Las placas de circuito impreso (Printed Circuit Boards, PCB) son el fundamento de prácticamente todas las aplicaciones electrónicas. Mejorar su desempeño y confiabilidad es primordial para proyectos de PCB personalizados, donde las huellas más pequeñas y la mantenibilidad mejorada llevan a una mayor funcionalidad. Sin embargo, asegurar la longevidad y el desempeño constante en diversas condiciones requiere un análisis detallado.

El análisis térmico es una herramienta importante en el desarrollo de PCB, que nos permite comprender el comportamiento del material a diferentes temperaturas y asegurar su estabilidad. Específicamente en el contexto de las PCB, el análisis térmico resulta inestimable para evaluar las propiedades de curado de recubrimientos y adhesivos, materiales que son cruciales para proteger contra la entrada de humedad que puede dar pie a corrosión y degradación de las placas de circuito.

Además, el análisis térmico ofrece un enfoque cuantitativo para comparar el desempeño de varios recubrimientos y evaluar el grado de curado en los materiales de PCB, lo que mejora la eficiencia de la fabricación. También facilita las comparaciones del desempeño del laminado y del adhesivo en diferentes rangos de temperatura, lo que mitiga el riesgo de falla del producto debido al calor y el estrés. Por último, el análisis térmico apoya el reciclaje de productos al final de su vida útil, por ejemplo, mediante el estudio de materiales compuestos fabricados a partir de residuos de PCB.¹

Aquí, exploraremos cinco técnicas clave de análisis térmico diseñadas específicamente para la evaluación de PCB, lo que arroja luz sobre sus funciones fundamentales para mejorar el desempeño y la confiabilidad del producto.

Ya sea que usted trabaje en el desarrollo inicial de productos evaluando laminados o el grado de curado, o si se especializa en las últimas etapas del producto para evaluar la estabilidad del producto final, estas cinco técnicas e instrumentos de análisis térmico pueden simplificar su flujo de trabajo. A continuación se describen cinco técnicas clave para el análisis térmico de PCB:

Análisis termomecánico (TMA)

El Análisis Termomecánico (Thermomechanical Analysis, TMA) es ideal para observar el comportamiento del material alrededor de la temperatura de transición vítrea. En la investigación, el TMA de TA se ha empleado para rastrear los cambios en la transición vítrea de las resinas de PCB, y relacionar esos cambios con los acabados de las superficies y el choque térmico.²

En un estudio particular, se utilizó un TMA de TA Instruments para analizar cómo las modificaciones químicas a una resina adhesiva no conductora repercutieron sobre sus propiedades térmicas con respecto a la dispersión del relleno.³ Este proceso implicó analizar las propiedades de expansión por calor del material, y posteriormente usar esos datos para calcular los coeficientes de expansión térmica y rastrear los cambios de la transición vítrea. Esta evaluación ayudó a determinar la idoneidad del material en cuestión para rangos de temperatura específicos, y si era probable que causara tensión no deseada en una PCB debido a expansión excesiva.

Análisis termogravimétrico (TGA)

El análisis termogravimétrico (thermogravimetric analysis, TGA) mide la masa de una muestra a lo largo del tiempo a medida que cambia la temperatura. Una aplicación clave del TGA es la evaluación de la estabilidad térmica de materiales. En un estudio, un equipo de investigación empleó su TGA de TA para examinar la estabilidad térmica de películas de poliimida intrínsecamente negras. Las películas de poliimida son reconocidas por su excepcional estabilidad ambiental y se utilizan en placas de circuito impreso flexibles. El objetivo del equipo fue verificar que su proceso de producción de películas de poliimida intrínsecamente negras no tuviera efectos negativos en la estabilidad térmica alta que se observa en las películas de poliimida estándar.⁴ Esta investigación ejemplifica la eficacia del TGA en la evaluación de las características térmicas de los materiales, un factor crucial en el desarrollo de PCB.

Calorimetría diferencial de barrido (DSC)

La Calorimetría Diferencial de Barrido (Differential Scanning Calorimetry, DSC) es una técnica ideal para medir el comportamiento de curado, ya sea que el proceso de curado involucre calentamiento o exposición a la luz. La DSC mide el calor necesario para aumentar la temperatura de la muestra, y sirve como un método eficaz para caracterizar propiedades como el calor latente de transiciones, las temperaturas de transición del material y la capacidad calorífica.

Análisis mecánico dinámico (DMA)

El Análisis Mecánico Dinámico (Dynamic mechanical analysis, DMA) analiza cómo la respuesta de un material cambia como una función de las fuerzas aplicadas y la temperatura. Una aplicación es observar cómo el material cambia en respuesta a la carga, y la preparación de PCB. Este análisis también se puede combinar con temperaturas crecientes para comprender mejor cómo responde una PCB a procesos como la soldadura.⁵

Difusividad flash

La Difusividad flash es un método que se utiliza a menudo para medir la difusividad y la conductividad térmicas, y se conoce por su importante conveniencia experimental. En esta técnica, se utiliza un flash de luz intenso, regularmente generado por una fuente de láser o de xenón, para emitir calor pulsado. Después, la difusión de esta energía calorífica por el material se cuantifica con un detector, por lo general un sensor de infrarrojos. A partir de estos datos se puede calcular la conductividad térmica del material.

La difusividad flash permite mediciones precisas del transporte de calor y la caracterización de PCB. IUn grupo de investigadores la empleó para estudiar las propiedades térmicas de una aleación de níquel-titanio utilizada como un material de cambio de fase para mejorar la gestión térmica de la electrónica de alta potencia.⁶

Los métodos de análisis térmico pueden ayudar en todas las etapas del desarrollo de PCB, desde la fase de prototipo hasta el producto final. En todos los estudios antes mencionados se utilizó equipo de análisis térmico líder en la industria, de TA Instruments.

Los profesionales de la industria a menudo depositan su confianza en equipo de TA Instruments debido a su excepcional confiabilidad, exactitud de medición, y operación sencilla y eficiente. Póngase en contacto con los expertos en electrónica de TA Instruments para descubrir cómo nuestra gama de soluciones de análisis térmico en electrónica de última generación puede acelerar el desarrollo de su producto y ayudarle a brindar productos de mejor calidad a sus clientes.