As placas de circuito impresso flexíveis são PCBs com um material de substrato flexível e algumas camadas de cobre que permitem a dobragem. Esta flexibilidade proporciona várias vantagens, como a utilização eficiente do espaço e a resistência a choques e vibrações, que são fundamentais em diversas aplicações.
Vamos analisar vários aspetos deste tipo de PCB, incluindo os materiais de construção mais comuns, o processo de fabrico, as vantagens e muito mais!
O Que é uma Placa de Circuito Impresso Flexível
Como referido anteriormente, um PCB flexível é uma placa de circuito com um material de base dobrável, geralmente composto por poliimida.
Os materiais que compõem as outras camadas também são flexíveis e conseguem suportar a dobragem sem partir ou fissurar.
É possível dobrar, enrolar ou torcer os PCBs flexíveis para os encaixar em espaços reduzidos, o que é importante quando se pretende que o circuito se adapte à forma da embalagem do produto final, como por exemplo um dispositivo vestível.
Outra vantagem fundamental do PCB Flexível é a sua resistência às vibrações, o que o torna adequado para aplicações automóveis, aeroespaciais e de aviação.
Tipos de Placas de Circuito Flexíveis
Eis os tipos de PCBs flexíveis:
PCBs Flexíveis de Face Simples
São os PCBs flexíveis mais comuns que se podem encontrar. Possuem uma camada condutora com uma película dielétrica flexível.
Também são impressos apenas num lado, o que os torna mais económicos de produzir.
PCBs Flexíveis de Dupla Face
Possuem impressões em ambos os lados do material dielétrico. Consequentemente, comportam mais componentes e têm melhor capacidade de gestão de potência do que outras placas.
Por outro lado, são mais dispendiosos de fabricar.
PCBs Flexíveis Multicamada
Possuem mais de duas camadas de condutores, o que os torna adequados para aplicações militares e aeroespaciais.
Além disso, comportam circuitos densos e são mais dispendiosos de fabricar.
PCBs Rígido-Flexíveis
Como o nome indica, são uma combinação de placas de circuito rígidas e flexíveis. Mais especificamente, são placas de circuito rígidas com substratos de ligação flexíveis.
Devido à sua construção, encontram-se maioritariamente em dispositivos inteligentes e aplicações militares.
PCBs Flexíveis HDI
HDI é o acrónimo de High-Density Interconnect (Interligação de Alta Densidade).
Os PCBs flexíveis HDI possuem múltiplas microvias e estruturas finas que permitem uma maior densidade de cablagem por unidade de área do que as placas de circuito tradicionais.
A elevada densidade de cablagem também aumenta a funcionalidade da placa, pois é possível montar mais componentes na mesma.
Outra característica distintiva dos PCBs flexíveis HDI é que apresentam substratos mais finos do que as placas de circuito flexíveis convencionais, o que reduz o seu tamanho e melhora o seu desempenho elétrico.
Quais São as Vantagens das Placas de Circuito Flexíveis
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Embalagem Compacta e Leve: Os PCBs flexíveis possuem substratos, camadas de cobre e outros materiais mais finos do que os seus equivalentes rígidos. Materiais finos significam também placas leves, o que resulta num tamanho e peso de embalagem mais reduzidos para o produto final.
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Flexibilidade: As placas flexíveis podem ligar múltiplos planos durante a instalação e podem ser fletidas várias vezes sem sofrer falhas.
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Elevada Fiabilidade: Os pontos de interligação são comuns quando se trabalha com placas rígidas e são propensos a falhas. Os PCBs flexíveis reduzem os pontos de interligação nos circuitos, o que aumenta a fiabilidade do produto. Além disso, as placas FPC conseguem suportar choques e vibrações, tornando a eletrónica automóvel e outros produtos altamente fiáveis.
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Permite Configurações de Alta Densidade: Como permitem espaços e linhas extremamente estreitos, os PCBs flexíveis libertam espaço para populações de dispositivos de alta densidade, permitindo funcionalidades adicionais do produto.
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Liberdade de Design: O design de PCB flexível não está limitado a duas camadas. As placas podem ter múltiplas camadas, algumas até combinando circuitos rígidos em várias secções. Portanto, estes PCBs podem ter configurações complexas para lidar com circuitos sofisticados.
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Melhor Fluxo de Ar: Os designs aerodinâmicos destes PCBs permitem que o ar fresco flua facilmente através do produto e dissipe o calor mais rapidamente.
Quais São as Desvantagens dos PCBs Flexíveis
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Elevados Custos de Fabrico: Os materiais utilizados para fabricar placas flexíveis são mais dispendiosos do que os utilizados para fabricar PCBs rígidos. Além disso, o processo de fabrico é mais complexo e existe uma elevada probabilidade de danos durante o manuseamento.
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Difícil de Reparar: A reparação de placas flexíveis (reparações ou modificações) é complicada porque é necessário remover a película protetora, corrigir o problema e depois restaurar esta película.
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Densidades de Componentes Limitadas: A natureza fina e flexível destas placas limita o número e os tipos de componentes que se podem montar. Densidades elevadas ou componentes grandes e pesados podem sobrecarregar o substrato ou mesmo fazê-lo partir.
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Múltiplas Complexidades de Design: Algumas regras de design, como a ausência de vias nas zonas de dobragem, escalonamento de condutores em placas multicamada, utilização de coberturas específicas, etc., tornam o design de PCB flexível complexo.
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Suscetibilidade a Condições Ambientais Prejudiciais: As placas flexíveis são mais suscetíveis a químicos, calor, humidade e outros fatores ambientais do que as placas rígidas. Portanto, podem não ser a melhor opção para algumas aplicações.
Quais São os Materiais Comuns dos PCBs Flexíveis
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Condutores: O material condutor mais comum utilizado em PCBs é o cobre, mas o utilizado em placas flexíveis deve ser mais fino. Assim, é cobre laminado recozido ou cobre eletrodepositado. Outros materiais que podem ser utilizados como condutores incluem alumínio, Inconel, tinta de prata, constantan e cupro-níquel.
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Adesivos: Estes materiais unem as camadas e incluem epóxi, acrílico ou PSAs (Adesivos Sensíveis à Pressão).
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Isolantes: Os isolantes separam as camadas condutoras e incluem poliimida, poliéster, PEN, PET, PEEK ou LCP. A máscara de solda, um líquido epóxi, também é um isolante.
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Acabamentos: Os acabamentos de superfície nas áreas de cobre expostas podem ser ENIG, ENEPIG, Estanho, OSP, ouro duro ou níquel duro. Existem várias outras opções, mas o ENIG é o mais popular.
Porquê Utilizar Reforços de PCB em Placas Flexíveis e Rígido-Flexíveis
Os reforços proporcionam resistência mecânica ao PCB, o que melhora a durabilidade e a fiabilidade. Os reforços de PCB podem ser adicionados a qualquer lado da placa, e os seus requisitos enquadram-se nestas categorias de utilização:
- Rigidificação de secções de conectores para melhorar o alívio de tensão durante inserções repetidas ou ao transportar conectores grandes e pesados
- Para cumprir os requisitos de espessura ZIF (Zero Insertion Force - Força de Inserção Zero)
- Criação de uma superfície plana para colocação de pads e componentes SMT
- Para ajudar com restrições de dobragem localizadas
- Redução da tensão nos componentes
- Para melhorar a dissipação de calor (reforços metálicos)
- Redução das probabilidades de falha durante a montagem automatizada
Existem Considerações ao Projetar Placas Impressas Flexíveis
Antes de avançar para o processo de fabrico, o PCB flexível deve ser devidamente projetado, e é importante ter em mente estas considerações de design.
Ambiente de Operação
Considere o ambiente de operação final da placa, o que determinará se necessita de camadas de proteção contra químicos, temperaturas elevadas ou humidade.
Rácio de Dobragem
Este termo refere-se à relação entre o raio de dobragem e a espessura da placa. O rácio é importante a considerar porque placas com diferente número de camadas têm diferentes rácios de dobragem, e quanto mais apertado for o raio de dobragem, maior é a probabilidade de falha ao fletir.
Condutores e Encaminhamento
As pistas de cobre e os seus trajetos de transmissão devem ser analisados cuidadosamente para determinar se serão afetados ao fletir. Os condutores devem ser encaminhados perpendicularmente às zonas de dobragem para evitar a rotura.
Filetes de Pad
Estas adições são necessárias quando o diâmetro do pad excede a largura da pista de ligação, pois melhoram o rendimento de ataque químico e a resistência do material.
Alívio de Rasgamento
Considere um raio de canto grande, reforços e ranhuras de alívio para evitar o rasgamento do PCB.
Vias
As vias cegas e enterradas só devem ser utilizadas quando necessário para PCBs multicamada, pois aumentam significativamente o custo de fabrico.
Camadas de Plano e Blindagem
As camadas de plano de terra ou de referência são fundamentais para blindagem, controlo de impedância e integridade do sinal. No entanto, estas camadas sólidas de cobre tornam a placa mais rígida, pelo que devem ser incluídas no cálculo do rácio de dobragem.
Integridade do Sinal e Impedância Controlada
Fatores como a constante dielétrica dos materiais de isolamento, a largura da pista e a distância da pista de sinal ao plano de referência determinam a integridade do sinal e a impedância.
Como Fabricar Placas de Circuito Flexíveis: Processo de Fabrico Passo a Passo
Este processo tem nuances dependendo se a placa flexível tem uma ou múltiplas (2 ou mais) camadas, mas geralmente segue os passos abaixo após a seleção do material e a laminação com cobre.
Corte do Laminado Revestido a Cobre
O PCB flexível começa como um rolo de um laminado revestido a cobre que é cortado numa folha de cobre semi-acabada do tamanho de processamento necessário.
Furação
Dependendo dos ficheiros de design, os furos são perfurados através do laminado com diâmetros específicos utilizando furação mecânica ou a laser. Esta última é preferida porque não exerce pressão sobre o PCB. Estes furos são depois limpos e metalizados.
Laminação de Filme Seco
Os filmes secos são resistências fotossensíveis que ajudam na transferência da imagem do circuito para a camada de cobre. Este material fotorresistente é aplicado utilizando um rolo aquecido com a pressão adequada para o derreter e formar uniformemente sobre o cobre.
Metalização de Padrão
A metalização de padrão pode ser feita utilizando luz UV (fotolitografia) ou LDI.
Ataque Químico
Este processo requer uma solução química corrosiva para remover o cobre das áreas de filme seco não curadas. A metalização de padrão cria um filme positivo endurecido no material fotorresistente para formar o circuito. O ataque químico corrói as outras secções para deixar o circuito.
Remoção do Filme Seco e Inspeção
O filme seco positivo endurecido é removido para deixar o circuito de cobre exposto, que é submetido a inspeção para curto-circuitos ou circuitos abertos utilizando AOI.
Laminação de Coverlay
Um overlay é uma película aplicada ao PCB para o proteger da oxidação e danos mecânicos, como riscos. Após a aplicação, a placa é submetida a laminação utilizando calor e pressão com parâmetros específicos de calor e pressão para evitar danos.
Acabamento de Superfície
O acabamento de superfície é importante nas áreas de cobre expostas para as proteger da oxidação. Também simplifica a soldadura.
Impressão Serigráfica
A serigrafia indica as informações relevantes na superfície (pontos de teste, símbolos de aviso, logótipos, etc.), e é impressa com a máscara de solda para proteção.
Teste Elétrico
O teste elétrico requer técnicas como sondas voadoras ou cama de agulhas para verificar curto-circuitos ou circuitos abertos no PCB.
Puncionamento
O puncionamento refere-se ao corte da folha em PCBs individuais que correspondem aos requisitos do cliente (ficheiros de design).
Inspeção
A inspeção visual é necessária para garantir que a placa flexível não tem riscos ou contaminações.
Embalagem e Expedição
Os PCBs completos são embalados de acordo com as necessidades do cliente antes da expedição. Se o cliente necessitar de montagem, as placas seguem para estas instalações para formar PCBAs antes da expedição.
Como Escolher o Fabricante de Placas de Circuito Flexíveis Certo
Os PCBs flexíveis são placas eletrónicas delicadas que necessitam de considerações de design e manuseamento adequados durante o fabrico. Portanto, deve considerar os três Es ao escolher o seu fabricante de montagem de placas flexíveis. Estes são especialização, equipamento e experiência.
Na FlexiPCB, temos uma equipa interna de engenheiros que utilizam o nosso software e equipamento de última geração para o ajudar com o seguinte:
- Desenvolvimento de conceito
- Otimização de design
- Seleção de materiais
- Design de stackup de PCB
- Análise DFM
- Análise de integridade do sinal
- Análise de integridade de potência
- Análise térmica
- Análise mecânica
Uma vez que estas placas são delicadas de manusear, podemos tratar do processo de montagem por si para eliminar quaisquer complexidades que possam surgir do seu lado.
A nossa solução de montagem de PCB chave na mão também abrange o sourcing e aquisição de materiais, controlo de qualidade, testes, embalagem, expedição, suporte pós-venda e manutenção, e recomendamos este serviço porque nos permite fazer todo o trabalho arriscado e difícil por si a custos razoáveis.
Perguntas Frequentes
Os PCBs flexíveis são fiáveis?
Geralmente, a maioria das placas de circuito impresso flexíveis são fiáveis e duráveis. Isto porque os fabricantes produzem estes PCBs utilizando materiais de substrato flexíveis como a poliimida.
Posteriormente, utilizam-nos em dispositivos que necessitam de ser flexíveis.
Por exemplo, utilizamos PCBs flexíveis em dispositivos vestíveis como relógios.
Por outro lado, a fiabilidade do seu PCB flexível dependerá da qualidade da sua construção. Os mal fabricados não serão tão fiáveis como os PCBs de alta qualidade.
Porque é que os circuitos de PCB flexíveis são caros?
Alguns PCBs flexíveis são mais dispendiosos do que os PCBs rígidos por várias razões. Primeiro, são mais complexos de projetar e fabricar.
Consequentemente, os fabricantes alocam mais recursos para fabricar um PCB flexível do que fariam com placas de circuito tradicionais.
Segundo, os substratos de PCB flexível são mais caros do que os materiais utilizados para fabricar PCBs rígidos.
Por exemplo, os substratos de poliimida custam mais do que os materiais rígidos que os fabricantes utilizam em PCBs tradicionais.
Terceiro, a natureza flexível dos PCBs torna o processo de fabrico intensivo e demorado.
No geral, reduz o número de placas que um fabricante pode produzir num determinado período de tempo.
Como resultado, os custos de fabrico aumentam, traduzindo-se em preços de venda mais elevados.
Conclusão
Em conclusão, os PCBs flexíveis requerem planeamento cuidadoso, consideração e cuidado ao projetar, fabricar e montá-los para alcançar os benefícios pretendidos.
Estes benefícios são fundamentais para as gerações atuais e futuras de eletrónica, onde circuitos compactos, leves e fiáveis serão necessários em várias aplicações.
Com um parceiro de fabrico fiável como nós, podemos assegurar-lhe placas de circuito flexíveis duráveis e de alta qualidade porque o nosso compromisso com a excelência e a melhoria contínua manteve-nos na vanguarda da indústria.
Contacte-nos para saber mais sobre as nossas soluções de design e engenharia de PCB flexível, ou obtenha um orçamento hoje!
Ultima Atualizacao: 1 de dezembro de 2024