Las placas de circuito impreso flexibles son PCB con un material de sustrato flexible y algunas capas de cobre que permiten la flexión. Esta capacidad de doblarse aporta varias ventajas, como un uso eficiente del espacio y resistencia a golpes y vibraciones, aspectos críticos en numerosas aplicaciones.
Veamos distintos aspectos de este tipo de PCB, incluidos sus materiales de construcción habituales, el proceso de fabricación, sus ventajas y más.
Qué es una placa de circuito impreso flexible
Como se indicó antes, una PCB flexible es una placa de circuito con un material base maleable, normalmente fabricado con polyimide.
Los materiales que componen las demás capas también son flexibles y pueden soportar la flexión sin romperse ni agrietarse.
Puede doblar, plegar o torsionar las flex PCBs para que encajen en espacios reducidos, algo importante cuando se necesita que el circuito se adapte a la forma del encapsulado del producto final, como ocurre en un wearable.
Otra ventaja clave de la Flex PCB es su resistencia a las vibraciones, lo que la hace adecuada para aplicaciones de automoción, aeroespaciales y aeronáuticas.
Tipos de placas de circuito flexible
Estos son los tipos de PCB flexibles:
PCB flexibles de una cara
Son las flex PCBs más comunes que puede encontrar. Tienen una capa conductora con una película dieléctrica flexible.
Además, están impresas por una sola cara, lo que las hace más económicas de producir.
PCB flexibles de doble cara
Tienen circuitos impresos en ambos lados del material dieléctrico. Como resultado, admiten más componentes y ofrecen mejor capacidad de manejo de potencia que otras placas.
Como desventaja, son más costosas de fabricar.
PCB flexibles multicapa
Tienen más de dos capas de conductores, por lo que son adecuadas para aplicaciones militares y aeroespaciales.
Además, integran circuitería densa y son más costosas de fabricar.
PCB rígido-flexibles
Como indica su nombre, son una combinación de placas de circuito rígidas y flexibles. Más concretamente, son placas de circuito rígidas con sustratos de conexión flexibles.
Debido a su construcción, se encuentran sobre todo en dispositivos inteligentes y aplicaciones militares.
PCB flexibles HDI
HDI es el acrónimo de High-Density Interconnect.
Las PCB flexibles HDI incorporan múltiples microvías y estructuras finas que permiten 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 se pueden montar más componentes en ella.
Otra característica distintiva de las PCB flexibles HDI es que utilizan sustratos más delgados que las placas de circuito flexible convencionales, lo que reduce su tamaño y mejora su rendimiento eléctrico.
Cuáles son las ventajas de las placas de circuito flexible
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Formato compacto y ligero: Las PCB flexibles tienen sustratos, capas de cobre y otros materiales más delgados que sus equivalentes rígidas. Los materiales delgados también implican placas ligeras, lo que reduce el tamaño y el peso del producto final.
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Flexibilidad: Las placas flexibles pueden conectar varios planos durante la instalación y pueden flexionarse muchas veces sin fallar.
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Alta fiabilidad: Los puntos de interconexión son habituales cuando se trabaja con placas rígidas y son propensos a fallar. Las PCB flexibles reducen los puntos de interconexión en los circuitos, lo que aumenta la fiabilidad del producto. Además, las placas FPC pueden soportar golpes y vibraciones, haciendo que la electrónica de automoción y otros productos sean muy fiables.
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Permiten configuraciones de alta densidad: Al admitir espacios y líneas extremadamente estrechos, las PCB flexibles liberan espacio para poblaciones de dispositivos de alta densidad y permiten añadir más funciones al producto.
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Libertad de diseño: El diseño de PCB flexible no está limitado a dos capas. Las placas pueden tener múltiples capas, e incluso combinar circuitos rígidos en distintas secciones. Por tanto, estas PCB pueden adoptar configuraciones complejas para manejar circuitería sofisticada.
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Mejor flujo de aire: Los diseños optimizados de estas PCB permiten que el aire frío fluya fácilmente por el producto y disipe el calor con mayor rapidez.
Cuáles son las desventajas de las PCB flexibles
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Altos costes de fabricación: Los materiales utilizados para fabricar placas flexibles son más caros que los empleados en PCB rígidas. Además, el proceso de fabricación es más complejo y existe una alta probabilidad de daño durante la manipulación.
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Difíciles de retrabajar: Retrabajar placas flexibles, ya sea para reparaciones o modificaciones, es delicado porque hay que retirar la película protectora, corregir el problema y luego restaurar esa película.
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Densidades de componentes limitadas: La naturaleza delgada y flexible de estas placas limita el número y los tipos de componentes que se pueden montar sobre ellas. Las altas densidades o los componentes grandes y pesados pueden cargar demasiado el sustrato o incluso hacer que se rompa.
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Múltiples complejidades de diseño: Algunas reglas de diseño, como evitar vías en las zonas de flexión, escalonar conductores en placas multicapa, usar coverlays específicos, entre otras, hacen que el diseño de PCB flexible sea complejo.
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Susceptibilidad a condiciones ambientales dañinas: Las placas flexibles son más susceptibles a productos químicos, calor, humedad y otros factores ambientales que las placas rígidas. Por ello, quizá no sean la mejor opción para algunas aplicaciones.
Cuáles son los materiales habituales de las PCB flexibles
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Conductores: El material conductor más común en las PCB es el cobre, pero el utilizado en placas flexibles debe ser más delgado. Por eso se emplea cobre recocido laminado o cobre electrodepositado. Otros materiales que pueden utilizarse como conductores incluyen aluminum, Inconel, silver ink, constantan y cupro-nickel.
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Adhesivos: Estos materiales unen las capas entre sí e incluyen epoxy, acrylic o PSAs (Pressure-Sensitive Adhesives).
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Aislantes: Los aislantes separan las capas conductoras e incluyen polyimide, polyester, PEN, PET, PEEK o LCP. La solder mask, un líquido epoxy, también es un aislante.
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Acabados: Los acabados superficiales sobre las zonas de cobre expuestas pueden ser ENIG, ENEPIG, Tin, OSP, hard gold o hard nickel. Existen otras opciones, pero ENIG es la más popular.
Cuánto suelen costar los programas de Flex PCB
Una razón por la que los equipos de ingeniería retrasan las decisiones sobre flex PCB es que la primera cotización suele parecer alta al compararla con una PCB rígida o un cable plano. Esa comparación normalmente está incompleta.
En la etapa de prototipo, una flex PCB sencilla de 1 o 2 capas, con aberturas de coverlay simples y ENIG estándar, suele situarse alrededor de USD 180-350. Cuando el diseño incorpora impedancia controlada, stackups multicapa, stiffeners, acabado selectivo o reglas de zona de flexión inusualmente estrictas, el precio del prototipo suele pasar al rango de USD 600-1,500 antes del ensamblaje.
En producción, los principales factores de coste suelen ser:
- la cantidad de conectores que la flex puede eliminar
- la utilización del panel y el tamaño útil del array
- si los stiffeners y las aberturas de coverlay se han estandarizado
- si el diseño requiere manipulación manual o herramientas especiales
Los equipos de compras deben comparar el coste de una flex PCB con el coste instalado de todo el enfoque de interconexión. Un diseño flexible que elimina dos conectores y 15 minutos de mano de obra de ensamblaje puede resultar más barato en coste total del sistema, aunque la placa desnuda cueste bastante más.
Tres patrones de casos de compra que vemos repetidamente
1. Equipos de wearables médicos que recuperan simplicidad de ensamblaje
Un programa de wearable compacto pasó de tres pequeñas placas rígidas de interconexión y dos conectores board-to-board a un circuito flexible de doble cara con stiffeners bajo las zonas ZIF. La flex PCB en sí costaba más que las placas rígidas originales, pero el tiempo de ensamblaje final se redujo aproximadamente un 27% y desaparecieron los puntos de fallo relacionados con conectores. La ventaja comercial no fue una "flex barata". Fue menos piezas, ensamblaje más rápido y menor riesgo de servicio.
2. Módulos de pantalla para automoción que intercambian un mayor precio de placa por libertad de empaquetado
Un subconjunto de pantalla para automoción necesitaba una ruta de conexión plegada más ajustada alrededor de una carcasa metálica de lo que podía soportar una placa rígida. El diseño flexible costaba más a nivel de PCB, pero eliminó una daughterboard, acortó el recorrido del harness y simplificó la secuencia de montaje. Este tipo de programa suele aprobarse porque la flex PCB resuelve a la vez problemas de empaquetado y fiabilidad.
3. Proyectos de controles industriales que evitan falsos ahorros
También vemos equipos que rechazan la flex en la primera revisión porque una cotización offshore parece un 20-30% más baja. Tras revisarla, esa cotización más baja a menudo asume un control de impedancia menos estricto, un material menos estable o zonas de flexión demasiado cerca de vías y pads. El ahorro a corto plazo es real sobre el papel, pero el coste de rediseño o depuración en campo puede borrarlo de inmediato. La disciplina de compra de Flex PCB consiste sobre todo en evitar cotizaciones insuficientemente especificadas.
Por qué usar rigidizadores de PCB en placas flexibles y rígido-flexibles
Los rigidizadores aportan resistencia mecánica a la PCB, lo que mejora la durabilidad y la fiabilidad. Los PCB stiffeners pueden añadirse a cualquier lado de la placa, y sus requisitos se agrupan en estas categorías de uso:
- Rigidizar secciones de conectores para mejorar el alivio de tensión durante inserciones repetidas o cuando soportan conectores grandes y pesados
- Cumplir los requisitos de espesor ZIF (Zero Insertion Force)
- Crear una superficie plana para colocar pads y componentes SMT
- Ayudar con restricciones de flexión localizadas
- Reducir el esfuerzo sobre los componentes
- Mejorar la disipación térmica (stiffeners metálicos)
- Reducir las probabilidades de fallo durante el ensamblaje automatizado
Hay consideraciones al diseñar placas de circuito impreso flexibles
Antes de entrar en el proceso de fabricación, la PCB flexible debe diseñarse correctamente, y es importante tener presentes estas consideraciones de diseño.
Entorno operativo
Considere el entorno operativo final de la placa, que determinará si necesita capas protectoras frente a productos químicos, altas temperaturas o humedad.
Relación de flexión
Este término se refiere a la relación entre el radio de flexión y el espesor de la placa. La relación es importante porque las placas con distinto número de capas tienen distintas relaciones de flexión, y cuanto más cerrado sea el radio de flexión, mayor será la probabilidad de fallo durante la flexión.
Conductores y enrutamiento
Las pistas de cobre y sus rutas de transmisión deben analizarse cuidadosamente para determinar si se verán afectadas durante la flexión. Los conductores deben enrutarse perpendicularmente a las zonas de flexión para evitar roturas.
Filetes de pad
Estas incorporaciones son necesarias cuando el diámetro del pad supera el ancho de la pista de conexión, porque mejoran el rendimiento del grabado y la resistencia del material.
Alivio contra desgarro
Considere un radio de esquina amplio, stiffeners y ranuras de alivio para evitar el desgarro de la PCB.
Vías
Las vías ciegas y enterradas solo deben usarse cuando sean necesarias en PCB multicapa, porque aumentan significativamente el coste de fabricación.
Capas de plano y blindaje
Las capas de plano de tierra o referencia son críticas para el blindaje, el control de impedancia y la 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 flexión.
Integridad de señal e impedancia controlada
Factores como la constante dieléctrica de los materiales aislantes, el ancho de pista y la distancia de la pista de señal al plano de referencia determinan la integridad de señal y la impedancia.
Cómo fabricar una placa de circuito flexible: proceso de fabricación paso a paso
Este proceso tiene matices según si la placa flexible tiene una o varias capas, 2 o más, pero por lo general sigue los pasos siguientes después de la selección de materiales y el revestimiento de cobre.
Corte de laminado revestido de cobre
La PCB flexible comienza como un rollo de laminado revestido de cobre que se corta en una lámina de foil de cobre semiacabada con el tamaño de procesamiento requerido.
Perforación
Según los archivos de diseño, se perforan agujeros a través del laminado con diámetros específicos mediante perforación mecánica o láser. Se prefiere esta última porque no ejerce presión sobre la PCB. Luego, estos agujeros se limpian y se metalizan.
Laminación de película seca
Las películas secas son resinas fotosensibles que ayudan a transferir la imagen del circuito a la capa de cobre. Este material fotorresistente se aplica con un rodillo caliente y la presión adecuada para fundirlo y formarlo uniformemente sobre el cobre.
Metalizado de patrón
El metalizado de patrón puede realizarse mediante luz UV (fotolitografía) o LDI.
Grabado
Este proceso requiere una solución química corrosiva para retirar el cobre de las zonas de película seca no curadas. El metalizado de patrón crea una película positiva endurecida sobre el material fotorresistente para formar el circuito. El grabado corroe las demás secciones y deja el circuito.
Retirada de película seca e inspección
La película seca positiva endurecida se retira para dejar expuesto el circuito de cobre, que se inspecciona en busca de cortocircuitos o circuitos abiertos mediante AOI.
Laminación de coverlay
Un overlay es una película aplicada a la PCB para protegerla de la oxidación y de daños mecánicos, como arañazos. Después de su aplicación, la placa se lamina con calor y presión utilizando parámetros específicos de calor y presión para evitar daños.
Acabado superficial
El acabado superficial es importante sobre las zonas de cobre expuestas para protegerlas de la oxidación. También simplifica la soldadura.
Impresión serigráfica
La serigrafía indica la información relevante en la superficie, como puntos de prueba, símbolos de advertencia, logotipos, etc., y se imprime con la solder mask para su protección.
Prueba eléctrica
La prueba eléctrica requiere técnicas como sondas volantes o cama de clavos para comprobar cortocircuitos o circuitos abiertos en la PCB.
Troquelado
El troquelado se refiere al corte de la lámina en PCB individuales que coinciden con los requisitos del cliente, es decir, con los archivos de diseño.
Inspección
La inspección visual es necesaria para garantizar que la placa flexible no tenga arañazos ni contaminaciones.
Empaque y envío
Las PCB completas se empaquetan de acuerdo con las necesidades del cliente antes del envío. Si el cliente requiere ensamblaje, las placas pasan a estas plantas para formar PCBAs antes de enviarse.
Cómo elegir el fabricante adecuado de placas de circuito flexible
Las PCB flexibles son placas electrónicas delicadas que necesitan consideraciones de diseño y manipulación adecuadas durante su fabricación. Por tanto, debe considerar las tres E al elegir su fabricante de ensamblaje de placas flexibles: expertise, equipment y experience.
En FlexiPCB contamos con un equipo interno de ingenieros que utiliza nuestro software y equipos de última generación para ayudarle con lo siguiente:
- Desarrollo de concepto
- Optimización del diseño
- Selección de materiales
- Diseño del stackup de PCB
- Análisis DFM
- Análisis de integridad de señal
- Análisis de integridad de potencia
- Análisis térmico
- Análisis mecánico
Como estas placas son delicadas de manipular, podemos encargarnos del proceso de ensamblaje para eliminar cualquier complejidad que pueda surgir en su lado.
Nuestra solución llave en mano de ensamblaje de PCB también cubre abastecimiento y compra de materiales, control de calidad, pruebas, empaque, envío, soporte posventa y mantenimiento, y recomendamos este servicio porque nos permite asumir por usted todo el trabajo riesgoso y difícil a costes razonables.
Objeciones habituales de compras y cómo evaluarlas
"La Flex PCB es demasiado cara"
A veces es cierto. Si el producto no se beneficia de la flexión, el plegado, la eliminación de conectores o la simplificación del empaquetado, una PCB rígida puede ser la mejor respuesta. Pero si la flex elimina conectores, acorta el tiempo de ensamblaje o encaja en una restricción de movimiento o espacio que las placas rígidas no pueden resolver, la comparación correcta es el coste total instalado, no el precio de la placa desnuda.
"Simplemente usaremos FFC"
FFC funciona bien cuando la interconexión es simple, estandarizada y está protegida mecánicamente. Se convierte en un sustituto débil cuando el diseño necesita enrutamiento personalizado, integración de paso fino, montaje mixto de componentes, impedancia controlada o flexión repetida fiable. Si su diseño está siendo forzado hacia FFC solo para alcanzar un menor precio unitario, revise si está trasladando costes de ensamblaje o fiabilidad a una etapa posterior.
"Decidiremos el fabricante después de congelar el layout"
Eso normalmente es tarde. El coste y la fiabilidad de una Flex PCB se ven muy afectados por decisiones tempranas de stackup, zona de flexión y stiffeners. Una revisión del fabricante antes de la liberación suele evitar rediseños costosos causados por vías en zonas de flexión dinámica, ventanas de coverlay poco realistas o layouts de panel de bajo rendimiento.
Preguntas frecuentes
Son fiables las PCB flexibles?
En general, la mayoría de las placas de circuito impreso flexibles son fiables y duraderas. Esto se debe a que los fabricantes producen estas PCB utilizando materiales de sustrato flexible como polyimide.
Después, se usan en dispositivos que necesitan ser flexibles.
Por ejemplo, usamos PCB flexibles en dispositivos wearable como relojes.
Como desventaja, la fiabilidad de su PCB flexible dependerá de la calidad de su construcción. Las fabricadas de forma deficiente no serán tan fiables como las PCB de alta calidad.
Por qué son caros los circuitos de PCB flexible?
Algunas PCB flexibles son más costosas que las PCB rígidas por varias razones. En primer lugar, son más complejas de diseñar y fabricar.
Como consecuencia, los fabricantes asignan más recursos para fabricar una PCB flexible que los que asignarían a placas de circuito tradicionales.
En segundo lugar, los sustratos de PCB flexible son más caros que los materiales utilizados para fabricar PCB rígidas.
Por ejemplo, los sustratos de polyimide cuestan más que los materiales rígidos que los fabricantes usan en PCB tradicionales.
En tercer lugar, la naturaleza flexible de las PCB hace que el proceso de fabricación sea intensivo y consuma mucho tiempo.
En conjunto, esto reduce la cantidad de placas que un fabricante puede producir en un tiempo determinado.
Como resultado, los costes de fabricación aumentan, lo que se traduce en precios de venta más altos.
Conclusión
En conclusión, las PCB flexibles requieren planificación, consideración y cuidado al diseñarlas, fabricarlas y ensamblarlas para lograr los beneficios previstos.
Estos beneficios son críticos para las generaciones actuales y futuras de la electrónica, donde se requerirán circuitos compactos, ligeros y fiables en diversas aplicaciones.
Con un socio de fabricación fiable como nosotros, podemos asegurarle placas de circuito flexible duraderas y de alta calidad, porque nuestro compromiso con la excelencia y la mejora continua nos ha mantenido a la vanguardia del sector.
Si quiere una cotización útil en lugar de genérica, envíe el objetivo de stackup, la zona de flexión, las ubicaciones de stiffeners, la cantidad esperada y el entorno operativo. Una buena respuesta del proveedor debe explicar qué está impulsando el coste y dónde puede simplificarse el diseño sin aumentar el riesgo.
Contáctenos para obtener más información sobre nuestras soluciones de diseño e ingeniería de flex PCB, o solicite una cotización hoy mismo.
Última Actualización: 1 de diciembre de 2024
