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Material FERRO: o guia definitivo de perguntas frequentes

FERRO-Material-The-Ultimate-FAQ-Guia

Escolhendo um adequado Material PCB pode ser uma tarefa árdua – uma razão pela qual este guia irá explorar todos os aspectos fundamentais que você precisa saber sobre os materiais FERRO.

Então, se você quiser saber mais sobre esse material, leia este guia.

O que é material FERRO em PCBs?

Os materiais FERRO abrangem materiais ferromagnéticos que apresentam uma resposta significativa e positiva quando submetidos a um campo magnético externo.

Eles têm uma afinidade significativa com os campos magnéticos e podem manter suas características magnéticas mesmo quando você elimina o campo externo.

Os materiais FERRO incluem alguns elétrons desemparelhados, resultando em um momento magnético líquido em seus átomos. A existência de domínios magnéticos lhes confere suas fortes características magnéticas.

Os domínios se alinham quando você aplica uma força de magnetização, resultando em um alto campo magnético dentro da peça. Os materiais FERRO que você pode empregar em PCBs incluem ferro, níquel e cobalto.

Figura 1 Material de ferro para PCB

Material FERRO para PCB

Quais são alguns dos materiais FERRO que você pode empregar em PCBs?

Você observa que os materiais FERRO possuem elétrons desemparelhados em átomos, moléculas ou íons individuais. Eles também compartilham a mesma orientação de momento angular de spin e são capazes de formar domínios magnéticos com átomos alinhados magneticamente.

Você considera os seguintes metais como materiais FERRO:

Ferro

Você considera outros metais que possuem essa capacidade semelhante ao ferro devido à sua abundância e versatilidade como um ímã permanente natural.

Você pode empregar o ferro como componente do aço, que é uma liga de ferro de alta temperatura reforçada com carbono.

Cobalto

O cobalto é um metal que você encontra frequentemente em minério com cobre e níquel.

Você descobre que o cobalto, ao contrário do ferro, é muito resistente à corrosão, encontrando uso em PCBs empregados em ambientes agressivos.

Magnetita

A magnetita é um material FERRO com um brilho brilhante que não é tecnicamente um metal. A magnetita se forma através da oxidação do ferro em um óxido.

Níquel

O níquel é um metal de transição e o terceiro dos três principais materiais FERRO ao lado de ferro e cobalto. O níquel é essencial para o processo de galvanoplastia, permitindo o uso de PCBs em diversos dispositivos elétricos.

Onde você emprega PCBs feitos com material FERRO?

PCBs que possuem materiais FERRO em sua construção encontram uso em diversas aplicações como:

  • Sensores automotivos, incluindo placas conversoras de energia e unidades de controle do motor.
  • Na fabricação de embalagens de semicondutores e componentes como capacitores cerâmicos e filtros EMI.
  • Placas específicas aeroespaciais e de defesa empregam materiais FERRO.
  • Você encontra esses materiais em placas de circuito utilizadas em aparelhos médicos.

Como a temperatura de Curie afeta o material FERRO em PCBs?

A temperatura Curie de um material FERRO é a temperatura além da qual o material perde suas qualidades magnéticas permanentes.

No entanto, você ainda pode induzir magnetismo a esses materiais na maioria das circunstâncias.

A entropia térmica compete com a inclinação ferromagnética para o alinhamento do dipolo à medida que a temperatura aumenta.

Uma transição de fase de segunda ordem ocorre quando a temperatura excede a temperatura de Curie, fazendo com que o sistema perca a magnetização espontânea.

Quais propriedades térmicas são essenciais para o material FERRO usado em PCBs?

Algumas das propriedades térmicas essenciais ao usar o material FERRO em PCBs são as seguintes:

Temperatura de transição vítrea (Tg)

A temperatura de transição vítrea descreve a faixa de temperatura que um material PCB transforma.

A transformação é geralmente, de um estado sólido vítreo para um estado maleável à medida que as cadeias poliméricas exibem movimento.

As propriedades do material retornam aos seus estados originais após o resfriamento. Você descreve a temperatura de transição vítrea em graus Celsius (oC).

Temperatura de decomposição (Td)

A temperatura na qual um material PCB FERRO se decompõe quimicamente é sua temperatura de decomposição medida em graus Celsius (oC).

Ao construir PCBs, o Td de um material é crítico porque as mudanças em suas propriedades são irreversíveis.

Você precisa selecionar um material FERRO que permita trabalhar em temperaturas superiores a Tg, mas inferiores a Td.

A maioria das temperaturas da solda durante a montagem do PCB está entre 200 e 250 graus Celsius, garantindo assim que o Td seja mais alto.

Coeficiente de expansão térmica (CTE)

Você define a taxa de expansão de um material PCB FERRO à medida que sua temperatura aumenta como o coeficiente de expansão térmica.

Você mede a CTE em partes por milhão (ppm) exibida após o aumento de graus Celsius.

Quando a temperatura de um material FERRO excede Tg, o CTE aumenta com ele.

Você precisa garantir que o CTE do seu material no eixo z esteja no lado inferior.

Condutividade Térmica (K)

A condutividade térmica é a capacidade de um material FERRO de transportar calor medido em watts por metro por grau Celsius (W/M/oC).

Onde seu material tem baixa condutividade térmica, significa má transferência de calor, enquanto alta condutividade significa grande transmissão de calor.

Quais propriedades elétricas são importantes ao selecionar o material FERRO para PCBs?

As propriedades elétricas dos materiais FERRO falam de sua capacidade de conduzir corrente elétrica. Esses incluem:

Permissividade Relativa

A permissividade relativa de um material FERRO influencia a integridade e a impedância do sinal que, por sua vez, influenciam o desempenho elétrico em alta frequência.

A permissividade relativa flutua com a frequência diminuindo com o aumento da frequência.

Fator de dissipação

O fator de dissipação de um material FERRO representa a quantidade de energia perdida como resultado da substância.

Você perde menos energia quando seu material tem um fator de dissipação menor.

As mudanças de frequência também afetam o fator de dissipação que aumenta com um aumento de frequência de até 1 GHz.

Para sinais analógicos, é fundamental, pois controla a extensão da atenuação do sinal e, portanto, a relação sinal-ruído.

Resistividade elétrica

Quanto maior a resistividade elétrica de um material FERRO, menos facilmente ele permite que a carga elétrica viaje.

A umidade e a temperatura influenciam a resistividade elétrica que você mede em ohm-metros (Ω-m) ou ohm-centímetros (Ω-cm).

Resistividade superficial

A resistividade da superfície (S) refere-se à resistência elétrica ou isolante da superfície de um material PCB FERRO influenciada pela umidade e temperatura.

A resistividade da superfície em materiais PCB FERRO deve ser muito alta acima de milhões de mega-ohms por quadrado.

Quais requisitos químicos são necessários para o uso de materiais FERRO em PCBs?

Ao usar o material FERRO em PCBs, os seguintes requisitos químicos são essenciais:

Figura 2 Material FERRO PCB

Material FERRO PCB

Absorção de Umidade

Absorção de umidade refere-se à capacidade de um material PCB FERRO de resistir à absorção de água por imersão.

Você o calcula como o aumento percentual de peso de um material decorrente da absorção de água sob configurações controladas e procedimentos de teste convencionais.

A absorção de umidade influencia as propriedades térmicas e elétricas do material FERRO.

Também é influente na determinação da capacidade de um material para evitar o desenvolvimento de filamento anódico condutor (CAF).

Resistência ao cloreto de metileno

A resistência ao cloreto de metileno é uma métrica para a resistência química de um material PCB FERRO, especialmente a capacidade de suportar a absorção de cloreto de metileno.

Você o mede como um aumento percentual no peso de um material devido à exposição regulada ao cloreto de metileno.

Quais propriedades mecânicas os materiais FERRO devem possuir em PCBs?

As propriedades mecânicas dos materiais em PCBs são essenciais para a integridade estrutural da placa. Essas propriedades incluem:

Casca-grossa

A resistência de ligação entre o condutor de cobre e o material dielétrico define a resistência ao descascamento fornecida em libras por polegada linear.

Ele mede a quantidade de força necessária para separar materiais colados em um ângulo de separação de 180 graus.

Força Flexural

A capacidade de um material FERRO de sustentar o estresse mecânico sem fraturar define sua resistência à flexão.

Você determina a resistência à flexão do material PCB fornecendo suportes de extremidade e carregando o meio. A unidade de medida é libras por polegada quadrada.

Módulo de Tração

O módulo de tração é uma medida de resistência para materiais PCB FERRO geralmente fornecidos em vez de resistência à flexão.

O módulo de tração avalia a relação tensão/deformação em uma direção específica e é descrito como a força por unidade de área.

Tempo para delaminação

A uma dada temperatura, o tempo de delaminação mede o tempo que um material leva para resistir à delaminação.

A delaminação envolve a separação da resina do laminado.

Choque térmico, temperatura de transição vítrea inadequada, umidade e técnica de laminação inferior podem induzir a delaminação.

Quais tipos de placa PCB você pode empregar materiais FERRO?

Você pode empregar materiais FERRO nos seguintes tipos de PCB:

Figura 3 PCB de camada única vs camada dupla

PCB de camada única vs camada dupla

  • PCBs de camada única: Forma a maioria dos tipos de placas com o design mais simples e os menores custos de fabricação.

Possui apenas uma camada condutora para fixação de componentes.

  • PCB de camada dupla: Uma camada condutora está acima de um substrato não condutor, enquanto outra está abaixo dele.

Você pode empregar vias para conectar pads em ambas as placas para unir as duas camadas condutoras.

  • PCB multicamadas: Descreve uma placa de circuito com três ou mais camadas condutoras.

Pelo menos uma camada condutora está entre o substrato não condutor e as camadas condutoras superior e inferior.

  • PCB rígido: O material do substrato é uma estrutura sólida que não cede à flexão ou dobra. Fornece suporte mecânico à placa.

Quais são as diretrizes importantes ao fornecer PCBs de materiais FERRO?

Tenha em mente as seguintes diretrizes ao escolher os materiais FERRO para o seu PCB:

Constantes dielétricas devem corresponder

As constantes dielétricas do material FERRO e outros componentes da placa devem corresponder para evitar problemas de desempenho.

Custo

Os materiais FERRO podem custar muito dinheiro, mas você obtém as melhores propriedades para várias funções da placa.

Use folhas lisas e condutoras

A folha de cobre lisa reduz as perdas em altas frequências, enquanto os maus condutores podem causar o amortecimento do circuito.

Coeficiente de expansão térmica compatível

Uma incompatibilidade do CTE para inclusão de materiais POCB em materiais FERRO pode causar taxas de expansão separadas prejudiciais à estrutura da placa.

Você pode empregar materiais FERRO em PCBs de alta frequência?

Com circuitos de alta frequência, você processa sinais pequenos ou precisos.

A capacidade dos circuitos de processar corretamente os sinais de baixo nível depende de um pacote com as menores perdas possíveis.

As perdas surgem como resultado de reflexões onde as impedâncias variam com a absorção do sinal nos materiais PCB. Os materiais FERRO oferecem ótima absorção de sinal evitando perdas.

Você pode rastrear variações na impedância para perdas causadas por reflexões.

Além disso, variações na espessura do laminado, constante dielétrica e largura do traço contribuem para esses problemas.

Você pode alojar um circuito de alta frequência em um PCB de duas camadas ou mais ao usar materiais FERRO devido à complexidade reduzida.

Consequentemente, você pode laminar uma ou mais camadas devido às perdas reduzidas e propriedades dielétricas.

Por que você precisa fazer furos em materiais FERRO em PCBs?

Recortes, ranhuras e a forma geral da placa acabada implicam propriedades fabricadas de uma placa de circuito bruto.

Os furos feitos na placa têm a maior importância.

Existem três tipos de furos, cada um com uma finalidade diferente da seguinte forma:

Via Buracos

Você carrega sinais elétricos para energia e terra através das camadas da placa usando vias que são pequenos orifícios chapeados.

As vias vêm em uma variedade de formas e tamanhos, dependendo da aplicação, incluindo furos passantes, enterrados, cegos e microvias.

Através da

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Furos de componentes

Enquanto a maioria dos componentes da placa são montados em superfície, muitos outros ainda são mais bem fixados por meio de embalagens com orifícios.

Isso normalmente inclui interruptores e outras peças mecânicas que exigem uma montagem mais segura.

Furos Mecânicos

Os recursos mecânicos que você anexa a um PCB, incluindo ventiladores e suportes, exigem orifícios para fixação.

Esses orifícios geralmente não são revestidos, mas podem ser quando uma conexão de placa elétrica é necessária.

Você pode usar orifícios de montagem para distribuir o calor dos componentes quentes para as camadas do plano interno.

Quando você emprega esses furos no processo de fabricação, eles são furos de ferramentas.

Quais são algumas das diretrizes de perfuração para PCBs usando material FERRO?

Existem algumas maneiras de abordar o processo de perfuração em uma placa de circuito que emprega material FERRO:

Mesmo Diâmetro de Perfuração

Sua placa pode envolver muitas brocas com diâmetros semelhantes, exigindo, portanto, uma troca de brocas durante o processo.

A troca pode gerar problemas de tolerância que você pode superar alterando alguns dos tamanhos das brocas.

Diâmetro Mínimo de Perfuração

Empregue tamanhos de brocas mecânicas em relação à espessura da placa. Perfuração com diâmetros de broca mais baixos é difícil, e também chapeamento devido à menor relação de aspecto da broca.

Evite Vias Cegas e Enterradas

Use apenas vias cegas e enterradas quando necessário para arquitetura de alta densidade ou circuitos de alta velocidade.

O processo de construção de vias cegas e enterradas aumenta significativamente o custo de fabricação das placas.

Quais técnicas de perfuração você pode empregar em PCBs utilizando materiais FERRO?

Existem duas principais técnicas de perfuração disponíveis durante a fabricação de PCB: perfuração mecânica e a laser.

Você emprega brocas nesta tecnologia de perfuração para furos com diâmetro superior a cerca de 6 mils.

Figura 5 PCB de perfuração mecânica

PCB de perfuração mecânica

  • Perfuração a laser: Com brocas a laser, você pode fornecer furos muito menores com a peça de trabalho e a ferramenta evitando um ao outro durante a operação.

O controle de profundidade é fácil com possibilidades de fazer vias cegas e enterradas.

Figura 6 PCB de perfuração a laser

Perfuração a laser PCB

Quais aspectos você considera ao perfurar PCBs com material FERRO?

Ao perfurar uma PCB composta de material FERRO, você considera dois aspectos principais:

  • Proporção da tela: A capacidade de plaquear com sucesso o cobre dentro das vias define a relação de aspecto.

O revestimento de furos menores é demorado, exigindo assim o uso de banho de revestimento.

  • Perfuração para Folga de Cobre: Constitui a área ao redor da borda de um furo perfurado e característica de cobre. Este valor é tipicamente cerca de oito mils e uma pequena variação pode interromper o circuito.

Quais problemas você pode enfrentar ao perfurar materiais FERRO em PCBs?

Alguns dos problemas que você enfrenta ao realizar o processo de perfuração incluem:

  • O deslocamento da broca do eixo pretendido pode prejudicar a precisão do furo.
  • O furo perfurado pode ter paredes ásperas resultando em chapeamento não uniforme.
  • O atrito durante o processo de perfuração produz calor que derrete a resina.
  • As rebarbas podem se manifestar nos pontos de entrada e saída da broca.
  • As camadas podem apresentar separação em um processo de delaminação.
  • Formações de cobre como cabeças de pregos podem resultar do processo.

Quais são algumas das diretrizes na perfuração de PCBs compostas por materiais FERRO?

Ao perfurar PCBs de material FERRO, você precisa considerar as seguintes dicas:

  • Mantenha a proporção de aspecto no mínimo para evitar o desgaste resultante da perfuração.
  • Use um número mínimo de tamanhos de broca para reduzir o tempo de perfuração.
  • Verifique a conexão criada por furos não revestidos e a descrição do furo.
  • Identifique quaisquer brocas e recursos de cobre posicionados além do perfil da placa.
  • Compare a tolerância de perfuração com as vias, garantindo que estejam em conformidade com a proporção de aspecto desejada.
  • Confira o requisito de preenchimento das vias e as diretrizes de fabricação fornecidas.

Como você grava materiais FERRO em PCBs?

Gravura é a remoção de material de uma superfície para revelar um desenho ou padrão desejado.

Você geralmente emprega produtos químicos líquidos no processo de gravação junto com os métodos de plasma e laser.

  • Gravação Química: A corrosão química é um método de fabricação subtrativo que emprega produtos químicos para remoção de material.

O procedimento envolve a imersão do material em um produto químico cáustico que reage com a região de corte dissolvendo-o.

  • Gravação a Laser: Você emprega um laser de alta potência para moldar o traço do substrato através do controle do computador.

A energia do feixe de laser altera a composição química do material, permitindo sua liberação por descamação ou evaporação.

  • Gravura a Plasma: Neste processo, você foca um fluxo de plasma de alta velocidade composto de combinação de gás em direção a um material.

A gravação a plasma é simples, sem resíduos úmidos, o que reduz a chance de contaminação e melhora as tolerâncias dimensionais da placa.

Caso você precise de algum material FERRO ou material PCB, a Venture está aqui para ajudar – contacte-nos agora.

 

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