedad

La absorción de humedad se refiere a la capacidad de un material PCB FERRO para resistir la absorción de agua tras la inmersión.

Se calcula como el porcentaje de aumento de peso de un material derivado de la absorción de agua en entornos controlados y procedimientos de prueba convencionales.

La absorción de humedad influye en las propiedades térmicas y eléctricas del material FERRO.

También influye en la determinación de la capacidad de un material para prevenir el desarrollo de filamento de ánodo conductor (CAF).

Resistencia al cloruro de metileno

La resistencia al cloruro de metileno es una medida de la resistencia química de un material PCB FERRO, especialmente la capacidad para soportar la absorción de cloruro de metileno.

Se mide como un aumento porcentual en el peso de un material debido a la exposición regulada al cloruro de metileno.

¿Qué propiedades mecánicas deben tener los materiales FERRO en los PCB?

Las propiedades mecánicas de los materiales en las PCB son esenciales para la integridad estructural de la placa. Estas propiedades incluyen:

Pele la fuerza

La fuerza de unión entre el conductor de cobre y el material dieléctrico define la fuerza de pelado proporcionada en libras por pulgada lineal.

Mide la cantidad de fuerza necesaria para separar los materiales unidos en un ángulo de separación de 180 grados.

Fuerza flexible

La capacidad de un material FERRO para soportar la tensión mecánica sin fracturarse define su resistencia a la flexión.

La resistencia a la flexión del material de PCB se determina proporcionando soportes en los extremos y cargando el medio. La unidad de medida es libras por pulgada cuadrada.

Módulo de tracción

El módulo de tracción es una medida de resistencia para los materiales PCB FERRO que generalmente se proporciona en lugar de la resistencia a la flexión.

El módulo de tracción evalúa la relación tensión/deformación en una dirección específica y se describe como la fuerza por unidad de área.

Tiempo de delaminación

A una temperatura determinada, el tiempo de delaminación mide el tiempo que tarda un material en resistir la delaminación.

La delaminación implica la separación de la resina del laminado.

El choque térmico, la temperatura de transición vítrea inadecuada, la humedad y una técnica de laminación inferior pueden inducir la delaminación.

¿Qué tipos de placas de PCB puede emplear materiales FERRO?

Puede emplear materiales FERRO en los siguientes tipos de PCB:

PCB de una sola capa vs doble capa

• PCB de una sola capa: Forma la mayoría de los tipos de tableros con el diseño más simple y los menores costos de fabricación.

Posee solo una capa conductora para la fijación de componentes.

• PCB de doble capa: Una capa conductora está sobre un sustrato no conductor, mientras que otra está debajo.

Puede emplear vías para vincular pads en ambas placas para unir las dos capas conductoras.

• PCB multicapa: Describe una placa de circuito con tres o más capas conductoras.

Al menos una capa conductora está entre el sustrato no conductor y las capas conductoras superior e inferior.

• PCB rígido: El material del sustrato es una estructura sólida que no cede a la flexión ni al plegado. Proporciona soporte mecánico al tablero.

¿Cuáles son las pautas importantes al suministrar PCB con materiales FERRO?

Tenga en cuenta las siguientes pautas al elegir materiales FERRO para su PCB:

Las constantes dieléctricas deben coincidir

Las constantes dieléctricas del material FERRO y otros componentes de la placa deben coincidir para evitar problemas de rendimiento.

Costo

Los materiales FERRO pueden costar mucho dinero, sin embargo, obtienes las mejores propiedades para varias funciones del tablero.

Use láminas suaves y conductoras

La lámina de cobre suave reduce las pérdidas a altas frecuencias, mientras que los malos conductores pueden provocar la amortiguación del circuito.

Igualar el coeficiente de expansión térmica

Una falta de coincidencia del CTE para la inclusión de materiales POCB Los materiales FERRO pueden causar tasas de expansión separadas perjudiciales para la estructura del tablero.

¿Se pueden emplear materiales FERRO en PCB de alta frecuencia?

Con circuitos de alta frecuencia, procesa señales pequeñas o precisas.

La capacidad de los circuitos para procesar señales de bajo nivel correctamente depende de un paquete con las menores pérdidas posibles.

Las pérdidas surgen como resultado de reflexiones donde las impedancias varían con la absorción de la señal en los materiales de PCB. Los materiales FERRO te ofrecen una gran absorción de señal evitando pérdidas.

Puede realizar un seguimiento de las variaciones en la impedancia a las pérdidas causadas por los reflejos.

Además, las variaciones en el grosor del laminado, la constante dieléctrica y el ancho de la traza contribuyen a estos problemas.

Puede albergar un circuito de alta frecuencia en una placa de circuito impreso de dos capas o más cuando utilice materiales FERRO debido a su menor complejidad.

En consecuencia, puede laminar una o más capas dadas las pérdidas reducidas y las propiedades dieléctricas.

¿Por qué necesita taladrar agujeros a través de materiales FERRO en PCB?

Los recortes, las ranuras y la forma general de la placa terminada implican las propiedades fabricadas de una placa de circuito sin procesar.

Los agujeros perforados en el tablero tienen la mayor importancia.

Hay tres tipos de agujeros, cada uno con un propósito diferente de la siguiente manera:

A través de agujeros

Usted transporta señales eléctricas tanto para alimentación como para tierra a través de las capas de la placa utilizando vías que son pequeños orificios enchapados.

Las vías vienen en una variedad de formas y tamaños según la aplicación, incluidas las vías de orificio pasante, enterradas, ciegas y micro.

Vía

Agujeros de componentes

Si bien la mayoría de los componentes de la placa se montan en la superficie, muchos otros aún se unen mejor a través de un empaque de orificio pasante.

Estos suelen incluir interruptores y otras piezas mecánicas que requieren un montaje más seguro.

Agujeros mecánicos

Las características mecánicas que se conectan a una PCB, incluidos los ventiladores y los soportes, requieren orificios para la conexión.

Estos orificios generalmente no están revestidos, pero pueden estarlo cuando es necesaria una conexión a un tablero eléctrico.

Puede utilizar orificios de montaje para distribuir el calor de los componentes calientes a las capas del plano interior.

Cuando emplea tales agujeros en el proceso de fabricación, son agujeros de herramientas.

¿Cuáles son algunas de las pautas de perforación para PCB que usan material FERRO?

Hay algunas formas en que puede abordar el proceso de perforación en una placa de circuito que emplea material FERRO:

Mismo diámetro de broca

Su tablero puede implicar muchos taladros que comparten un diámetro similar, lo que requiere un cambio de brocas durante el proceso.

El cambio puede generar problemas de tolerancia que puede superar cambiando algunos de los tamaños de taladro.

Diámetro mínimo de perforación

Emplear tamaños de brocas mecánicas en relación con el grosor del tablero. La perforación con diámetros de perforación más bajos es difícil, y también el enchapado debido a la relación de aspecto de perforación más pequeña.

Evite las vías ciegas y enterradas

Solo use vías ciegas y enterradas cuando sea necesario para arquitectura de alta densidad o circuitos de alta velocidad.

El proceso de construcción de vías ciegas y enterradas aumenta significativamente el costo de fabricación de la placa.

¿Qué técnicas de perforación puede emplear en PCB utilizando materiales FERRO?

Hay dos técnicas principales de perforación disponibles durante la fabricación de PCB: perforación mecánica y láser.

• Perforación Mecánica: Los taladros mecánicos son menos precisos, pero son fáciles de usar.

Usted emplea brocas en esta tecnología de perforación para orificios que superan un diámetro de aproximadamente 6 milésimas de pulgada.

PCB de perforación mecánica

• Perforación láser: Con los taladros láser, puede proporcionar orificios mucho más pequeños con la pieza de trabajo y la herramienta evitándose entre sí durante la operación.

El control de profundidad es fácil con posibilidades de hacer vías ciegas y enterradas.

PCB de perforación láser

¿Qué aspectos tiene en cuenta al perforar PCB con material FERRO?

Al taladrar una placa de circuito impreso compuesta de material FERRO, debe tener en cuenta dos aspectos principales:

• Relación de aspecto: La capacidad de enchapar con éxito las vías internas de cobre define la relación de aspecto.

Revestir orificios más pequeños requiere mucho tiempo, por lo que requiere el uso de un baño de revestimiento.

• Taladro a separación de cobre: Constituye el área alrededor del borde de un orificio perforado y la característica de cobre. Este valor suele ser de aproximadamente ocho milésimas de pulgada y una variación menor puede interrumpir el circuito.

¿Qué problemas puede experimentar al perforar materiales FERRO en PCB?

Algunos de los problemas que experimenta al realizar el proceso de perforación incluyen:

• Desplazar la broca del eje previsto puede dificultar la precisión del orificio.
• El orificio perforado puede tener paredes rugosas que dan como resultado un revestimiento no uniforme.
• La fricción durante el proceso de perforación produce calor que derrite la resina.
• Las rebabas pueden manifestarse en los puntos de entrada y salida del taladro.
• Las capas pueden exhibir separación en un proceso de delaminación.
• Formaciones de cobre como cabezas de clavos pueden resultar del proceso.

¿Cuáles son algunas de las pautas para taladrar PCB compuestas de materiales FERRO?

Al perforar PCB de material FERRO, debe tener en cuenta los siguientes consejos:

• Mantenga la relación de aspecto al mínimo para evitar el desgaste resultante de la perforación.
• Utilice un número mínimo de tamaños de brocas para reducir el tiempo de perforación.
• Verifique la conexión creada por los orificios no enchapados y la descripción del orificio.
• Identifique los taladros y elementos de cobre colocados más allá del perfil de la placa.
• Compare la tolerancia de perforación con las vías asegurándose de que se ajustan a la relación de aspecto deseada.
• Consulte el requisito de llenado de vías y las pautas de fabricación proporcionadas.

¿Cómo se graban materiales FERRO en PCB?

El grabado es la eliminación de material de una superficie para revelar un diseño o patrón deseado.

Por lo general, emplea productos químicos líquidos en el proceso de grabado junto con los métodos de plasma y láser.

• Grabado químico: El grabado químico es un método de fabricación sustractivo que emplea productos químicos para la eliminación de material.

El procedimiento implica sumergir el material en un químico cáustico que reacciona con la región cortada disolviéndolo.

• Grabado láser: Empleas un láser de alta potencia para dar forma al rastro del sustrato a través del control de la computadora.

La energía en el rayo láser altera la composición química del material, lo que permite su liberación mediante descamación o evaporación.

• Grabado con plasma: En este proceso, enfoca una corriente de plasma de alta velocidad compuesta por una combinación de gases hacia un material.

El grabado con plasma es simple sin ningún residuo húmedo que reduce la posibilidad de contaminación y mejora las tolerancias dimensionales de la placa.

En caso de que necesite algún material FERRO o material de PCB, Venture está aquí para ayudarlo: póngase en contacto con nosotros.