Materiales multicapa de placas de circuito impreso: clave para el rendimiento y la fiabilidad

Materiales multicapa de placas de circuito impreso: clave para el rendimiento y la fiabilidad

En la fabricación de placas de circuito impreso (PCB) multicapa, la selección de materiales influye directamente en las características eléctricas, estabilidad térmica y fiabilidad del producto final. Cada capa de la estructura de una placa multicapa cumple una función específica, y la comprensión de los materiales utilizados es decisiva para un diseño y una fabricación óptimos.

Material base (core) y prepreg

El fundamento de cualquier placa multicapa es la combinación de material base (core) y prepreg.

El core (material base) es un laminado rígido de doble cara, compuesto por fibra de vidrio impregnada con resina (generalmente FR‑4), con lámina de cobre en ambas caras. Proporciona rigidez mecánica y sirve como soporte de las circuitos internos.

El prepreg es fibra de vidrio preimpregnada con resina parcialmente curada. Se coloca entre las capas durante el proceso de laminación y las une al aplicar calor y presión. Además, actúa como aislante eléctrico entre las capas conductoras.

Entre los materiales habituales para core y prepreg se incluyen el FR‑4 estándar, epoxi con alto índice de temperatura de transición vítrea (High‑Tg), poliamida y versiones sin halógenos.

Lámina de cobre

El cobre es el material conductor que forma las capas de señal, planos de potencia y planos de tierra en PCB. El espesor del cobre se elige según los requisitos de corriente. Los espesores típicos son: 17 μm (0,5 oz), 35 μm (1 oz) y 70 μm (2 oz) por pie cuadrado.

Existen dos tipos principales de lámina de cobre:

• Electrodepositada (ED): opción más económica;

• Rodada y recocida (RA): más flexible, utilizada en aplicaciones con trazados de paso fino o requisitos de flexión.

Materiales dieléctricos

Los dieléctricos proporcionan aislamiento eléctrico entre las capas conductoras. También influyen en la velocidad de la señal, el control de impedancia y las características generales de la placa.

El FR‑4 es el dieléctrico más extendido para placas generales. Es económico y ofrece una resistencia térmica suficiente para aplicaciones estándar.

Para aplicaciones de alta temperatura o alta frecuencia, los diseñadores suelen emplear FR‑4 de alto Tg, poliamida o materiales basados en PTFE (por ejemplo, Rogers). Estos materiales avanzados ofrecen mayor resistencia térmica, menores pérdidas de señal y mayor estabilidad en condiciones severas.

Los materiales sin halógenos se emplean cada vez más en productos respetuosos con el medio ambiente y de baja inflamabilidad.

Máscara de soldadura y acabados superficiales

La máscara de soldadura es un recubrimiento de color que protege los conductores de cobre de la oxidación y evita cortocircuitos durante el proceso de soldadura. El color más habitual es el verde, aunque también existen rojo, azul, negro y blanco.

Los acabados superficiales se aplican en las zonas de cobre expuestas (por ejemplo, pads de contacto) para garantizar una buena soldabilidad y evitar la oxidación. 

Los más comunes son:

• HASL (nivelación por aire caliente con estaño);

• ENIG (níquel químico con oro de inmersión);

• OSP (recubrimiento protector orgánico para soldabilidad).

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Recomendaciones para la selección de materiales

Al elegir materiales para una PCB multicapa, los ingenieros tienen en cuenta:

• Características eléctricas, incluyendo integridad de señal y control de impedancia;

• Resistencia térmica para funcionamiento a altas temperaturas;

• Rigidez mecánica y número de capas, especialmente en estructuras gruesas o rígido‑flexibles;

• Coste, disponibilidad y compatibilidad con los procesos de fabricación.

La combinación adecuada de materiales contribuye a garantizar la fiabilidad a largo plazo y las altas prestaciones del producto final.

Conclusión

Las placas de circuito impreso multicapa son el fundamento de los sistemas electrónicos modernos, y la selección de materiales es el eje de su éxito. Comprender las propiedades y campos de aplicación de los distintos materiales de PCB permite a diseñadores e ingenieros tomar decisiones más fundamentadas y lograr mayor eficiencia, durabilidad y rendimiento.