Cómo el material de PCB de alta conductividad térmica resolverá el problema de la disipación del calor

Los PCB, también conocidos como circuitos impresos, son estructuras en capas compuestas por láminas de cobre intercaladas entre capas de vidrio epoxi. Estas capas sirven de soporte mecánico y eléctrico para los componentes. Las láminas de cobre de alta conductividad constituyen el circuito conductor de la placa de circuito impreso, mientras que la capa de epoxi y vidrio es el sustrato no conductor.

Material de pcb de alta conductividad térmica

La conductividad térmica es la capacidad de un material para transferir calor fuera de un dispositivo. Cuanto menor es la conductividad térmica, menos eficiente es el dispositivo. Los materiales de alta conductividad térmica pueden eliminar la necesidad de vías y producir una distribución más uniforme de la temperatura. Esto también reduce el riesgo de expansión volumétrica localizada, que puede provocar puntos calientes cerca de componentes de alta corriente.

Una placa de circuito impreso típica de un ordenador personal puede constar de dos planos de cobre y dos capas de trazas exteriores. Su grosor es de unos 70 um y su conductividad térmica es de 17,4 W/mK. El resultado es que el PCB típico no es un conductor térmico eficiente.

Monedas de cobre

Las monedas de cobre son pequeños trozos de cobre incrustados en la placa de circuito impreso. Se colocan debajo del componente que produce más calor. Su alta conductividad térmica les permite transferir el calor del componente caliente a un disipador. Pueden fabricarse en diferentes formas y tamaños para adaptarse a las zonas deseadas y pueden metalizarse para garantizar una conexión estanca.

Vidrio-epoxi

El problema de la disipación del calor es cada vez más importante en electrónica. Un exceso de calor puede provocar un bajo rendimiento y un fallo prematuro. Actualmente, las opciones de disipación del calor son limitadas, sobre todo en entornos extremos. Una de las soluciones a este problema es el uso de material epoxi de vidrio para PCB de alta temperatura, o HDI-PCB. Este material es capaz de resolver este problema al tener una conductividad térmica más de doscientas veces mejor que el compuesto FR4.

La resina epoxi de vidrio tiene una excelente resistencia al calor y a las llamas. Tiene una elevada temperatura de transición vítrea y una alta conductividad térmica. Puede servir como capa aislante y como capa de disipación del calor. Puede fabricarse por impregnación o revestimiento. La conductividad térmica del PCB de epoxi de vidrio mejorará el rendimiento y la estabilidad de los componentes electrónicos.

Placas de circuito impreso con núcleo metálico

Los fabricantes de placas de circuito impreso con núcleo metálico han introducido nuevos sustratos para placas que pueden soportar altas temperaturas. Esto les permite aplicar selectivamente capas de cobre más gruesas que tienen una mayor conductividad térmica. Este tipo de PCB permite una mejor disipación del calor y puede utilizarse para patrones de circuitos finos y embalaje de chips de alta densidad.

Además de ofrecer una mayor conductividad térmica, las PCB metálicas también son dimensionalmente estables. Las PCB de núcleo metálico de aluminio tienen un cambio de tamaño de 2,5-3% cuando se calientan, lo que las hace ideales para aplicaciones de alta potencia. Sus propiedades de baja expansión térmica también las hacen adecuadas para una alta potencia de conmutación. El metal más utilizado para un PCB de núcleo metálico es el aluminio, que es barato y reciclable. Su alta conductividad térmica permite un rápido proceso de enfriamiento.

Otro problema asociado a la disipación del calor es el riesgo de calentamiento excesivo. El calor generado por los componentes que generan calor debe eliminarse de la placa; de lo contrario, el PCB no rendirá al máximo. Afortunadamente, ahora existen nuevas opciones para resolver este problema. Los PCB con núcleo metálico de alta conductividad térmica son un nuevo tipo de solución térmica que puede superar estos problemas.

Sustratos FR4

Las placas de circuito impreso son estructuras en capas hechas de láminas de cobre y polímeros reforzados con vidrio. Soportan y conectan componentes electrónicos. El cobre crea un circuito conductor dentro del circuito impreso, mientras que la capa de vidrio epoxi actúa como sustrato no conductor.

Los componentes de alta potencia se colocan mejor cerca del centro de la placa de circuito impreso que en los bordes. Esto se debe a que el calor se acumula cerca de los bordes y se dispersa hacia fuera. Además, el calor de los componentes de alta potencia debe situarse lejos de los dispositivos sensibles, y el calor debe canalizarse a través de la placa de circuito impreso.

El material de PCB de alta conductividad térmica es la mejor solución para la disipación del calor, ya que permite una rápida transferencia del calor y evita su acumulación. Los PCB de alta tecnología utilizan base de cobre, aluminio o cerámica como material de sustrato. Esto resolverá los problemas de disipación de calor y hará que los PCB sean más duraderos.

Lo que hay que saber antes de encargar un proyecto de PCB

Si va a encargar un proyecto de placa de circuito impreso, hay algunas cosas que debe tener en cuenta. Por ejemplo, debe comprobar dos veces sus trazas antes de hacer el pedido. Además, debe asegurarse de que la lista de materiales y el archivo de perforación coinciden. Además, debe elegir el material adecuado.

Doble comprobación de las trazas

A la hora de encargar una placa de circuito impreso a un fabricante, es fundamental comprobar dos veces las pistas y el espaciado de la placa. El grosor y la anchura de las pistas de tu proyecto determinarán la cantidad de corriente que puede circular por el circuito. Puedes utilizar una calculadora de anchura de trazas en línea para encontrar la anchura de trazas ideal. Así reducirás las posibilidades de que se rompan las conexiones.

Comprobación de la lista de materiales

El primer paso para pedir componentes de PCB es comprobar la lista de materiales. Le ayudará a evitar que falten componentes o que los números sean incorrectos. Utilizar la lista de materiales también es beneficioso a la hora de buscar piezas. La descripción del componente ayudará al comprador y a la empresa de montaje a encontrar una pieza de repuesto adecuada. También les ayudará a confirmar que las piezas tienen el NPF correcto.

Es importante comprobar la lista de materiales antes de enviar el proyecto de placa de circuito impreso a un fabricante. Incluso un pequeño error puede causar problemas durante el proceso de montaje de la placa. También debe llevar un registro de los cambios realizados en la lista de materiales y etiquetarlos claramente. La versión más actualizada de la lista de materiales es la que debes utilizar.

Una vez que tenga la lista de materiales, debe averiguar el coste del componente que va a pedir. Es importante saber exactamente lo que vas a pagar. El precio de sus componentes debe coincidir con la lista de materiales de su proyecto de PCB. Si no es así, puede que tengas que sustituir los componentes o incluso cambiar el diseño.

Comprobación del archivo de perforación

Puede comprobar fácilmente su archivo de perforación antes de encargar su proyecto de PCB a una empresa de fabricación de PCB. Sin embargo, hay algunas cosas importantes que debe recordar antes de realizar un pedido. El primer paso es asegurarse de que el archivo tiene el formato correcto. Puede utilizar un visor de archivos gerber para volver a comprobar su archivo.

Un archivo de taladrado es un archivo secundario que explica dónde deben taladrarse los agujeros en la PCB. Este archivo debe enviarse junto con los archivos Gerber. Si su archivo Drill no especifica las ubicaciones o tamaños de los orificios, su pedido de PCB no superará la auditoría.

El archivo de perforación también debe contener una lista de herramientas. En ella se enumeran las herramientas necesarias para cada orificio. La lista de herramientas debe incluirse en el archivo de taladrado o enviarse como un archivo de texto independiente. Si no se incluye esta lista de herramientas en el plano de fabricación, se eliminarán las verificaciones automáticas y se producirán más errores a la hora de introducir los datos.

Elegir los materiales adecuados

Elegir los materiales adecuados para su proyecto de PCB es esencial. Las propiedades físicas de los materiales de las placas de circuito impreso pueden afectar significativamente al rendimiento de la placa. Por ejemplo, una constante dieléctrica más baja implicará dieléctricos más finos y un menor grosor de la placa, mientras que una constante dieléctrica más alta conllevará mayores pérdidas. Esta información le ayudará a limitar su selección de materiales para PCB y a encontrar los que ofrezcan el rendimiento necesario.

A continuación, debe determinar el número de capas de enrutamiento de su placa de circuito impreso. Para un diseño de PCB sencillo, puede haber sólo una o dos capas, mientras que un diseño moderadamente complejo puede necesitar de cuatro a seis capas. Los diseños más complicados pueden requerir ocho capas o más. El número de capas afectará directamente al coste de su proyecto de PCB.

Cómo conocer el acabado superficial a partir del color de la placa de circuito impreso

Si se pregunta cómo saber el acabado superficial de una placa de circuito impreso, no es el único. El color de una PCB puede revelar su acabado superficial. También puede ver una designación de color llamada ENIG u oro duro, plata o rojo claro. Independientemente de lo que vea, querrá asegurarse de que la PCB está chapada para proteger la superficie.

ENIG

El acabado superficial ENIG es uno de los más populares para placas de circuito impreso. Se fabrica combinando oro y níquel. El oro ayuda a proteger la capa de níquel de la oxidación, y el níquel actúa como barrera de difusión. La capa de oro tiene una baja resistencia de contacto y suele ser una capa fina. El grosor de la capa de oro debe ser coherente con los requisitos de la placa de circuito. Este acabado superficial contribuye a prolongar la vida útil de la placa de circuito impreso. También tiene un excelente rendimiento eléctrico y mejora la conducción eléctrica entre los componentes de la placa de circuito impreso.

El acabado superficial ENIG tiene un coste más elevado pero un alto índice de éxito. Es resistente a múltiples ciclos térmicos y presenta una buena soldabilidad y unión de cables. Se compone de dos capas metálicas: una capa de níquel protege la capa de cobre base de la corrosión, y una capa de oro actúa como capa anticorrosión para el níquel. La ENIG es adecuada para dispositivos que requieren altos niveles de soldabilidad y tolerancias estrechas. Además, no contiene plomo.

Oro duro

El oro duro es un costoso acabado superficial para PCB. Es un acabado duradero y de alta calidad que suele reservarse para componentes sometidos a un gran desgaste. El oro duro suele aplicarse a los conectores de borde. Su uso principal es proporcionar una superficie duradera a los componentes que se someten a un accionamiento frecuente, como los contactos de la batería o los contactos del teclado.

El oro electrolítico duro es una capa de chapado en oro sobre una capa barrera de níquel. Es el más duradero de los dos y suele aplicarse en zonas susceptibles de desgaste. Sin embargo, este acabado superficial es muy caro y tiene un bajo factor de soldabilidad.

Plata

Dependiendo de la composición de la PCB, puede fabricarse con diferentes colores y acabados. Los tres colores más comunes para las superficies de PCB son plata, oro y rojo claro. Los PCB con un acabado superficial dorado suelen ser los más caros, mientras que los plateados son más baratos. El circuito de la placa de circuito impreso está hecho principalmente de cobre puro. Como el cobre se oxida fácilmente cuando se expone al aire, es muy importante proteger la capa exterior de la PCB con una capa protectora.

Los acabados superficiales de plata pueden aplicarse mediante dos técnicas diferentes. La primera técnica es la inmersión, en la que el tablero se sumerge en una solución que contiene iones de oro. Los iones de oro de la placa reaccionan con el níquel y forman una película que cubre la superficie. El grosor de la capa de oro debe controlarse para que el cobre y el níquel sigan siendo soldables, y el cobre quede protegido de las moléculas de oxígeno.

Rojo claro

El acabado de la superficie de un PCB puede ser brillante, no brillante o rojo claro. Un acabado no brillante tiende a tener un aspecto más poroso, y un acabado brillante tiende a ser reflectante y duro como un caparazón. El verde es el color de PCB más popular y también uno de los menos caros. Es importante limpiar los PCB antes de utilizarlos para evitar que se oxiden.

Aunque el color de la máscara de soldadura no es un reflejo directo del rendimiento de la placa de circuito impreso, algunos fabricantes lo utilizan como herramienta de diseño. El color es ideal para PCB que requieren una visibilidad brillante y contrastes nítidos. Las PCB rojas también resultan atractivas cuando se combinan con serigrafías.

Paladio químico

El uso del acabado superficial de paladio químico en sus placas de circuito impreso evita la formación de almohadillas negras en la placa, y tiene muchas ventajas, como una excelente soldabilidad y unión de alambres de aluminio y plata. Este tipo de acabado también tiene una vida útil extremadamente larga. Sin embargo, también es más caro que otros acabados y requiere un plazo de entrega más largo.

El proceso de acabado superficial de las placas de circuito impreso ENEPIG consta de varios pasos, cada uno de los cuales requiere un control minucioso. En el primer paso, se activa el cobre, seguido de la deposición de níquel químico y paladio. Después, la placa de circuito pasa por un procedimiento de limpieza, para eliminar los residuos de oxidación y el polvo de la superficie.

HASL sin plomo

Si está buscando una nueva placa de circuito impreso, quizá se pregunte cómo distinguir los acabados superficiales HASL sin plomo de las placas de circuito impreso con plomo. Aunque el HASL tiene un aspecto atractivo, no es ideal para componentes de montaje superficial. Este tipo de acabado no es plano, y los componentes más grandes, como las resistencias, no pueden alinearse correctamente. En cambio, el HASL sin plomo es plano y no utiliza soldadura con plomo. En su lugar, utiliza una soldadura con base de cobre que cumple la directiva RoHS.

El HASL ofrece una soldabilidad de alta calidad y puede soportar múltiples ciclos térmicos. En su día fue el estándar de la industria, pero la introducción de las normas RoHS hizo que dejara de cumplirlas. Hoy en día, el HASL sin plomo es más aceptable en términos de impacto medioambiental, así como de seguridad, y es una opción más eficiente para los componentes electrónicos. Además, se ajusta mejor a la directiva RoHS.

Cómo realizar el proceso de panelización de placas de circuito impreso

Para reducir los costes de fabricación, es posible panelar las matrices de placas integradas. En este artículo se analizan las distintas opciones disponibles, como el uso de una cortadora láser, una sierra o una fresadora. El primer paso consiste en diseñar la placa por sí misma. El diseño debe incluir la tabla y las dimensiones de todo el panel.

Las matrices de placas integradas pueden panelarse para reducir los costes de fabricación

La panelización de placas embebidas permite reducir el número de componentes individuales y el coste global de fabricación. Puede colocar las placas una al lado de la otra hasta una anchura de cuatro pulgadas y 7,5 pulgadas. El panelado le permite ahorrar espacio en su planta de fabricación y evitar costosas y lentas operaciones de montaje.

El panelado ayuda a proteger la integridad de una placa de circuito impreso al tiempo que permite a los fabricantes de PCB de China producir varias placas a la vez. Sin embargo, el panelado de PCB debe realizarse con cuidado. El proceso puede generar mucho polvo y las placas ensambladas pueden necesitar una limpieza adicional antes del envío. Además, los componentes que sobresalen pueden caer en las piezas adyacentes. Si los salientes son lo suficientemente pequeños, pueden utilizarse "agujeros de separación" en cada placa para evitarlo.

Para construir un panel utilizando varias PCB, primero debe construir un panel con pilas de capas de PCB compatibles. Para ello, seleccione PCB que compartan el mismo archivo de diseño de PCB y cree un panel con varias PCB. A continuación, puede utilizar los comandos de panelización para crear un panel compuesto por una o varias PCB.

Utilizar una cortadora láser

El uso de una cortadora láser para despiezar un conjunto de placas de circuito impreso elimina la necesidad de utilizar una fresadora. A diferencia de otros métodos de corte, el fresado por láser no requiere una matriz mecánica y es adecuado para placas de circuito impreso con tolerancias estrechas. También puede cortar sustratos de circuitos flexibles y fibras de vidrio.

A diferencia de una sierra, una cortadora láser puede panelar un conjunto de placas de circuito impreso de forma rápida y eficaz. Los láseres son más adecuados para placas finas, y el grosor óptimo para un conjunto de placas de circuito impreso es de un mm. Sin embargo, si la placa tiene componentes que sobresalen, el láser puede dañarlos. Además, el uso de una cortadora láser para panelar un conjunto de placas de circuito impreso puede dejar un borde áspero, lo que puede requerir trabajo adicional.

El tamaño del panel es otro factor a tener en cuenta. Si la placa de circuito impreso es más ancha que la longitud de la matriz, resulta más eficaz apilar placas. Sin embargo, esta estrategia tiene un inconveniente: provocará una caída excesiva durante la soldadura a máquina de los agujeros pasantes.

Utilizar una sierra

El proceso de panelización implica la retirada de placas de circuito impreso individuales de un panel de placas de circuito impreso. Esto puede hacerse manualmente o con una hoja de sierra. En ambos casos, se retira el material laminado de la parte superior e inferior de la placa de circuito impreso. El centro de la placa de circuito impreso se deja intacto para mantener el formato del panel.

La forma más común y barata de panelizar un conjunto de placas de circuito impreso es utilizando una sierra. La sierra permite separar las placas individuales mediante ranuras en V. Este método permite separar las placas fácil y rápidamente. Este método permite separar las placas con facilidad y rapidez. Es un método relativamente sencillo, y la sierra le ayuda a cortar las placas con precisión.

Otra técnica para panelar un conjunto de placas de circuito impreso es el fresado de pestañas. Este proceso fresa la placa de circuito a lo largo de los contornos. Esta técnica conserva los puentes de material que sujetan la placa durante el proceso de fabricación. Sin embargo, no es adecuada para grandes transformadores u otros componentes pesados. Sin embargo, reduce la carga que soporta la placa de circuito impreso y puede reducir el riesgo de astillado.

Utilizar un router

Si vas a utilizar una fresadora para realizar el proceso de panelización de placas de circuito impreso, ten en cuenta los riesgos que conlleva. Lo primero que debes saber es que las fresadoras generan polvo y vibraciones. Si los paneles son muy gruesos, será mejor que utilices una cortadora láser. Como alternativa, puedes utilizar una herramienta de cuchilla de gancho. Este método es menos eficaz, pero mucho más barato.

Otro método de panelización es el enrutamiento de ranura en V, que utiliza pestañas perforadas para mantener las placas de circuito impreso en su lugar. Estas lengüetas pueden tener entre tres y cinco orificios. Las ventajas de este método son la flexibilidad y la facilidad de desmontaje. Sin embargo, este método no es recomendable para placas de circuito impreso con formas irregulares o agujeros pequeños.

Utilización de una herramienta de cuchilla en forma de gancho

Al panelar un conjunto de placas de circuito impreso, es importante seguir el procedimiento correcto. El uso de una herramienta incorrecta puede provocar la rotura de la placa. Para evitarlo, es importante medir cuidadosamente la placa de circuito impreso y cortar cada panel a la profundidad correcta. Además, asegúrese de dejar un espacio mínimo de 0,05 pulgadas en el borde de cada panel.

Hay muchos métodos diferentes de panelización. Algunos métodos son más eficaces que otros. Algunos métodos requieren el uso de una herramienta de cuchilla en forma de gancho, que es cara e ineficaz cuando se trabaja con tableros más gruesos. Otros métodos requieren el uso de una fresadora depaneladora, que puede causar polvo y otros problemas.