¿Qué es una PCB rígida-flexible y por qué es importante?

Las PCB rígido-flexibles no son las placas de circuito verdes normales. Son una mezcla, una combinación de las PCB rígidas fuertes y confiables que todos usamos y los asombrosos circuitos flexibles. Este artículo es su guía sencilla de las PCB rígido-flexibles. Compartiré lo que sé sobre qué son, cómo se fabrican y dónde se utilizan. Si desea que sus componentes electrónicos sean más pequeños, livianos y confiables, debe leer esto. Analizaremos el diseño y la fabricación de estas geniales PCB.

¿Qué es una PCB rígida-flexible, en realidad?

Entonces, ¿por qué todo el mundo habla de una PCB rígido-flexible? Imagine una placa de circuito impreso normal. Es dura y plana. Usted coloca todas sus partes de componentes electrónicos en ella. Ahora, imagine otro circuito que sea tan flexible como una lámina de plástico. Puede doblarlo y plegarlo. Una PCB rígido-flexible es un tipo especial de placa que tiene ambas cosas. Tiene partes duras para sujetar los componentes y partes flexibles que actúan como cables integrados. Esta es una tecnología que combina lo mejor de las tecnologías de placas flexibles y rígidas.

Recuerdo un trabajo en el que teníamos que encajar un gran sistema electrónico en una caja pequeña con una forma extraña. Intentamos utilizar PCB rígidas separadas unidas con cables y piezas de conector. Era complicado y propenso a romperse. Luego probamos las PCB rígido-flexibles. La placa en sí podía doblarse para adaptarse a la forma. Esto hizo que armarlo todo fuera mucho más sencillo. El dispositivo final era más pequeño y funcionaba mejor.

Estas PCB están hechas de capas de material duro y flexible. Las partes duras brindan el soporte que necesitan sus componentes. Las partes flexibles permiten que la placa se doble o se tuerza. Esto le brinda una libertad asombrosa en su diseño. Ya no está atrapado con una placa plana. La parte flexible de las PCB une las partes duras, lo que elimina la necesidad de conectores. Esta es una gran ventaja para cualquier diseñador. Las PCB rígido-flexibles ofrecen un nuevo tipo de libertad de diseño.

¿Por qué elegir PCB rígido-flexibles en lugar de PCB rígidos regulares?

Recibo esta pregunta a menudo. La gente pregunta por qué deberían usar PCB rígido-flexibles cuando las PCB rígidas normales cuestan menos. La respuesta es fácil: está obteniendo más que solo una placa. Está obteniendo simplicidad y un producto con el que puede contar. Con las PCB normales, a menudo tiene que unir muchas placas. Utiliza cables, alambres y un conector para cada enlace. Cada uno de esos enlaces es un punto donde algo puede salir mal. Un cable puede romperse o un conector puede soltarse.

Con las PCB rígido-flexibles, esos enlaces están integrados en la placa. La parte flexible de la PCB es el cable. Esto significa que tiene menos componentes y menos conectores. Esto hace que todo su sistema sea más confiable. El ensamblaje también es más rápido y sencillo. No necesita dedicar tiempo a conectar diferentes PCB. El sistema general se vuelve más fuerte porque los enlaces están impresos en los circuitos flexibles, no cableados a mano.

Piense en el espacio que ahorra. Los cables y los conectores ocupan espacio. Al deshacerse de ellos, puede hacer que su producto sea mucho más pequeño y liviano. Esta es una gran ventaja en la electrónica actual, donde todo tiene que ser compacto. Entonces, si bien una PCB rígido-flexible podría costar más que una placa rígida al principio, ahorra dinero en conectores, cables y tiempo de ensamblaje. La durabilidad y confiabilidad a largo plazo a menudo valen la pena.

¿Cómo se fabrica realmente una PCB rígida-flexible?

Fabricar PCB rígido-flexibles es un proceso ordenado. Es más difícil que fabricar PCB rígidas estándar. Comienza haciendo las capas de circuitos flexibles. Se utiliza un material de sustrato flexible y delgado. El diseño del circuito se imprime en él y luego se somete a un proceso de grabado para eliminar el cobre adicional, dejando solo las líneas de trazo de cobre. Esta parte del proceso es como hacer una PCB flexible normal.

Luego viene la parte difícil. Las capas de material duro, como FR-4, se preparan. Estos son los mismos materiales utilizados para las PCB simples. La parte asombrosa es cuando estas capas se juntan. Las capas flexibles se colocan cuidadosamente entre las capas duras. Luego, toda la pila se aprieta con calor y presión. Esto pega todas las capas en una sola placa. Esta parte de la fabricación necesita un control muy cuidadoso para garantizar que todas las capas se alineen correctamente.

Después de ser prensada, la placa se perfora. Aquí es donde se hacen los orificios llamados vías. Estas vías están recubiertas de cobre y conectan las diferentes capas del circuito impreso. Esto permite que la energía fluya entre las partes duras y flexibles. Por último, la placa está terminada. Esto puede incluir agregar una máscara de soldadura e imprimir palabras en la placa. Los procesos de fabricación deben ser muy exactos para obtener un buen producto final. La fábrica o taller de fabricación necesita equipos especiales para trabajar con los delicados materiales flexibles.

¿Cuáles son los principales beneficios de usar PCBs rígido-flexibles?

He hablado de algunas de las cosas buenas, pero vamos a enumerarlas. Los beneficios son la razón por la que tantos diseñadores están utilizando PCB rígido-flexibles para su trabajo. Se trata de hacer las cosas mejor, más pequeñas y más fuertes.

Estos son los principales beneficios que he visto en mi trabajo:

• Más confiable: Este es el más importante para mí. Al deshacerse de los conectores y cables, elimina los puntos comunes donde las cosas pueden romperse. Las conexiones son parte de la placa en sí, lo que las hace mucho más seguras. Esto es excelente para productos que tienen que soportar estrés mecánico o sacudidas.
• Ahorra espacio y peso: Las PCB rígido-flexibles permiten un diseño mucho más compacto. Puede doblar y plegar la placa para que quepa en espacios pequeños. Esto las hace ideales para dispositivos electrónicos pequeños.
• Ensamblaje más sencillo: El proceso de ensamblaje es mucho más fácil. Trabaja con una placa en lugar de muchas PCB y cables de conexión. Esto reduce el tiempo y el costo de ensamblaje. También reduce la posibilidad de errores durante el ensamblaje.
• Libertad de diseño: Esta tecnología le brinda un nuevo mundo de opciones de diseño 3D. No está atrapado con una placa plana. Puede crear geometrías complejas que se adapten perfectamente a su producto. Esta flexibilidad es de gran ayuda para un diseñador creativo.

Como puede ver, la ventaja de usar PCB rígido-flexibles es evidente, especialmente para trabajos difíciles. Las PCB ofrecen una mezcla especial de durabilidad y flexibilidad.

¿Qué implica el trabajo de diseño de PCB rígido-flexible?

Diseñar una PCB rígido-flexible es un poco diferente de un diseño de PCB normal. El proceso de diseño necesita una reflexión más cuidadosa. Como diseñador, tiene que pensar en 3D. Debe planificar exactamente dónde se doblará la placa y cuánto. Esto es muy importante hacerlo bien. Tiene que pensar tanto en las partes físicas como en las partes eléctricas.

El primer paso en el diseño de PCB rígido-flexible es dibujar la forma de la placa. Esto incluye tanto las partes duras como las "cintas" flexibles que las unen. Tiene que pensar en el "radio de curvatura", que es qué tan apretada puede doblarse la parte flexible antes de que se dañe. Una buena guía es hacer que la curva sea al menos 10 veces más ancha que el grosor del material flexible. Esto ayuda a asegurar que la placa sea confiable.

El software de diseño de PCB que utilice debe tener la capacidad de trabajar con diseños rígido-flexibles. Necesita permitirle marcar las diferentes áreas de la placa y mostrar cómo se doblará. Durante la etapa de diseño, también debe tener cuidado con cómo coloca sus líneas de trazo. No debe tener trazos que giren en una esquina afilada en un área de curva. Es mejor usar curvas suaves para reducir la tensión en el cobre. Estos pequeños consejos de diseño marcan una gran diferencia. La complejidad del diseño significa que tiene que prestar mucha atención a las cosas pequeñas.

¿Existen reglas especiales para colocar las piezas?

Sí, seguro. La colocación de componentes en PCB rígido-flexibles es muy importante. Solo puede colocar componentes en las partes duras de la placa. Las partes flexibles están hechas para doblarse, y colocar un componente allí haría que se rompiera o dañara los circuitos flexibles. Las áreas duras brindan la base sólida y el soporte necesarios para los componentes y sus conexiones de soldadura.

Cuando esté haciendo su diseño de PCB, debe planificar su diseño de componentes con cuidado. Mantenga las partes pesadas alejadas del borde de la sección dura donde se une a la sección flexible. Esta área de unión puede ser un punto de tensión. También debe asegurarse de que su colocación permita que la placa se pliegue de la manera que desea sin que las partes se golpeen entre sí. Un buen diseño pensará en la forma plegada final del ensamblaje de la placa.

Otra cosa en la que pensar es el calor. Algunos componentes generan mucho calor. Debe colocarlos de manera que el aire pueda moverse bien a su alrededor, incluso después de que la placa se haya plegado en su forma final. El equipo de fabricación hará lo que usted diseñe, por lo que es trabajo del diseñador pensar en estos problemas físicos y de calor. El objetivo es hacer una placa fuerte donde cada componente esté seguro.

¿Cuáles son algunos usos comunes de las PCB rígido-flexibles?

He visto PCB rígido-flexibles utilizadas en tantos productos geniales. Su capacidad especial las hace ideales para ciertos campos. Cada vez que necesite ahorrar espacio, reducir el peso y mejorar la confiabilidad, una PCB rígido-flexible es una elección inteligente. Son muy útiles.

Uno de los campos más grandes es el aeroespacial. En aviones y satélites, cada gramo de peso y cada pulgada de espacio es importante. La durabilidad de las PCB rígido-flexibles también es una gran ventaja, ya que deben sobrevivir a fuertes vibraciones y temperaturas muy altas o frías. La confiabilidad de estas PCB es clave en una aplicación aeroespacial donde una falla no es una opción. Esta es la razón por la que a los ingenieros aeroespaciales realmente les gusta esta tecnología de PCB.

También las verá en dispositivos médicos. Piense en audífonos, marcapasos o equipos de salud portátiles. Estos dispositivos deben ser pequeños, livianos y muy confiables. Las PCB rígido-flexibles permiten la fabricación de dispositivos médicos compactos y fáciles de usar. El ejército es otro gran usuario. Se utilizan en radios, unidades GPS y otras herramientas que deben ser resistentes y funcionar en entornos hostiles. El mundo automotriz también los utiliza en sensores y unidades de control que se colocan en espacios pequeños dentro de un automóvil. Cualquier aplicación difícil puede ser ayudada por ellos.

¿Qué debo buscar en una empresa que fabrica PCB rígido-flexibles?

Elegir la empresa adecuada para fabricar sus PCB rígido-flexibles es una de las decisiones más importantes que tomará. Este no es un trabajo para cualquier taller de PCB antiguo. El proceso de fabricación para estas placas es muy especial y necesita ciertas habilidades y equipos. Necesita un fabricante con clara experiencia en tecnología de PCB flexible y rígido-flexible.

Cuando busco un fabricante, siempre pido ver ejemplos de su trabajo. Quiero ver su capacidad con mis propios ojos. También pregunto sobre sus procesos de fabricación. ¿Qué tipo de pasos de control de calidad tienen? ¿Cómo trabajan con los delicados sustratos de circuitos flexibles? Un buen fabricante estará encantado de contarle sobre su proceso. Deberían poder mostrarle cómo controlan cosas como lograr que las capas se alineen y hacer que el proceso de grabado sea el mismo cada vez.

También es una jugada inteligente hablar con sus ingenieros. Un buen equipo trabaja en conjunto. Su diseñador y su equipo de fabricación deberían poder hablar entre sí fácilmente. Esto ayuda a encontrar posibles problemas al principio del proceso de diseño, lo que ahorra mucho tiempo y dinero. Busque un fabricante que trabaje con usted para mejorar su diseño para su proceso de fabricación. Su conocimiento puede ser una gran ventaja. El fabricante adecuado puede asegurarse de que su proyecto sea un éxito.

¿Pueden las PCB rígido-flexibles realmente hacer que las cosas sean más fiables?

En mi experiencia, la respuesta es un sí rotundo. La mejor confiabilidad proviene del diseño principal de las PCB rígido-flexibles. Como dije, lo más importante es deshacerse de los conectores. Los cables soldados a mano y los conectores físicos suelen ser las partes más débiles de un sistema electrónico. Es probable que se rompan por la vibración o el movimiento de un lado a otro.

Las PCB rígido-flexibles construyen las conexiones dentro de la placa misma. Los trazos de cobre impresos dentro de la cinta flexible son mucho más resistentes que un cable separado. Esto hace que la conexión eléctrica sea mucho más fuerte y estable. Esto hace que todo el dispositivo sea más capaz de soportar el estrés mecánico. La estabilidad de las partes rígidas mezclada con la capacidad de flexión de las partes flexibles le brinda una solución sólida.

Piense en una cámara dentro de una parte móvil de una máquina. Una placa normal con un cable tendría mucha tensión en el conector. El cable podría doblarse y romperse con el tiempo. Una PCB rígido-flexible, sin embargo, está hecha para doblarse. La parte flexible puede soportar millones de curvas sin fallar. Esta durabilidad incorporada es una gran razón por la que las PCB rígido-flexibles ofrecen una mejora tan grande en la confiabilidad general del producto. Cuantas menos piezas tenga, menos cosas pueden romperse.

¿Cuáles son las partes más difíciles del proceso de creación?

Si bien las partes buenas son geniales, también debemos discutir las partes difíciles. La fabricación de PCB rígido-flexibles no es sencilla. La complejidad del proceso tiene algunas dificultades. Uno de los mayores problemas es lidiar con los diferentes materiales. El material FR-4 duro y el material de poliimida flexible actúan de manera diferente durante el proceso de fabricación. Crecen y se encogen a diferentes velocidades cuando se calientan. Esta variación puede dificultar mantener todas las capas alineadas perfectamente.

Otra parte difícil es el proceso de prensado. Pegar las capas duras y flexibles necesita un control muy cuidadoso del calor y la presión. Si no se hace bien, las capas pueden separarse, lo que arruina la placa. La naturaleza delicada del material flexible también dificulta su manipulación durante los procesos de fabricación. Se puede estirar o dañar fácilmente.

Perforar las vías que unen las capas también es más difícil. El taladro debe atravesar materiales duros y blandos, lo que puede ser difícil. Por último, el precio de los materiales para las PCB rígido-flexibles es más alto que para las PCB normales. Todos estos problemas significan que la fabricación necesita un alto nivel de habilidad y equipos especiales, como equipos de prueba avanzados. Esta es la razón por la que elegir un fabricante capacitado es tan importante. Tendrán los controles de proceso necesarios para manejar estos problemas y brindarle una placa de alta calidad.

Key Things to Remember:

• Las PCB rígido-flexibles mezclan placas de circuito duras y flexibles en una sola pieza, eliminando la necesidad de muchos conectores y cables.
• Los principales beneficios son una mejor confiabilidad, grandes ahorros en espacio y peso, y más flexibilidad de diseño.
• El proceso de diseño es más difícil y necesita que piense en 3D, prestando mucha atención a cuánto puede doblarse y dónde se colocan las piezas solo en las secciones duras.
• El proceso de fabricación es difícil y necesita un fabricante especial con experiencia en el manejo de materiales duros y flexibles.
• Las PCB rígido-flexibles son ideales para usos en los campos aeroespacial, de dispositivos médicos, militar y automotriz, donde el tamaño, el peso y la durabilidad son muy importantes.