Las placas de circuito impreso flexibles son PCBs con un material de sustrato flexible y algunas capas de cobre que permiten el doblado. Esta flexibilidad aporta varios beneficios, como el uso eficiente del espacio y la resistencia a golpes/vibraciones, que son críticos en diversas aplicaciones.
¡Veamos varios aspectos de este PCB, incluyendo sus materiales de construcción comunes, proceso de fabricación, beneficios y más!
¿Qué es una Placa de Circuito Impreso Flexible?
Como se mencionó anteriormente, un PCB flexible es una placa de circuito con un material base doblable que comúnmente está hecho de poliimida.
Los materiales que componen las otras capas también son flexibles y pueden soportar el doblado sin romperse ni agrietarse.
Podés doblar, plegar o torcer los PCB flex para que quepan en espacios reducidos, lo cual es importante cuando querés que el circuito se adapte a la forma del paquete del producto final, como un wearable.
Otra ventaja clave del PCB Flex es su resistencia a las vibraciones, lo que lo hace adecuado para aplicaciones automotrices, aeroespaciales y de aviación.
Tipos de Placas de Circuito Flexibles
Estos son los tipos de PCB flexibles:
PCB Flex de Una Cara
Son los PCB flex más comunes que podés encontrar. Tienen una capa conductora con una película dieléctrica flexible.
También están impresos en un solo lado, lo que los hace más baratos de producir.
PCB Flex de Doble Cara
Tienen impresiones en ambos lados del material dieléctrico. En consecuencia, contienen más componentes y ofrecen mejor manejo de potencia que otras placas.
Como desventaja, son más costosos de fabricar.
PCB Flex Multicapa
Tienen más de dos capas de conductores, lo que los hace adecuados para aplicaciones militares y aeroespaciales.
Además, contienen circuitos densos y son más costosos de fabricar.
PCB Rígido-Flexibles
Como su nombre indica, son una combinación de placas de circuito rígidas y flexibles. Más específicamente, son placas de circuito rígidas con sustratos de conexión flexibles.
Debido a su construcción, los vas a encontrar principalmente en dispositivos inteligentes y aplicaciones militares.
PCB Flex HDI
HDI es el acrónimo de Interconexión de Alta Densidad.
Los PCB flex HDI tienen múltiples microvías y estructuras finas que hacen posible tener una mayor densidad de cableado por unidad de área que las placas de circuito tradicionales.
La alta densidad de cableado también aumenta la funcionalidad de la placa porque podés montar más componentes en ella.
Otra característica definitoria de los PCB flex HDI es que presentan sustratos más delgados que las placas de circuito flexibles regulares, lo que reduce su tamaño y aumenta su rendimiento eléctrico.
¿Cuáles son los Beneficios de las Placas de Circuito Flex?
-
Paquete Compacto y Liviano: Los PCB flexibles tienen sustratos, capas de cobre y otros materiales más delgados que sus contrapartes rígidas. Los materiales delgados significan placas livianas también, lo que resulta en un tamaño de paquete y peso más chico para el producto final.
-
Flexibilidad: Las placas flex pueden conectar múltiples planos durante la instalación y pueden flexionarse varias veces sin experimentar fallas.
-
Alta Confiabilidad: Los puntos de interconexión son comunes cuando se trabaja con placas rígidas y son propensos a fallar. Los PCB flexibles reducen los puntos de interconexión en los circuitos, lo que aumenta la confiabilidad del producto. Además, las placas FPC pueden soportar golpes y vibraciones, haciendo que la electrónica automotriz y otros productos sean altamente confiables.
-
Permite Configuraciones de Alta Densidad: Como permiten espacios y líneas extremadamente estrechos, los PCB flexibles liberan espacio para poblaciones de dispositivos de alta densidad para permitir características adicionales del producto.
-
Libertad de Diseño: El diseño de PCB flexibles no está limitado a dos capas. Las placas pueden tener múltiples capas, algunas incluso combinando circuitos rígidos en varias secciones. Por lo tanto, estos PCB pueden tener configuraciones complejas para manejar circuitos sofisticados.
-
Flujo de Aire Mejorado: Los diseños optimizados de estos PCB permiten que el aire frío fluya fácilmente a través del producto y disipe el calor más rápido.
¿Cuáles son las Desventajas de los PCB Flexibles?
-
Altos Costos de Fabricación: Los materiales utilizados para fabricar placas flexibles son más costosos que los utilizados para fabricar PCB rígidos. Además, el proceso de fabricación es más complejo y hay una alta probabilidad de daño durante la manipulación.
-
Difícil de Retrabajar: Retrabajar placas flexibles (reparaciones o modificaciones) es complicado porque hay que sacar la película protectora, solucionar el problema y luego restaurar esta película.
-
Densidades de Componentes Limitadas: La naturaleza delgada y flexible de estas placas limita el número y tipos de componentes que podés montar a bordo. Las altas densidades o componentes grandes y pesados pueden hundir el sustrato o incluso causar que se rompa.
-
Múltiples Complejidades de Diseño: Algunas reglas de diseño, como cero vías en áreas de doblado, escalonamiento de conductores en placas multicapa, uso de coberturas específicas, etc., hacen que el diseño de PCB flexibles sea complejo.
-
Susceptibilidad a Condiciones Ambientales Dañinas: Las placas flexibles son más susceptibles a químicos, calor, humedad y otros factores ambientales que las placas rígidas. Por lo tanto, podrían no ser la mejor opción para algunas aplicaciones.
¿Cuáles son los Materiales Comunes de PCB Flexibles?
-
Conductores: El material conductor más común utilizado en PCB es el cobre, pero el utilizado en placas flexibles debe ser más delgado. Por lo tanto, es cobre recocido laminado o cobre electrodepositado. Otros materiales que pueden usarse como conductores incluyen aluminio, Inconel, tinta de plata, constantán y cuproníquel.
-
Adhesivos: Estos materiales unen las capas e incluyen epoxi, acrílico o PSA (Adhesivos Sensibles a la Presión).
-
Aislantes: Los aislantes separan las capas conductoras e incluyen poliimida, poliéster, PEN, PET, PEEK o LCP. La máscara de soldadura, un líquido epoxi, también es un aislante.
-
Acabados: Los acabados superficiales en las áreas de cobre expuestas pueden ser ENIG, ENEPIG, Estaño, OSP, oro duro o níquel duro. Hay varias otras opciones, pero ENIG es la más popular.
¿Por Qué Usar Rigidizadores en Placas PCB Flex y Rígido-Flex?
Los rigidizadores proporcionan resistencia mecánica al PCB, lo que mejora la durabilidad y confiabilidad. Los rigidizadores de PCB pueden añadirse a cualquier lado de la placa, y sus requisitos se clasifican en estas categorías de uso:
- Rigidizar secciones de conectores para mejorar el alivio de tensión durante inserciones repetidas o cuando llevan conectores grandes y pesados
- Para cumplir con los requisitos de espesor ZIF (Fuerza de Inserción Cero)
- Crear una superficie plana para colocar pads SMT y componentes
- Para ayudar con restricciones de doblado localizadas
- Reducir el estrés de componentes
- Para mejorar la disipación de calor (rigidizadores metálicos)
- Reducir las posibilidades de falla durante el ensamblaje automatizado
¿Hay Consideraciones al Diseñar Placas Impresas Flexibles?
Antes de entrar en el proceso de fabricación, el PCB flexible debe diseñarse correctamente, y es importante tener en cuenta estas consideraciones de diseño.
Entorno Operativo
Considerá el entorno operativo final de la placa, que determinará si necesita capas protectoras para químicos, altas temperaturas o humedad.
Relación de Doblado
Este término se refiere a la relación entre el radio de doblado y el espesor de la placa. La relación es importante de considerar porque las placas con diferente número de capas tienen diferentes relaciones de doblado, y cuanto más ajustado sea el radio de doblado, mayor será la probabilidad de falla al flexionar.
Conductores y Enrutamiento
Las trazas de cobre y sus rutas de transmisión deben analizarse cuidadosamente para determinar si se verán afectadas al flexionar. Los conductores deben enrutarse perpendicularmente a las áreas de doblado para evitar roturas.
Filetes de Pad
Estas adiciones son necesarias cuando el diámetro del pad excede el ancho del hilo de conexión porque mejoran el rendimiento del grabado y la resistencia del material.
Alivio de Desgarro
Considerá un radio de esquina grande, rigidizadores y ranuras de alivio para evitar el desgarro del PCB.
Vías
Las vías ciegas y enterradas solo deben usarse cuando sea necesario para PCB multicapa porque aumentan significativamente el costo de fabricación.
Capas de Plano y Blindaje
Las capas de plano de tierra o referencia son críticas para el blindaje, control de impedancia e integridad de señal. Sin embargo, estas capas sólidas de cobre hacen que la placa sea más rígida, por lo que deben incluirse en el cálculo de la relación de doblado.
Integridad de Señal e Impedancia Controlada
Factores como la constante dieléctrica de los materiales de aislamiento, el ancho de traza y la distancia de la traza de señal desde el plano de referencia determinan la integridad de señal e impedancia.
Cómo Fabricar Placas de Circuito Flexibles: Proceso de Fabricación Paso a Paso
Este proceso tiene matices dependiendo de si la placa flexible tiene una o múltiples (2 o más) capas, pero generalmente sigue los pasos a continuación después de la selección de material y el revestimiento de cobre.
Corte de Laminado Revestido de Cobre
El PCB flexible comienza como un rollo de laminado revestido de cobre que se corta a una hoja de lámina de cobre semiacabada del tamaño de procesamiento requerido.
Taladrado
Dependiendo de los archivos de diseño, se taladran agujeros a través del laminado con diámetros específicos usando taladrado mecánico o láser. Este último es preferido porque no ejerce presión sobre el PCB. Estos agujeros luego se limpian y platean.
Laminación de Película Seca
Las películas secas son resistencias fotosensibles que ayudan con la transferencia de imagen del circuito a la capa de cobre. Este material fotorresistente se aplica usando un rodillo calentado con la presión apropiada para derretirlo y formarlo uniformemente sobre el cobre.
Plateado de Patrón
El plateado de patrón puede hacerse usando luz UV (fotolitografía) o LDI.
Grabado
Este proceso requiere una solución química corrosiva para eliminar el cobre de las áreas de película seca no curada. El plateado de patrón crea una película positiva endurecida en el material fotorresistente para formar el circuito. El grabado corroe las otras secciones para dejar el circuito.
Decapado de Película Seca e Inspección
La película seca positiva endurecida se elimina para dejar el circuito de cobre expuesto, que se somete a inspección de cortocircuitos o circuitos abiertos usando AOI.
Laminación de Coverlay
Una capa protectora es una película aplicada al PCB para protegerlo de la oxidación y daños mecánicos, como rayones. Después de la aplicación, la placa se somete a laminación usando calor y presión con parámetros específicos de calor y presión para evitar daños.
Acabado Superficial
El acabado superficial es importante sobre las áreas de cobre expuestas para protegerlas de la oxidación. También simplifica la soldadura.
Impresión Serigráfica
La serigrafía indica la información relevante en la superficie (puntos de prueba, símbolos de advertencia, logotipos, etc.), y se imprime con la máscara de soldadura para protección.
Pruebas Eléctricas
Las pruebas eléctricas requieren técnicas como sondas voladoras o cama de clavos para verificar cortocircuitos o circuitos abiertos en el PCB.
Troquelado
El troquelado se refiere al corte de la hoja en PCB individuales que coinciden con los requisitos del cliente (archivos de diseño).
Inspección
La inspección visual es necesaria para asegurar que la placa flexible no tenga rayones ni contaminaciones.
Empaque y Envío
Los PCB completos se empaquetan según las necesidades del cliente antes del envío. Si el cliente requiere ensamblaje, las placas van a estas plantas para formar PCBA antes del envío.
Cómo Elegir el Fabricante de Placas de Circuito Flexibles Adecuado
Los PCB flexibles son placas electrónicas delicadas que necesitan consideraciones de diseño adecuadas y manejo cuidadoso durante la fabricación. Por lo tanto, debés considerar las tres E al elegir tu fabricante de ensamblaje de placas flexibles. Estas son experiencia, equipo y expertise.
En FlexiPCB, tenemos un equipo interno de ingenieros que utilizan nuestro software y equipo de última generación para ayudarte con lo siguiente:
- Desarrollo de conceptos
- Optimización de diseño
- Selección de materiales
- Diseño de apilamiento de PCB
- Análisis DFM
- Análisis de integridad de señal
- Análisis de integridad de potencia
- Análisis térmico
- Análisis mecánico
Como estas placas son delicadas de manejar, podemos encargarnos del proceso de ensamblaje por vos para eliminar cualquier complejidad que pueda surgir de tu lado.
Nuestra solución de ensamblaje de PCB llave en mano también cubre la obtención y adquisición de materiales, control de calidad, pruebas, empaque, envío, soporte postventa y mantenimiento, y recomendamos este servicio porque nos permite hacer todo el trabajo arriesgado y difícil por vos a costos razonables.
Preguntas Frecuentes
¿Son confiables los PCB flexibles?
Generalmente, la mayoría de las placas de circuito impreso flexibles son confiables y duraderas. Esto se debe a que los fabricantes hacen estos PCB usando materiales de sustrato flexibles como la poliimida.
Posteriormente, los utilizan en dispositivos que necesitan ser flexibles.
Por ejemplo, usamos PCB flexibles en dispositivos wearables como relojes.
Como desventaja, la confiabilidad de tu PCB flexible dependerá de la calidad de su construcción. Los mal fabricados no serán tan confiables como los PCB de alta calidad.
¿Por qué son caros los circuitos PCB flexibles?
Algunos PCB flexibles son más costosos que los PCB rígidos por varias razones. Primero, son más complejos de diseñar y fabricar.
En consecuencia, los fabricantes asignan más recursos para fabricar un PCB flexible de lo que lo harían con placas de circuito tradicionales.
Segundo, los sustratos de PCB flexibles son más caros que los materiales utilizados para hacer PCB rígidos.
Por ejemplo, los sustratos de poliimida cuestan más que los materiales rígidos que los fabricantes utilizan en PCB tradicionales.
Tercero, la naturaleza flexible de los PCB hace que el proceso de fabricación sea intensivo y requiera mucho tiempo.
En general, reduce el número de placas que un fabricante puede hacer en un tiempo determinado.
Como resultado, los costos de fabricación aumentan, traduciéndose en precios de venta más altos.
Conclusión
En conclusión, los PCB flexibles requieren una planificación cuidadosa, consideración y cuidado al diseñarlos, fabricarlos y ensamblarlos para lograr sus beneficios previstos.
Estos beneficios son críticos para las generaciones actuales y futuras de electrónica, donde se requerirán circuitos compactos, livianos y confiables en diversas aplicaciones.
Con un socio de fabricación confiable como nosotros, podemos asegurarte placas de circuito flex duraderas y de alta calidad porque nuestro compromiso con la excelencia y la mejora continua nos ha mantenido a la vanguardia de la industria.
Contactanos para saber más sobre nuestras soluciones de diseño e ingeniería de PCB flex, ¡o pedí un presupuesto hoy!
Última Actualización: 1 de diciembre de 2024