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Comprensión de la PCB rígida-flexible: beneficios, aplicaciones y fabricación

Tabla de contenido
Artículo principal (H2)

Diferentes tipos de PCB rígido-flex proporcionados por GlobalWellPCBA

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Introducción

Los PCB rígidos-flexibles se utilizan comúnmente en aparatos electrónicos y electrodomésticos de consumo. Es una combinación de PCB rígidos y flexibles. Significa que podemos obtener beneficios complejos de los PCB rígidos y flexibles en un PCB rígido-flexible. Hay diferentes razones detrás del uso de PCB rígido-flexibles. El soporte mecánico es una gran ventaja, pero también podemos aspirar a mejorar el montaje de componentes. 

Dado que se trata de un dúo de PCB rígidos y complejos, está claro que una parte de este PCB es flexible mientras que la otra no. Estos no solo son livianos sino que también ocupan menos espacio, por lo que podemos usarlos en dispositivos de la industria automotriz, aeroespacial y otras industrias. Estudiaremos los PCB rígidos-flexibles en detalle a lo largo de esta publicación. 

PCB rígido-flexible

Antes de comenzar nuestra discusión, definamos los PCB rígidos-flexibles. Una PCB rígido-flexible contiene PCB rígidos y flexibles. Estos se encuentran entre los PCB multicapa. Podemos hacer que estos PCB sean más complejos según la naturaleza y función de las aplicaciones. No hay duda de que debido a la naturaleza compleja de estos PCB, debemos tener cuidado al diseñarlos. La complejidad de los PCB rígidos-flexibles muestra que cualquier negligencia en el desarrollo del diseño puede arruinar el rendimiento más adelante. La mejor parte de estos PCB es la libertad de utilizar el espacio 3D al diseñarlos. Por tanto, es posible torcer y girar incluso con la presencia de piezas rígidas en estos tableros. 

Trabajando en PCB rígido-flexible

Los PCB rígidos-flexibles tienen un funcionamiento diferente al resto de PCB. Utilizamos ambos sustratos, incluidos poliimida y FR4, para estos PCB. Para que puedan funcionar dinámicamente y mejorar el rendimiento de la electrónica en todos los aspectos. Aquí, aprenderemos brevemente sobre el funcionamiento básico de los PCB rígidos-flexibles. 

  • La parte rígida de estos PCB sirve para agregar resistencia mecánica a las placas.
  • También podemos confiar en porciones rígidas para un mejor montaje de los componentes. 
  • La disipación de calor a través de las placas también es posible a través del lado rígido.
  • La parte flexible sirve para desarrollar interconexiones entre el tablero, sus componentes, capas y el segmento rígido.
  • Tanto los PCB rígidos como los flexibles utilizan capas conductoras para grabar.
  • Usamos orificios pasantes chapados para unir verticalmente las capas, y esto se aplica tanto a segmentos rígidos como flexibles.
  • La parte flexible no se utiliza para el montaje de componentes.
  • Podemos girar y girar la parte flexible como queramos sin comprometer los elementos circundantes.
  • Aparte de esto, también podemos desarrollar estructuras 3D a partir de PCB rígido-flexibles.

El objetivo del desarrollo de configuraciones 3D es mejorar el soporte que proporcionan las partes rígidas de estos PCB. Para que se puedan crear interconexiones mejores y más fuertes dentro de la configuración que aumenten su durabilidad. Podemos introducir los materiales para PCB rígidos y flexibles mediante un método llamado laminación. Durante esto, debemos asegurarnos de que los materiales se adhieran correctamente para que no haya complicaciones térmicas ni mecánicas. 

Dado que los PCB rígidos-flexibles son inútiles sin un diseño impecable, a continuación se incluyen algunos consejos eficaces que debe tener en cuenta. 

  • No olvide trazar las capas flexibles para que pueda lograr una flexión dinámica.
  • No debe haber una tensión de transición excesiva entre los segmentos rígidos y flexibles.
  • Es crucial garantizar un control óptimo del radio de curvatura. 
  • A los segmentos rígidos y flexibles se les debe dar suficiente espacio para las fluctuaciones de espesor.

Consideraciones de diseño para PCB rígido-flexible

Después de seguir estas recomendaciones, podrá desarrollar PCB rígidos-flexibles impecables. Veamos cómo: 

  • Apilamiento de capas

No debería haber errores en el apilamiento de capas para los PCB rígidos-flexibles. Es importante determinar el número individual de capas rígidas y flexibles, de lo contrario se pueden arruinar los diseños. También es fundamental tener en cuenta factores como el enrutamiento, la flexión dinámica y la densidad de los componentes. Los laminados para capas rígidas siempre deben ser laminados FR4 y vidrio. Para capas flexibles se recomiendan dieléctrico flexible y poliimida. Además, para combinar estas capas, es importante integrar capas adhesivas adicionales en la configuración. En las pruebas, el apilamiento debe cumplir con el espesor, el control de impedancia, la flexibilidad y la rigidez en todos los aspectos. 

  • Transiciones (rígido a flexible)

Dado que aquí trabajamos con dos segmentos, existen mayores posibilidades de roturas y golpes en el segmento de transición. Por lo tanto, es importante manejar esta transición con cuidado, de lo contrario puede arruinar ambas partes.

  • Será mejor usar puntas y esquinas redondeadas para la configuración de transición.
  • Los anillos anulares deben ser anchos, lo que puede ayudar a reducir la tensión mecánica.
  • Si la transición es de cobre, entonces es importante reducir la porción descubierta para obtener el rendimiento deseado. 
  • Se recomiendan esquinas curvas en lugar de ángulos agudos. 
  • Radio de curvatura

Otra cosa importante es el radio de curvatura. La parte flexible no puede cruzar una cierta longitud de radio de curvatura, por lo que debemos considerarla al desarrollar PCB rígido-flexibles. Si queda muy apretado se pueden romper las trazas de cobre y además arruinar la laminación, cosa que no queremos. Por lo tanto, el espesor del cobre, la acumulación de capas y la flexión dinámica deben ser óptimos para evitar complicaciones relacionadas con el radio de curvatura. 

  • Colocación de componentes

Ya sabes que no podemos montar componentes en superficie en la parte flexible de las PCB. Por lo tanto, mientras hacemos esto, no debemos dejar que los componentes se deslicen en la parte flexible, lo que puede dañar la estructura de los PCB. Además, los conectores son componentes de tensión y debemos mantener una distancia precisa entre ellos y el segmento de transición. El área de cobre también es considerable para dejar salir el exceso de calor. 

  • Enrutamiento 

Debe tener en cuenta los siguientes consejos de seguimiento para obtener mejores resultados: 

  • Las pistas deben ser más anchas y debe haber un espacio adecuado para una mejor flexión dinámica.
  • Intente no crear ángulos agudos, lo cual no es recomendable para PCB rígido-flexibles.
  • Lo mejor será enrutar donde esté presente un eje de curvatura neutral 
  • Asegúrese de utilizar una densidad de cobre óptima y manténgala durante toda la instalación.

Procedimiento de fabricación de PCB rígido-flexible

Así es como podemos desarrollar PCB rígidos-flexibles de grado industrial:

  • Preparación de materiales

El proceso comienza con la adquisición de materiales para piezas rígidas y flexibles. Estos materiales se someten a una limpieza y acondicionamiento adecuados antes de su posterior procesamiento. 

  • Imágenes

El siguiente paso es iniciar la obtención de imágenes de las capas interior y exterior con la ayuda de un patrón conductor, y para ello utilizamos litografía y grabado. El propósito de la obtención de imágenes es desarrollar almohadillas y trazas en capas de PCB. 

  • Formación de agujeros

La perforación es importante para crear agujeros y también podemos perforarlos. Con este proceso es posible realizar diferentes orificios, como orificios para componentes y herramientas. Los revestimos junto con cobre para que se puedan formar interconexiones verticales. 

  • Laminación

La laminación es importante para las capas de PCB para que puedan alinearse. La alta temperatura y la presión controlada lo hacen posible. Además, no deberíamos comprometer los vínculos entre ambos segmentos en este momento. Para potenciarlos utilizamos adhesivos de gran resistencia. 

  • Imágenes

Es hora de tomar imágenes de las capas exteriores, y para este paso se utiliza el mismo proceso de litografía y grabado. 

  • Máscara de soldadura y acabado

La máscara de soldadura sirve para proteger la capa de cobre de la corrosión y posibles daños. No laminamos las almohadillas ni las pistas en este momento. Sólo la PCB utiliza acabados superficiales en función de su naturaleza. Algunos PCB usan ENIG, mientras que otros usan HASL, OSP y estaño. 

  • Singulación

También tenemos que encaminar el gran panel de PCB. Este paso muestra cómo los PCB rígidos-flexibles tienen configuraciones complejas que son fácilmente identificables del resto. 

  • Pruebas

Las pruebas y la inspección son los pasos más cruciales de este proceso. No sólo podemos mejorar nuestros PCB mediante pruebas, sino también detectar a tiempo fallos perjudiciales y solucionarlos. Hay diferentes métodos de inspección disponibles para que esto sea posible. Sin embargo, la AOI, también conocida como inspección óptica automatizada, es un proceso común a seguir. 

  • Conjunto

Podemos adquirir configuración 3D en el caso de PCB rígido-flexibles cuando sea necesario. Asimismo, durante el montaje, los componentes y capas se montan según los diseños desarrollados en la fase de preproducción. 

Aspectos de costos de la PCB rígida-flexible

  • Recuento de capas

La lógica es simple. Más capas significan más costo. Por esta razón, todos los PCB multicapa que incluyen PCB rígidos-flexibles no son asequibles y además requieren dinero para su producción. 

  • Panel 

Si la utilización del área del panel es menor, aumentará el costo. Por eso, para no hacer volar tu presupuesto, es importante utilizar el espacio de manera eficiente. 

  • Acabados y revestimientos

Hay diferentes acabados de superficie disponibles a precios asequibles, pero también tienen sus desventajas. Por este motivo, los acabados superficiales también pueden influir en el coste de estos PCB. 

  • Tipo de material flexible

Los materiales de PCB como la poliimida son caros y, si utiliza materiales raros y de alta gama, prepárese para afrontar una gran mella en su bolsillo. 

  • Precisión del registro

Cuando se busca un rastreo preciso y más precisión, se necesitarán equipos de alta gama. Por tanto, para acceder a este equipo, tendrías que alterar tu presupuesto. 

  • Complejidad del diseño

Si desea optar por enrutamiento denso y funciones HDI, también aumentará su costo de producción. 

  • Pruebas

Es obvio que los diferentes métodos de prueba incluyen muchas herramientas y equipos y, por esta razón, un productor tiene que ir más allá de su presupuesto para probar sus PCB. 

Beneficios de utilizar PCB rígido-flexible

Embalaje consolidado

Es obvio que cuando utilizamos PCB rígidos-flexibles, el tamaño del paquete se reduce. Por esta razón, podemos utilizar una única PCB rígida-flexible no solo para ahorrar espacio sino también para mejorar la calidad y el rendimiento al mismo tiempo. 

Mayor confiabilidad

La mejor parte de los PCB rígidos-flexibles es que ofrecen más confiabilidad, lo que resulta útil para componentes electrónicos potentes y de alta frecuencia. Usar dos PCB en una sola unidad es nada menos que un milagro y, por esta razón, existen amplias aplicaciones que dependen de los PCB rígidos-flexibles para su rendimiento. 

Resumen

Los PCB rígidos-flexibles son una gran innovación para sustentar campos como la electrónica, la automoción y la aeroespacial. La razón es bastante sencilla. Calidad y fiabilidad. Aparte de esto, la eficiencia del espacio y la resistencia también son características comunes de estos PCB. ¡Con suerte, ahora puedes darle una oportunidad a los PCB rígidos-flexibles para tus proyectos futuros!

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