Materiales base

Seleccionar el acabado superficial y optimizar el diseño son pasos importantes para asegurar que su producto funciona correctamente, pero, ¿es ese el final del proceso? No, también tiene que asegurarse de que el material especificado está disponible en la fábrica y de que esa fábrica tiene la certificación UL para usar dicho material.

NCAB sabe que hay muchas opciones en cuanto a materiales, y con nuestro conocimiento técnico podemos ayudarle en la selección del mejor material que cumpla con sus especificaciones.

Materiales rígidos

¿Cómo debería ser especificado un material?

Nuestra recomendación es no concretar, siempre que sea posible, una marca o tipo específico de material, ya que esto puede limitar las opciones de la cadena de suministro referentes a quién puede suministrar el proyecto. La razón es que, mientras que hay muchas marcas de material conocidas que son usadas en nuestras fábricas, en algunos casos la fábrica tiene otras marcas o preferencias con las que se obtienen las mismas especificaciones del material. La disponibilidad y el precio pueden entonces convertirse también en factores que decidan la marca a usar.

Esto no significa que usted no pueda especificar materiales conocidos, al contrario. Si tiene experiencia con un material que sabe que funciona bien con su producto, entonces puede referirse a él con un comentario añadido que diga “o similar”, y los técnicos y el departamento de aprovisionamiento de NCAB pueden revisarlo y ofrecerle una alternativa que cumpla sus necesidades funcionales sin poner en peligro las especificaciones.

Todos los fabricantes de material conocidos tendrán sus productos categorizados de acuerdo a IPC 4101 (especificación de materiales base para circuitos impresos rígidos y multicapa), una norma cuyo objeto es identificar y categorizar las características recogidas en las especificaciones. Usar el concepto de categorización es la mejor solución, ya que define en detalle las características del material base, y permitir a las fábricas seguir la categorización IPC-4101-xxx les ayuda a seleccionar el material con conocimiento de causa y a asegurar que el rendimiento no estará por debajo de lo esperado.

Si desea más información acerca de IPC 4101 o de métodos de especificación de materiales, por favor contacte con NCAB Group y estaremos encantados de poder ayudarle.

Factores clave en la especificación de las características de los materiales

Cuando se consideran las características del material base, se deben tener en cuenta tanto las propiedades mecánicas (específicamente en relación a cómo debería comportarse el material durante los ciclos de calor asociados a las operaciones de soldadura) y también las propiedades eléctricas del material. Estos se consideran habitualmente los factores más comunes para la selección de materiales para productos estándar. Por supuesto, todos los materiales a considerar deben cumplir el límite de inflamabilidad UL V-0.

Resumen de las características clave de los materiales.

  • CTE – Z axis(Co-efficient of thermal expansion): This is a measure of how much the base material will expand when heated. Measured as PPM/degree C (both before and after Tg) and also in % over a temperature range.
  • Td (Decomposition temperature): This is the temperature at which material weight changes by 5%. This parameter determines the thermal survivability of the material.
  • Tg (Glass transition temperature): The temperature at which the material stops acting like a rigid material and begins to behave like a plastic / softer.
  • T260 (Time to delamination): This is the time it take for the base material to delaminate when subjected to a temperature of 260 degrees C.
  • T288 (Time to delamination): This is the time it take for the base material to delaminate when subjected to a temperature of 288 degrees C.
  • Dk (Dielectric constant): The ratio of the capacitance using that material as a dielectric, compared to a similar capacitor which has a vacuum as its dielectric.
  • CTI (Comparative tracking Index): A measure of the electrical breakdown properties of an insulating material. It is used for electrical safety assessment of electrical apparatus. Rating can be seen below.
Tracking Index (V) PLC
600 and greater0
400 through 5991
250 through 3992
175 through 2493
100 through 1744
< 1005

La siguiente tabla muestra un resumen de algunas de las características incluidas en las clasificaciones de la norma IPC-4101, resaltando algunos de los detalles referenciados.

IPC-4101 99101121 124126127 128129130
Tg (min) C150110110150170110150170170
Td (min) C325310310325340310325340340
CTE Z 50-260 C3,5%4%4%3,50%3%4%3,50%3,50%3%
T260 (min) minutes303030303030303030
T288 (min) minutes555515551515
Fillers > 5%YesYesNANAYesYesYesNAYes
Dk/Permittivity (max)5,45,45,45,45,45,45,45,45,4

Substrato de Metal Aislado (Insulated Metal Substrate, IMS)

Nuevas oportunidades para IMS

Para grandes cantidades de energía o cargas localizadas de temperatura, por ejemplo, en construcciones modernas con LEDs de alta intensidad, se puede usar la tecnología IMS. El acrónimo IMS quiere decir “Substrato de Metal Aislado”. Se trata de un PCB construido sobre una placa de metal – normalmente aluminio – sobre la cual se aplica un prepreg especial cuyas características principales son una buena conductividad térmica y una gran resistencia dieléctrica a los voltajes altos. Junto a EBV y otras compañías, NCAB ha tomado parte en el desarrollo de un producto para demostrar la tecnología. El objetivo es atraer la atención del mercado acerca de las posibilidades de combinar LEDs de alta intensidad con la tecnología IMS.

El componente más importante – el prepreg conductor de calor – es un material cerámico o basado en el boro que se produce específicamente para ser capaz de conducir grandes cantidades de calor. Su conductividad térmica es normalmente de 8 a 12 veces superior a la del FR4.

Las ventajas de los PCBs IMS en la disipación de calor

Un PCB IMS se puede diseñar con una Resistencia térmica muy baja. Si, por ejemplo, compara un PCB FR4 de 1.6 mm con un PCB IMS con un prepreg térmico de 0.15 mm, encontrará que la disipación de calor es más de 100 veces mayor que la del PCB FR4. En el producto basado en FR4 es muy difícil disipar el calor.

NCAB ofrece una gran variedad de materiales que cubren casi todas las necesidades del cliente – sea con una marca concreta o, como se comentaba en otros apartados, con un material equivalente de acuerdo a las características de clasificación de los materiales IPC 4101. Los materiales disponibles se categorizan en cuatro apartados – estándar (disponibles comúnmente), avanzados (específicos de un número reducido de fábricas), flexibles e IMS.

Otra solución es combinar los circuitos basados en FR4 con taladros, por ejemplo, que estén rellenados con pasta de alta conductividad térmica, dando al PCB mejores capacidades térmicas de lo normal. Esta solución es normalmente más económica, ya que se sigue usando tecnología FR4.

Cuando se consideran las características del material base, se debe prestar atención tanto a sus características mecánicas (especialmente a su comportamiento frente a cambios de temperatura y en el proceso de soldadura) como a las características eléctricas

Si tiene alguna pregunta sobre materiales base, póngase en contacto con su oficina local de NCAB Group

Recomendaciones de material

A continuación encontrarás recomendaciones de materiales para diferentes condiciones y tecnologías. No obstante, es importante señalar que se deben considerar como recomendaciones muy básicas. Igualmente, recomendamos que el cliente evalúe su proceso y defina los factores que los materiales tendrán que soportar, como temperaturas pico, tiempo por encima de la temperatura de liquidus y que tenga en cuenta los requisitos para Td, T260 y T288.

Materiales conforme a IPC 4101/121 (mín. Tg 130 ° C)

Total thickness ≤ 1.60mm
Number of layers1 to 4
Copper< 70µm

Material conforme a IPC 4101/99 o /124

Total thickness ≤ 2.40mm
Number of layers6 to 12
Copper≤ 70µm
Blind / Buried vias / µvias

Material conforme a IPC 4101/126 o /129

Total thickness>2.40mm
Number of layers12+
Copper> 70µm
Blind / Buried vias / µvias

En NCAB, la experiencia práctica muestra que en un entorno de ensamblaje / soldadura controlado y en entornos operativos menos avanzados, un material que esté dentro de IPC-4101C /21 puede, junto con tecnología básica, funcionar también en un entorno sin plomo.

Los grados más bajos de FR-4 que NCAB ha aprobado en nuestra lista de materiales en cada fábrica en principio cumplirán /121 en la mayoría de los puntos. Eso es con la excepción del tiempo hasta la delaminación a T260 °C o T288 °C. En este punto, podría ser necesario usar materiales de grado alto.