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¿Qué es la PCB FR4? Una descripción completa

Índice del contenido

Durante muchos años, la PCB FR4 ha sido el tipo de placa de circuito impreso más popular. Todavía lo es, incluso con la aparición de varios otros sustratos. Entonces, ¿qué es este material y de qué está hecho? Para obtener más información sobre la placa PCB FR4, lea la descripción detallada a continuación, comenzando con la definición.

¿Qué es la placa de circuito impreso FR4?

PCB FR4 significa un tipo de placa de circuito impreso que contiene FR4 como base y material preimpregnado. La forma completa de FR4 es "retardante de llama". Se refiere a un material que no propagará el fuego y que cumple con la norma UL94V-0 para retardo de llama.

El número "4", por otro lado, se utiliza para la resina reforzada con vidrio que se utiliza para fabricar FR4. Representa un estándar que NEMA utiliza para denotar el material en función de sus características.

Para fabricar la PCB FR4, la resina se mezcla con fibras de vidrio y se utiliza para crear láminas resistentes. Para retardar la llama se añaden diferentes compuestos. Estos pueden ser a base de halógeno, como los tipos bromados o no halógenos.

Además de ofrecer retardo de llama y excelente resistencia mecánica, el FR4 en placas PCB ofrece aislamiento y otras propiedades como la capacidad de soportar altas temperaturas.

PCB FR4 de alta Tg para aplicaciones espaciales
PCB FR4 de alta Tg para aplicaciones espaciales
Recurso: https://www.researchgate.net

Material de PCB FR4

El material de PCB FR4 se compone básicamente de lo siguiente: fibras de vidrio, resina epoxi y varias otras sustancias; la composición exacta varía según los diferentes fabricantes. Generalmente, el uso de diferentes composiciones y estructuras de materiales da lugar a este tipo de PCB FR4.

Estándar FR4

Este es el FR4 convencional con propiedades básicas. También es uno de los más comunes cuando se trata de aplicaciones básicas de placas de circuito. El FR4 estándar no posee las propiedades de alta gama destinadas a condiciones más exigentes, como temperaturas extremas y otros entornos.

Tg alta FR4

Tg significa transición vítrea y temperatura Tg, el nivel de calor en el que un material sólido comienza a cambiar de estado y se vuelve gomoso o blando. High TG FR4 significa un material de PCB que puede soportar niveles de calor más altos (superiores a 170 °C), sin cambiar de forma.

Alto CTI FR4

CTI significa Índice de seguimiento comparativo. Cuando se usa en PCB, se refiere a la capacidad del laminado para resistir la corriente que fluye en las pistas o trazas de cobre. Por lo tanto, un CTI FR4 alto ofrece un valor resistivo más alto para corrientes no deseadas en caso de fugas.

Libre de halógenos FR4

Una PCB FR4 libre de halógenos no contiene compuestos halógenos o los contiene en cantidades muy bajas (e insignificantes). Este tipo de material de PCB FR4 se está convirtiendo en la norma hoy en día, dada la naturaleza tóxica de los halógenos y el cambio hacia placas de circuitos más seguras por parte de los usuarios de todo el mundo.

FR4 sin cobre

Copper-less FR4 es un tablero que no contiene capas ni rastros de cobre. Fabricado en FR4, tiene todas sus propiedades, pero no puede conducir electricidad. Por lo tanto, se utiliza principalmente para aislamiento o, más comúnmente, como placa de refuerzo en placas de circuitos rígidas y flexibles.

PCB multicapa FR4
PCB multicapa FR4
Recurso: https://www.youtube.com/watch?v=Ukc_kc5OAhw

Diseño de PCB FR4

Dependiendo de las características requeridas y las necesidades de la aplicación, la placa PCB FR4 se puede fabricar en muchas estructuras o diseños diferentes; placas de circuitos de una cara, doble cara y multicapa, entre otras opciones. Estas opciones de diseño se explican con más detalle a continuación.

FR4 de una cara

Este es el diseño más básico de una hoja de PCB FR4. Se compone de una sola capa de cobre respaldada por el núcleo FR4. Básico productos electrónicos utilizar este tipo de tablero, lo que lo convierte en uno de los más comunes. Para aplicaciones que requieren empaquetar más componentes, se utiliza un tablero de doble cara.

PCB de doble cara FR4

El PCB de doble cara es más avanzado. Consta de dos capas de cobre conductor, con el laminado FR4 entre ellas. Los dos lados hacen que el tablero sea más versátil, ya que los fabricantes pueden colocar componentes en ambas superficies. Este diseño es útil en aplicaciones de alta densidad de componentes.

PCB multicapa FR4

El tablero multicapa es aún más complejo, estando compuesto por más de una lámina de FR4. El número de capas depende de la aplicación y puede oscilar entre 2 y 16, o incluso más. Para conectar las diferentes capas, se perforan pequeños agujeros llamados vías a través del tablero y se incluyen una serie de otras características.

Tabla de propiedades del material de PCB FR4
Tabla de propiedades del material de PCB FR4
Recurso: https://www.researchgate.net

Propiedades del material de PCB FR4

Además de ser retardantes de llama y ofrecer buenas propiedades de aislamiento eléctrico, los circuitos impresos fabricados con FR4 ofrecen varias características diferentes. Estos pueden o no adaptarse a una aplicación. Por lo tanto, comprenderlos puede ayudarle a tomar la decisión correcta. Las propiedades importantes de la PCB FR4 se enumeran a continuación:

Clasificación de temperatura

El material FR4 puede soportar temperaturas superiores a 345° antes de descomponerse. En términos de temperatura de funcionamiento, los PCB fabricados con este material pueden funcionar en una amplia gama de niveles de calor, normalmente entre 50 °C y 115 °C. Esta propiedad hace que el material sea perfecto para una amplia gama de requisitos de aplicación.

Conductividad Térmica

FR4 no ofrece buenas conduccion termica, con un nivel de conductividad inferior a 1W/mK (vatios por Kelvin). Esto lo convierte en un mal conductor con baja capacidad para disipar el calor. Sin embargo, la presencia de cobre en una PCB fabricada con este material mejora la conductividad por un pequeño margen.

Constante dieléctrica

Dependiendo de varios factores (composición, estructura de tejido, cantidad de resina, etc.), el material de PCB FR4 puede tener un constante dieléctrica (Dk) entre 3.3 y 4.8. Sin embargo, estos valores no son constantes y cambian con el aumento de las frecuencias de la señal. Por ejemplo, el valor Dk es 5 a 1 MHz y mayor cuando aumenta la frecuencia.

Absorción de humedad

FR4 tiene una baja tasa de absorción de humedad. Esto le confiere una gran capacidad para resistir los daños causados ​​por el agua. Cuando se sumerge en agua durante veinticuatro horas, la absorción se mide en 0.01%. Esto lo hace adecuado para su uso tanto en condiciones secas como húmedas.

Densidad

La densidad de PCB FR4 denota su relación peso-volumen. La densidad típica del FR4 es 1.85/cm³. Esto lo convierte en un material liviano pero rígido que puede adaptarse a muchos usos diferentes, desde productos electrónicos domésticos hasta PB para uso en dispositivos de comunicación portátiles.

Un ejemplo de PCB FR4 delgada
Un ejemplo de PCB FR4 delgada
Recurso: https://www.researchgate.net

Espesor de PCB FR4

El grosor puede afectar el rendimiento de una placa de circuito. Un laminado demasiado grueso, por ejemplo, puede provocar problemas de señal. Si es demasiado delgado, puede que no sea lo suficientemente fuerte para su componentes electrónicos o aplicación. Los PCB FR4 se construyen con espesores estándar o se personalizan para adaptarse a los requisitos.

Espesor estándar

La placa de circuito FR4 estándar suele tener un grosor de 1.57 mm. Fuera de esta medida, el valor puede llegar hasta 2.30 mm o incluso más. También hay tableros que tienen un grosor de hasta 0.78 mm, según las necesidades de la aplicación y otros requisitos.

Tolerancia de espesor

La tolerancia PPCB define la variación permitida en las dimensiones del tablero, en este caso, su espesor. Normalmente, esto se calcula en + o – 10%. Como ejemplo, digamos que se necesita una PCB FR4 para medir 2 milímetros con una tolerancia de 0.05. En el límite superior podrá medir hasta 2.05 mm, pero no menos de 1.95 mm de espesor en el lado inferior.

PCB FR4 negro, una de sus muchas opciones de color
PCB FR4 negro, una de sus muchas opciones de color
Recurso: https://www.researchgate.net

¿Por qué elegir PCB FR4?

FR4 es un material popular para placas de circuito impreso. Viene con una serie de características favorables que lo hacen ideal para diferentes usos de PCB. Dependiendo de la naturaleza de su solicitud o presupuesto, es posible que desee elegirlo por los siguientes motivos:

  • Bajo costo: El material de PCB FR4 cuesta menos que la mayoría de las otras opciones, como los sustratos metálicos. Esto lo convierte en una opción atractiva cuando se trata de la mayoría de los tipos de PCB, desde los diseños básicos hasta las placas de circuito complejas de varias capas.
  • Excelente resistencia mecánica: La PCB FR4 es una placa robusta que puede contener componentes pesados. Además de ser lo suficientemente rígido para su uso en condiciones difíciles.
  • Resistente a la humedad: Unido con resina, un tablero FR4 resiste la humedad, con una tasa de absorción cercana a cero. Para que puedas usarlo en condiciones de humedad.
  • Retardante de llama: Con una clasificación de inflamabilidad de UL94-V0, una placa de circuito FR4 no propagará un incendio en caso de accidentes, lo que la convierte en una opción de material seguro.

FR4 también tiene sus limitaciones. Por ejemplo, no puede disipar eficazmente el calor debido a su baja conductividad térmica. Su constante dieléctrica también cambia a frecuencias más altas, lo que puede no ser adecuado para aplicaciones que requieren impedancia controlada.

Las alternativas a FR4 incluyen PCB de aluminio y otros metales, cerámica y poliimida, especialmente cuando se trata de placas de circuitos flexibles, y CEM (material epoxi compuesto).

Conclusión

La PCB FR4 es el tipo de placa de circuito más común en la actualidad. Al ser una opción de bajo costo y poseer una variedad de propiedades favorables, es un buen laminado para una amplia gama de usos de PCB. Las industrias comunes donde las placas de circuito utilizan FR como núcleo y dieléctrico preimpregnado incluyen la automoción, la electrónica de consumo y los sistemas industriales.

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