Placa de circuito impreso flexible | FPCB

Las placas de circuito impreso flexibles (FPCB) se convirtieron en un elemento innovador en la electrónica moderna gracias a su capacidad de flexionarse, doblarse y adaptarse a geometrías complejas. Su uso en la industria se ha extendido gracias a sus diversas ventajas, como su estructura flexible, ligereza, compacidad y su capacidad para adaptarse a diversos espacios. 

Las PCB flexibles se fabrican generalmente con película de poliimida o poliéster. Las propiedades de estos materiales permiten que las FPCB se flexionen y doblen sin sufrir daños. Su capacidad de flexión las convierte en una opción popular para muchas industrias de fabricación electrónica que requieren compacidad y robustez, como la electrónica portátil, los dispositivos electrónicos portátiles, los dispositivos médicos y la electrónica de consumo.

Estructura de FPCB

La estructura FPCB desempeña un papel fundamental en la determinación de las funcionalidades de la placa de circuito impreso. Sus elementos básicos son los siguientes: 

·       Capa conductora: La capa conductora de FPCB está compuesta de cobre, proporcionando la conductividad eléctrica necesaria para el circuito.

·       Capa de sustrato dieléctrico: El sustrato dieléctrico sirve como base física en las estructuras de capas FPCB para materiales conductores.

·       Capa adhesiva: La capa adhesiva en los FPCB se utiliza para unir el sustrato a la lámina de cobre, lo que da como resultado altura y flexibilidad en la placa.

·       Capa de cubierta: La cubierta está hecha de material de poliimida y protege los circuitos conductores del polvo y la humedad.

·       Refuerzos: Los refuerzos son en su mayoría de material FR4, que se utiliza para reforzar áreas y hacer que el FPCB sea más robusto.

Tipos de FPCB según capas

Las PCB rígidas y flexibles constan de varias capas laminadas. Las capas de FPCB difieren ligeramente de las capas de PCB tradicionales debido a su flexibilidad. Las FPCB se pueden clasificar según sus capas.

1.     FPCB de una sola cara: La PCB flexible de una cara se considera la placa más simple, compuesta únicamente por una capa de sustrato, una capa conductora, una capa superpuesta y una serigrafía. Se denomina FPCB de una cara porque solo tiene una capa de película flexible de poliimida o polímero. Por lo tanto, la capa conductora de cobre es accesible en una cara de la FPCB. La otra cara de este tipo de PCB se utiliza para alojar componentes electrónicos.

·       ¿Por qué FPCB de una sola cara? Entre todos los tipos de FPCB, la PCB flexible de un solo lado se usa ampliamente en muchas aplicaciones electrónicas.iones, incluidos los dispositivos electrónicos portátiles y de consumo, debido a su simplicidad y rentabilidad.

2.     FPCB de doble cara: En las placas de circuito impreso flexibles de doble cara, se pueden crear patrones de trazas en ambos lados. La accesibilidad a las capas de cobre, tanto superior como inferior, las convierte en una opción ideal para placas electrónicas densas. En las placas de circuito impreso flexibles de doble cara, las capas se pueden conectar mediante orificios pasantes.

·       ¿Por qué FPCB de doble cara? Estas placas permiten usar ambos lados para crear patrones de trazado y, por lo tanto, son ideales para productos electrónicos complejos y densos, como dispositivos médicos y electrónica de consumo. Son ideales cuando se requiere mayor funcionalidad en un área limitada.

3.     FPCB multicapa: Las PCB flexibles multicapa, como su nombre indica, tienen múltiples capas de cobre conectadas mediante orificios pasantes. Las PCB flexibles multicapa son complejas entre todos los tipos, ya que constan de capas individuales de cobre y dieléctricas. Generalmente, las placas de circuitos flexibles multicapa son ideales para aplicaciones que requieren libertad de diseño, requisitos de diseño densos y múltiples funcionalidades en un área limitada, como teléfonos inteligentes, dispositivos electrónicos espaciales, cámaras digitales y marcapasos. 

·       ¿Por qué FPCB multicapa? Los FPCB multicapa son principalmente adecuados para diseños complejos donde se desean diversas funcionalidades en áreas limitadas, como audífonos y marcapasos.

Tipos de materiales para PCB flexibles

La flexibilidad en los FPCB se consigue mediante materiales especializados. Los materiales básicos que se utilizan en las placas de circuitos flexibles son el sustrato, el material conductor y los adhesivos.

3.1 Material del sustrato

El material base utilizado para casi todos los tipos de PCB es el mismo: fibra de vidrio tejida. Si bien estos materiales se utilizan en placas de circuito impreso rígidas, no es la fibra de vidrio la que las hace rígidas, sino el epoxi curvado. La capa laminada única ofrece la flexibilidad suficiente para utilizarse en placas de circuito impreso flexibles sencillas que no requieren movimiento constante. El material más común para PCB flexibles es la poliimida, que es flexible y resistente al calor. El poliéster también es una opción, pero no se usa con frecuencia ni se prefiere debido a su resistencia a las altas temperaturas de soldadura.

3.2 Material conductor

El material conductor más común para electrónica de bajo costo es el cobre. El cobre se presenta en diferentes formas y su idoneidad depende de la aplicación. Por ejemplo, si busca reducir el tiempo y los costos de fabricación eliminando el cableado y los conectores, la lámina de cobre es una excelente opción. Si su aplicación requiere una flexión continua de la placa de circuito impreso (PCB), la lámina de cobre no es la mejor opción, por lo que podría considerar láminas de alta calidad. Estas láminas mejoran la flexibilidad de la PCB flexible, pero incrementan considerablemente el costo. Por lo tanto, se trata de un equilibrio entre lograr una alta flexibilidad y ahorrar costos. La lámina recocida mejora la flexibilidad requerida para las PCB flexibles.

3.3 Material adhesivo

En pocas palabras, el adhesivo es un material que se utiliza para unir dos materiales y formar una unión fuerte. En PCB flexibles o rígidos, se requieren adhesivos para unir la lámina de cobre. En el material FR4, el cobre recocido tiene menos dientes y el calor no es suficiente para lograr una unión robusta. Por lo tanto, los adhesivos desempeñan un papel fundamental para lograr una unión fuerte y proporcionar la flexibilidad necesaria para los FPCB.

Tipos de FPCB según la configuración

Según la configuración, los FPCB normalmente se clasifican en PCB flexibles estáticos y dinámicos.

FPCB estático

Las PCB estáticas flexibles están diseñadas para aplicaciones que requieren un movimiento mínimo. Generalmente, están diseñadas para doblarse en un radio específico. Durante el proceso de ensamblaje, las PCB estáticas flexibles se doblan más allá del radio de curvatura y el ángulo utilizando una herramienta especializada para asegurar la deformación plástica durante el conformado. Al definir el radio y el ángulo de curvatura, es importante considerar el margen de seguridad en el espesor de la pista. Esto es fundamental para garantizar que la línea capilar permanezca intacta y no se agriete.

FPCB dinámico

Las PCB flexibles dinámicas se utilizan donde se requiere mayor flexibilidad, como en brazos robóticos. Ya sean estáticas o dinámicas, las consideraciones de diseño para las PCB flexibles suelen ser las mismas, salvo que las dinámicas están diseñadas para soportar más flexiones y plegados. La durabilidad de estas PCB flexibles aumenta para lograr un mayor ángulo de flexión y curvatura.

Proceso de fabricación de FPCB

Los pasos típicos involucrados en el proceso de fabricación de FPCB incluyen:

       1. Selección de materiales: Este paso es crucial en el proceso de fabricación de FPCB, ya que determina la flexibilidad general de la placa de circuito. Normalmente, se utiliza poliimida como sustrato debido a su resistencia al calor y durabilidad. Se utilizan capas de cobre para crear patrones de trazas. 

       2. Patrón de circuitoSe aplica material fotorresistente a la superficie del cobre y se expone a luz ultravioleta mediante una máscara para crear el patrón de circuito deseado. Mediante el proceso de grabado, se elimina el cobre no deseado.

       3. Proceso de perforación y perforación de agujeros pasantes: Los orificios se crean con un dispositivo especializado para vías y orificios pasantes. Estos orificios se hacen conductores mediante cobre para conectarlos con otras capas de PCB flexible.

       4. Ubicación de los componentes: Primero, se aplica la pasta de soldadura con una plantilla. Con una máquina de selección y colocación, se colocan los componentes en la zona designada.

       5. Soldadura por reflujo: El FPCB se pasa ahora a un horno de reflujo para calentar la pasta de soldadura. Al calentarse, esta se funde y crea una conexión sólida entre los componentes y las almohadillas.

       6. Inspección y pruebas: Con equipo especializado, se inspeccionan los FPCB para identificar cualquier error. Una máquina de inspección óptica automatizada escanea el FPCB y detecta cualquier componente faltante y puentes de soldadura. También se realiza una inspección por rayos X para identificar cualquier defecto de soldadura en el FPCB.

Aplicaciones de FPCB

La capacidad de los FPCB de flexionarse y plegarse los hace ideales para muchas aplicaciones industriales, incluidos satélites, productos electrónicos de consumo, productos electrónicos portátiles y dispositivos médicos.

Dispositivos médicos: Las PCB flexibles son compactas, livianas y confiables, y su capacidad para adaptarse a geometrías complejas las hace ideales para muchos dispositivos médicos, como marcapasos, audífonos, tomografías computarizadas, máquinas de resonancia magnética y equipos de diagnóstico.

Electrónica de consumo: La electrónica de consumo moderna se vuelve cada día más inteligente y exige PCB ligeras, compactas y eficientes. El FPCB cubre esta necesidad y se utiliza en numerosas aplicaciones, entre ellas: Teléfonos inteligentes, relojes inteligentes, computadoras portátiles y dispositivos portátiles.

Industria automotriz: La industria automotriz se está transformando con las tecnologías modernas. Los vehículos modernos requieren una comunicación fluida entre sensores. Los FPCB se están popularizando en la industria automotriz y se utilizan en... Pantallas de tablero, sensores y sistemas de iluminación del vehículo.

Automatización industrial: El mundo avanza hacia la automatización y los robots se están popularizando en diversas aplicaciones. Los FPCB proporcionan la flexibilidad y la fiabilidad necesarias a los brazos robóticos para que sean eficientes y autónomos.

Pros y contras de FPCB

Las PCB flexibles tienen ventajas únicas. Sin embargo, presentan algunas desventajas, que dependen de los requisitos y el tipo de aplicación para la que se diseñen.

10 consejos para el diseño de su FPCB

1. Según su aplicación, elija el material de sustrato adecuado para su diseño FPCB.

2. Realice un radio de curvatura preciso para evitar cualquier falla.

3. Utilice siempre vías escalonadas en el diseño de FPCB.

4. No se recomienda usar uniones soldadas. Por lo tanto, intente siempre usar la mínima cantidad de sol.las articulaciones.

5. Optimice el ancho de la traza para reducir la resistencia.

6. Realice siempre pruebas exhaustivas de los FPCB antes de integrarlos en el diseño.

7. Utilice siempre técnicas adecuadas de disipación de calor en el diseño de FPCB.

8. Utilice técnicas de blindaje adecuadas para minimizar la interferencia EMI.

9. Utilice materiales de superposición adecuados para garantizar la durabilidad.  

10. Utilice técnicas adecuadas para evitar grietas en la PCB flexible.

Diferencia entre PCB rígidos y PCB flexibles

Conclusión

Las PCB flexibles surgieron como un elemento innovador en la electrónica moderna al ofrecer soluciones flexibles, fiables, ligeras y compactas para diversas aplicaciones, como la electrónica portátil, la electrónica de consumo y la industria médica. Su capacidad para adaptarse a geometrías complejas las hace ideales para los diseños electrónicos modernos. Si bien su coste de fabricación es elevado, sus ventajas superan a sus desventajas.