En el diseño de productos electrónicos modernos, las placas de circuito impreso (PCB) flexibles y rígido-flexibles se utilizan ampliamente debido a su ligereza y flexibilidad. Sin embargo, las placas de circuito impreso flexibles se deforman o dañan fácilmente por la tensión mecánica durante la soldadura, el ensamblaje y el uso prolongado. Por lo tanto, se necesita un elemento que mejore la resistencia estructural y la estabilidad de la placa de circuito impreso, y así surge el rigidizador para PCB. En este artículo, se profundiza en el tema de los rigidizadores para PCB, incluyendo su definición, funciones principales, aplicaciones, ventajas y aspectos de diseño.
¿Qué es un refuerzo de PCB?
El rigidizador de PCB es un material utilizado para aumentar la rigidez estructural y la resistencia de soporte de las PCB flexibles y rígido-flexibles. Esto no solo mejora las propiedades mecánicas de las placas de circuito, sino que también mejora la eficiencia de ensamblaje, aumentando la estabilidad de las placas al transportar componentes más pesados. Especialmente en las PCB flexibles, proporciona soporte mecánico adicional para evitar deformaciones o daños durante el funcionamiento, la soldadura y el uso. En resumen, el rigidizador de PCB desempeña un papel importante en la mejora de la estabilidad y durabilidad de las placas de circuito.
¿Por qué las PCB flexibles necesitan refuerzos?
Una PCB flexible requiere un refuerzo principalmente para mejorar la resistencia mecánica y la estabilidad. Dado que el material de una PCB flexible es muy delgado y se puede doblar y plegar, ciertas áreas clave suelen necesitar soporte y protección adicionales para mantener su integridad durante el uso. Se utiliza comúnmente en áreas de soldadura, puertos de conexión, áreas de componentes pesados y otras áreas donde se necesita aumentar la resistencia. Por ejemplo:
1. Área de soldadura:
La PCB flexible se deforma durante la soldadura, lo que genera puntos de soldadura débiles y afecta la estabilidad de las conexiones eléctricas. En este caso, es necesario añadir una placa de refuerzo de PCB en la zona de soldadura, especialmente en el punto de soldadura del conector o componente, para evitar que la placa de circuito se deforme o dañe debido al calor y la fuerza de operación de la soldadura, y para mejorar la fiabilidad de la soldadura.
2. CÁrea del conector:
La zona del conector de la placa se inserta y retira repetidamente, y la tensión generada en este proceso puede doblar o romper la placa flexible, e incluso provocar la caída del conector. Sin embargo, añadir un refuerzo de PCB en estas zonas puede prevenir eficazmente daños en la placa de circuito impreso causados por la inserción o el uso repetidos del conector.
3. Área de componentes pesados:
En el caso de componentes más pesados, si no se utiliza un refuerzo de PCB, la zona flexible no podrá soportar el peso del componente, lo que provocará flexiones o incluso daños. Por lo tanto, en las zonas donde se instalen componentes más pesados, se debe añadir un refuerzo de PCB para proporcionar soporte adicional y dispersar la presión de los objetos pesados, evitando así la deformación de la PCB flexible.
Después de comprender por qué las PCB son flexibles Necesitamos refuerzos, echemos un vistazo at Parámetros de los refuerzos de PCB.
parámetros of Refuerzos de PCB
Materiales comunes de refuerzo de PCB flexibles
Los materiales de refuerzo de PCB son materiales ricos y comunes como FR4, poliimida (PI) y materiales metálicos.
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Material de refuerzo
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Ventajas
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Desventajas
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Refuerzo FR4
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-Buena resistencia al calor, Adecuado para soldadura de alta temperatura.g
-Fácil de procesar, adecuado para cortar, perforar y dar forma.
-Dimensionalmente estable, proporciona un soporte confiable.
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-Relativamente pesado, agrega peso a la PCB.
-No apto para aplicaciones de alta frecuencia.
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Refuerzo de poliimida (PI)
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-Ligero y muy flexible, adecuado para aplicaciones que requieren flexión frecuente.
-Excelente resistencia al calor, ideal para entornos de temperaturas extremas.
- Alta estabilidad química, resistente a la corrosión química.
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-Mayor costo, aumenta los gastos de fabricación.
-Rendimiento eléctrico limitado en aplicaciones de alta frecuencia
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Refuerzos de aluminio y acero inoxidable
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-Alta resistencia mecánica, ideal para aplicaciones de alta carga.
-Buena conductividad térmica, adecuada para la disipación del calor.
-Duradero, ideal para uso a largo plazo en entornos hostiles.
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-Alta densidad, añade peso significativo.
-Dificil de procesar, aumenta la complejidad y el costo de fabricación.
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En algunas aplicaciones específicas, también se utiliza una barra colectora de refuerzo de PCB, que no solo mejora la rigidez de la placa de circuito, sino que también se puede utilizar para conducir corriente.
Espesores de refuerzo
El espesor del refuerzo de PCB varía según los diferentes materiales, y se debe seleccionar el espesor apropiado según la aplicación específica y los requisitos de soporte.
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Refuerzo Material
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Rango de espesor típico
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Aplicabilidad
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Refuerzo FR4
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0.2mm - 1.6mm
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Adecuado para áreas que requieren alta resistencia mecánica, como áreas de conectores y soldadura;
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Refuerzo de poliimida (PI)
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0.05mm - 0.5mm
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Ideal para áreas livianas que necesitan conservar la flexibilidad, como secciones frecuentemente dobladas;
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Refuerzo de aluminio
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0.5mm - 2.0mm
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Adecuado para aplicaciones de alta resistencia y alta disipación de calor, como áreas de alta corriente, pero aumenta significativamente el peso de la PCB.
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Refuerzo de acero inoxidable
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0.3mm - 1.5mm
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Se utiliza en áreas que requieren alta resistencia mecánica, adecuado para aplicaciones de alta carga, especialmente en entornos hostiles, brindando durabilidad pero agregando espesor a la PCB.
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Comparación del rendimiento de los refuerzos
Los refuerzos de diferentes materiales presentan grandes diferencias de rendimiento; consulte la siguiente tabla. Este formulario le ayudará a elegir el material más adecuado para sus refuerzos.
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Indicador de rendimiento
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FR4 Stiflinterna
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Refuerzo de poliimida (PI)
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Refuerzo de aluminio
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Refuerzo de acero inoxidable
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Fuerza mecánica
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Moderado, adecuado para apoyo general.
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Moderado, adecuado para aplicaciones de alta flexibilidad.
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Alto, ideal para escenarios de alta carga.
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Muy alto, adecuado para requisitos de resistencia extrema.
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Ligero
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Moderado, agrega peso total a la PCB
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Ligero, ideal para aplicaciones sensibles al peso.
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Relativamente pesado, no ideal para aplicaciones sensibles al peso.
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Relativamente pesado, aumenta el peso de la PCB.
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Resistencia al calor
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Excelente, adecuado para soldadura de alta temperatura.
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Excepcional, adecuado para aplicaciones de temperaturas extremadamente altas.
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Excelente, con buenas propiedades de disipación de calor.
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Excelente, adecuado para entornos de alta temperatura y alto estrés.
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Flexibilidad
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Baja, alta rigidez
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Alto, adecuado para zonas con frecuentes curvaturas.
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Sin flexibilidad, adecuado para zonas rígidas.
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Sin flexibilidad, ideal para zonas de soporte de alta resistencia.
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Resistencia química
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Buena
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Excelente, adecuado para entornos químicos agresivos.
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Moderado, propenso a la corrosión.
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Excelente, altamente resistente a la corrosión.
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Conductividad Térmica
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Baja
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Baja
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Alto, adecuado para aplicaciones con altas necesidades de disipación de calor.
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Moderado, adecuado para aplicaciones que necesitan tanto disipación de calor como resistencia mecánica.
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Costo
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Moderado
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Más alto, aumenta los costos de fabricación
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Superior, adecuado para aplicaciones de alto rendimiento.
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Más alto, ideal para necesidades de alta resistencia y alta durabilidad.
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Refuerzos de PCB multicapa
Algunos diseños requieren refuerzos de PCB multicapa o una combinación de múltiples materiales, en cuyo caso es necesario considerar varios puntos para garantizar el efecto de refuerzo y el rendimiento de la placa en general:
Compatibilidad de materiales:
Cada material tiene un coeficiente de expansión térmica (CTE) distinto y se expande o contrae a distintas velocidades ante cambios de temperatura. Por lo tanto, al combinar diversos materiales, conviene elegir aquellos con coeficientes de expansión térmica similares para evitar la delaminación, la deformación o el agrietamiento causados por los cambios de temperatura.
Unión entre capas:
La unión entre capas es fundamental para los refuerzos multicapa. Una buena unión entre capas garantiza que la placa reforzada permanezca intacta bajo tensión mecánica. Por lo tanto, recomendamos el uso de un adhesivo especial de alta resistencia entre los refuerzos multicapa (la resistencia térmica y el antienvejecimiento del adhesivo deben cumplir con los requisitos de uso de la placa de circuito impreso).
Espesor:
La cantidad de placas de refuerzo para PCB es grande, por lo que el grosor de la placa será inevitablemente mayor. Por lo tanto, para el refuerzo multicapa de PCB, es necesario controlar el grosor de cada capa para garantizar que cumpla con el límite de grosor y los requisitos de ensamblaje de la placa de circuito. Puede proporcionar suficiente soporte sin afectar la flexibilidad general de la PCB flexible.
Peso:
En PCB flexibles o rígido-flexibles, el peso puede afectar la capacidad de flexión y la flexibilidad de la placa. Por lo tanto, al aplicar rigidizadores multicapa o para usar la placa en aplicaciones ligeras, se recomienda elegir materiales ligeros, como poliimida (PI) o FR4 delgado.
Colocación de refuerzos
En una PCB flexible, la posición del refuerzo tiene un impacto significativo en el rendimiento y la fiabilidad general de la placa. Las ubicaciones habituales incluyen:
Capa superior o inferior: La capa superior de refuerzo puede aumentar la resistencia a la tracción al doblar la placa, mientras que la capa inferior puede aumentar la resistencia a la compresión. Para placas de circuito flexibles que requieren doblarse con frecuencia, la colocación de placas de refuerzo de una o dos caras puede prevenir eficazmente grietas o deformaciones.
Áreas asignadas: Al igual que las zonas de conectores, zonas de soldadura o zonas donde se necesitan instalar componentes pesados, estas zonas están sometidas a mayor estrés mecánico, se necesitan placas de refuerzo para mejorar la durabilidad y estabilidad del tablero.
Principio de diseño de los refuerzos de PCB
Siga las siguientes pautas para garantizar la integración y funcionalidad efectiva del tablero de refuerzo:
Posición de la capa: La placa de refuerzo debe estar lo más cerca posible de la capa central de la placa de circuito flexible para garantizar el máximo soporte. (Para refuerzos multicapa, debemos considerar la rigidez y flexibilidad general del contrapeso).
Unión de capas: La confiabilidad de la unión de capas está directamente relacionada con la estabilidad a largo plazo del tablero, por lo que se recomienda utilizar adhesivos resistentes al calor y de alta resistencia para evitar la separación o desplazamiento entre capas.
Diseño del esquema: El contorno de la placa de refuerzo debe coincidir con la forma de la placa de circuito impreso para evitar esquinas afiladas o bordes irregulares, a fin de evitar la concentración de tensiones que pueda dañar la placa de refuerzo o la placa de circuito impreso. (El diseño de contorno suave se adapta mejor a las necesidades de flexión de la placa de circuito impreso y prolonga su vida útil).
Características de instalación: Podemos diseñar la placa de refuerzo para que sea fácil de instalar y desmontar según los requisitos de la aplicación. (Para algunas áreas que requieren soldadura, la placa de refuerzo puede diseñarse para desmontarse temporalmente y facilitar su reparación y sustitución).
Transición flexible: Al diseñar la transición entre la placa de refuerzo y la zona flexible, se debe garantizar que esta tenga la flexibilidad adecuada. (Evite grietas o roturas debido a diferencias de rigidez).
Conclusión
En resumen, el rigidizador de PCB desempeña un papel crucial en las PCB flexibles y rígido-flexibles, ya que no solo mejora la resistencia mecánica de la placa de circuito, sino que también mejora eficazmente su estabilidad y durabilidad. Espero que este artículo le brinde una referencia de diseño clara para que pueda elegir y configurar mejor la placa de refuerzo en aplicaciones prácticas. Si tiene alguna pregunta, no dude en contactarnos.
