Diseño de PCB Flexible

Directrices de diseño para PCB flexible

PCBs ofrecen conexiones eléctricas y soporte mecánico a los componentes electrónicos. PCBs suelen encontrarse en dispositivos modernos y miniaturizados. Además, estas placas ofrecen muchas ventajas. Son adecuadas para diseñar cables diminutos y circuitos muy ligeros.

Las PCB flexibles, también conocidas como circuitos flexibles, permiten que los circuitos encajen en cualquier producto electrónico. Además, estas placas tienen un patrón de circuitos y una disposición de componentes únicos. Si quieres diseñar tú mismo tus PCB flexibles, este artículo es para ti. 

 ¿Qué es PCB Flexible?

Los circuitos impresos flexibles, también conocidos como circuitos flex, se consideran a veces como una placa de circuito impreso (PCB) que se puede doblar, cuando en realidad hay diferencias significativas entre las PCB y los circuitos flex en cuanto a diseño, fabricación y funcionalidad. Un error común que cometen los diseñadores es diseñar un circuito flexible con las mismas reglas que PCB. Los circuitos flexibles requieren una configuración única y tienen su propio conjunto de reglas de diseño que el equipo de HitechPCB ha denominado "flex-izing" y ha trabajado duro para perfeccionar en los últimos años.

La PCB flexible, también denominado PCB flexible, placa de circuito flexible o circuito flexible, está formado por un material base PI, una capa adhesiva, una capa de cobre, una cubierta y, en ocasiones, refuerzos. Las PCB flexibles se están utilizando ampliamente para sustituir a las PCB FR4 tradicionales en diversas aplicaciones, debido especialmente a las ventajas de las PCB flexibles. Aunque es más caro que PCB rígida normal, el diseño adecuado en la aplicación correcta podría ahorrar peso y tiempo en el montaje, junto con la fiabilidad que hace que la placa de circuito impreso flexible sea una consideración que merece la pena.

Un circuito impreso flexible consta de una capa metálica de trazas, normalmente de cobre, unida a una capa dieléctrica, normalmente de poliimida. El grosor de la capa metálica puede ser muy fino (<.0001″) a muy grueso (> .010″) y el grosor dieléctrico puede variar de .0005″ a .010″. A menudo se utiliza un adhesivo para unir el metal al sustrato, pero pueden utilizarse otros tipos de unión, como la deposición de vapor, para unir el metal.

¿Cómo calcular el radio de curvatura de una PCB flexible?

Dado que el cobre tiende a oxidarse con facilidad, las superficies expuestas suelen cubrirse con una capa protectora; el oro o la soldadura son los dos materiales más comunes por su conductividad y durabilidad ambiental. En las zonas sin contacto se utiliza un material dieléctrico para proteger los circuitos de la oxidación o los cortocircuitos.

El número de combinaciones de materiales que se pueden utilizar en un circuito impreso flexible es casi infinito; la corriente, la capacitancia, la resistencia química y mecánica, las temperaturas extremas y el tipo de flexión son sólo algunos de los criterios que influyen en la selección de los materiales que mejor satisfacen las necesidades funcionales. Un ingeniero de diseño experimentado de All Flex tiene en cuenta los requisitos críticos a la hora de diseñar un circuito que satisfaga sus necesidades.

Las placas de circuito impreso flexibles (FPC) se han convertido en un componente habitual de los productos electrónicos debido a su ligereza y flexibilidad. Se utiliza ampliamente en terminales inteligentes, electrónica portátil, consumo, automoción, industria y medicina. La miniaturización y la función integrada del desarrollo de productos electrónicos está llevando a los FPC a un diseño de líneas finas y multicapa.

¿Qué es PCB flexible multicapa?

Este tipo de PCB es multicapa (con tres o más capas conductoras) y requieren orificios pasantes chapados. Podemos utilizar vías pasantes, vías enterradas y vías ciegas.

Un circuito flexible multicapa combina varios circuitos de una o dos caras con interconexiones complejas, apantallamiento y/o tecnologías de montaje en superficie en un diseño multicapa. Las multicapas pueden estar o no laminadas de forma continua a lo largo del proceso de producción. Si sus necesidades de diseño requieren la máxima flexibilidad, la laminación continua puede no ser adecuada. Los circuitos multicapa son una solución eficaz cuando se enfrentan a retos de diseño como: cruces inevitables, requisitos específicos de impedancia, eliminación de diafonía, apantallamiento adicional y alta densidad de componentes. También puede hacer clic aquí para obtener más información sobre el radio de curvatura de las PCB flexibles.

¿Qué es PCB Flexible DIY?

PCB flexible DIY es un circuito flexible que diseñas tú mismo. Ahora es muy fácil imprimir circuitos flexibles por tu cuenta. El método DIY es una opción de bajo coste para diseñar tus propios circuitos flexibles. Con los años, la tecnología ha evolucionado. Las placas flexibles impresas digitalmente son ya una realidad y las PCB flexibles son ahora una alternativa asequible tanto para profesionales como para aficionados.

Las placas de bricolaje ofrecen una conductividad predecible y una calidad repetible. Estas placas pueden ser cruciales a la hora de escalar a la gran producción. Los circuitos flexibles pueden flexionarse para adaptarse a un diseño curvo concreto. Los diseñadores de PCB pueden dar a estos circuitos formas muy complejas.

Además, las placas de circuito impreso flexibles están formadas por una película recubierta de cobre. La película de cobre sirve como sustrato de PCB. Esta película de cobre es flexible y muy fácil de doblar. Además, las trazas de cobre conducen las señales por la superficie de la PCB flexible. Existen distintos tipos de PCB flexible. Una placa flexible multicapa está formada por varias capas de lámina de cobre flexible, mientras que una placa flexible de doble capa está formada por una doble capa de lámina de cobre. La lámina de cobre es el material central de una placa flexible.

Equipo necesario para PCB Flexible de DIY

Cuando diseñe su placa flexible, necesitará el siguiente equipo.

Impresora de tinta sólida

Software de diseño de PCB como Proteus o Eagle

Película de poliimida

Elemento calefactor

Productos químicos de grabado

Láminas de laminación de cobre Pyralux

Impresora de tinta sólida

Papel A4

Multímetro

Ordenador portátil

Pasos para el diseño de PCB flexible DIY

Organice su equipo

La organización de todo el equipo necesario en tu proceso de diseño es muy crucial. Asegúrese de que todas sus herramientas están en orden. Asegúrese también de que estos equipos son funcionales.

Disponga de láminas recubiertas de cobre

Necesitas láminas delgadas de poliimida que tengan cobre en una o dos caras. La poliimida tiene una alta temperatura de fusión. Además, este material a veces se denomina Kapton. DuPont es un tipo común de poliimida recubierta de cobre.

Además, las planchas de pyralux están disponibles en varios grosores de poliimida, grosor de adhesivo y grosor de cobre. El adhesivo mantiene unidas la lámina de cobre y la poliimida. La Pyralux LF7062 tiene Kapton de 1 mil, adhesivo de ½ mil y ½ onza de Cu. Esto es ideal para que lo maneje un impresor. También, el pyralux LF9120 tiene 2 mil Kapton, 1 mil adhesivo, y 1 oz Cu.

Hay otras opciones como cobre de doble cara y superficie rugosa. La letra R indica la superficie rugosa al final de la referencia. Esta opción también es aplicable. Sin embargo, puede ser una tarea difícil alimentar la impresora con Pryalux con cobre más grueso.

Utilice una impresora de tinta sólida

Debe utilizar una impresora de tinta sólida. Una impresora de tinta sólida ayuda a imprimir sobre la lámina de cobre. Además, esta impresora no depende de cargar la superficie del papel. Puede sustituir fácilmente la impresora de tinta sólida por un método de plancha de transferencia de tóner. Sin embargo, una impresora de tinta sólida es una buena elección.

Imprimir en la Pyralux

Asegúrese de dibujar un diseño y utilizar un alimentador manual para imprimir en su hoja Pyralux. La mayoría de las veces, la gente utiliza negro, sin embargo, hay otros colores como verde, cian, y más. También el rojo parece funcionar bien. Evita utilizar tonos claros que tengan puntos diminutos. Además, utiliza el modo "foto" o "alta resolución" siempre que vayas a imprimir. Esto se debe a que el modo de alta resolución favorece una mayor adherencia de la cera.

Grabado en cobre

Aquí tendrás que sumergir la hoja impresa en un grabador de cobre conocido como cloruro férrico. La inmersión durará al menos 5 minutos. Además, no permita que el agente grabador entre en contacto con la piel y los ojos. El grosor del cobre, la temperatura y otras condiciones determinarán el tiempo de grabado. Además, puede tardar unos 25 minutos. Por lo tanto, compruebe si las zonas de cobre se han disuelto e intente observar la película de poliimida.

El proceso de grabado del cobre puede ser más rápido si utiliza una bomba de acuario para burbujear y permite que el calentamiento sea de unos 40 grados centígrados. Utilice agua tibia y una almohadilla ScotchBrite para fregar los restos de cera. También puedes utilizar alcohol isopropílico. Sin embargo, esto puede llevar más tiempo y esfuerzo.

Arreglar e inspeccionar

Utilice el AVO Meter o un multímetro para limpiar e inspeccionar la placa. Además, la limpieza de la placa es muy importante ya que le ayuda a deshacerse de cualquier residuo en la placa.

Poblar la placa de circuito

Es el momento de cortar la PCB flexible en pequeños circuitos y soldar. Además, puedes facilitar este proceso pegando la PCB en un trozo de metal para mantenerla firme mientras trabajas en ella. También puedes hacer uso de la solución de chapado "Tinnit" para facilitar la soldadura.

Ventajas de las placas de circuito impreso flexibles

Las placas de circuito impreso flexibles ofrecen muchas ventajas en diversas aplicaciones. Estas placas le ofrecen una libertad de empaquetado sin precedentes al tiempo que garantizan una alta densidad.

Facilidad de ensamblaje

Las PCB flexibles sólo se pueden montar de una manera. Además, las tasas de error y el tiempo de fabricación son bajos en comparación con el cableado tradicional. Con las PCB flexibles, no es necesario enrollar haces de cables.

Ahorro de espacio

Una de las principales ventajas de las placas flexibles es que consumen menos espacio. Por lo tanto, esto permite una alta densidad y miniaturización de los dispositivos electrónicos.

Alta fiabilidad

Al disponer de conectores, menos interconexiones y juntas de soldadura, se producen menos fallos. Por lo tanto, esto ayuda a mejorar la fiabilidad.

Alta resistencia a las vibraciones

La ductilidad y la baja masa de un circuito flexible minimizarán el impacto cuando se someta a altas aceleraciones o vibraciones. Por el contrario, una mayor masa vibratoria de un circuito impreso aumentará las tensiones sobre el circuito y sus componentes.

Gestión térmica

Una gran ventaja del circuito flexible es su capacidad para disipar el calor a mayor velocidad. Esta placa no reacciona fácilmente a los cambios de temperatura. Por lo tanto, es ideal para su uso en entornos con altas temperaturas. 

Reglas de Diseño para Circuitos Flexibles

Las placas de circuito impreso flexibles suelen estar formadas por una película de poliimida recubierta de cobre. La película de poliimida recubierta de cobre es el sustrato de un circuito impreso flexible. Además, esta película no se ablanda cuando pasa por calor. Sin embargo, sigue siendo flexible después del proceso de termoendurecimiento. La película de poliimida recubierta de cobre es de gran calidad en la fabricación de circuitos impresos flexibles. Al diseñar un circuito flexible, hay reglas importantes que debe conocer.

Comprender la resistencia a la flexión de PCB

Para conseguir un buen diseño de PCB flexible, es fundamental que conozca el número de veces que se doblará su placa de circuito impreso. El cobre de la placa de circuito impreso empezará a agrietarse o estirarse si una placa flexible se dobla más de lo que puede. Además, es aconsejable identificar el radio de curvatura en la fase inicial del proceso de diseño. El radio de curvatura es simplemente la curvatura de la zona flexible de la placa de circuito impreso.

Conozca sus materiales

El material adhesivo y el material sin adhesivo son los dos tipos de materiales de las placas flexibles. El uso de adhesivos en las zonas rígidas puede formar grietas en el revestimiento de cobre dentro de los orificios, ya que los adhesivos acrílicos pueden reblandecerse al calentarse. Es aconsejable integrar lágrimas y anclajes cuando se diseñe un tablero flexible basado en adhesivos. DuPont Pyralux FR, Dupont Pyralux AP y Dupont Pyralux LF son los materiales ideales para su panel flexible.

Optimice el apilado

Antes de empezar a diseñar, pida a su fabricante un apilado. Es importante que conozca el apilado que va a diseñar. Reúnase con su proveedor para asegurarse de que ambos están de acuerdo en el diseño.

Cuidado con el trazado flexible

El trazado de sus circuitos rompe o hace la placa de circuito impreso. En cuanto al radio de curvatura, es aconsejable utilizar un radio grande, ya que aumenta la fiabilidad de la placa de circuito impreso.

La placa de circuito impreso flexible también se denomina circuitos flexibles, FPC, Flex PCB. Es un tipo de tecnología que se utiliza para montar circuitos electrónicos montando dispositivos electrónicos sobre capas o cubiertas de plástico flexible. Las cubiertas pueden ser de poliimida o PEEK. Además, los circuitos flexibles pueden imprimirse sobre una pantalla plateada de poliéster. Los circuitos flexibles se fabrican utilizando componentes idénticos a los de las placas de circuito impreso (PCB), por lo que se denominan PCB flexibles. Se utilizan ampliamente en las siguientes tecnologías

Móviles

Las PCB flexibles forman parte de la conexión de señales para las piezas giratorias y otras piezas plegables de los smartphones. Por ejemplo, los teléfonos con pantalla plegable ya están disponibles en el mercado de los smartphones. Samsung, Huawei y la tecnología Royole lanzaron teléfono de pantalla completa plegable entre 2018 y 2019. Los circuitos flexibles son más ideales para dispositivos electrónicos que integran pantallas flexibles debido a sus características de flexión.

Electrónica del automóvil

Las placas de circuitos flexibles ofrecen un alto nivel de fiabilidad. Además, estas placas presentan características de durabilidad y resistencia al calor. Todas estas propiedades son ideales para componentes electrónicos de automoción. Encontrará circuitos flexibles en luces LED para coches, navegación, sensores, pantallas para coches, etc. Hay más demanda de PCB flexibles a medida que la industria del automóvil sigue experimentando desarrollo e innovación.

Dispositivos médicos portátiles

Estos dispositivos se utilizan mucho en el diagnóstico y el cuidado personal de la salud. Suelen ir pegados al cuerpo, por lo que deben ser discretos y cómodos. Por lo tanto, estos dispositivos necesitan un paquete compacto y diseños densos. Las PCB flexibles contribuyen a la compacidad y complejidad de los dispositivos médicos. Estas placas permiten fabricar dispositivos médicos más ligeros y pequeños gracias a su alta densidad de circuitos y a su flexibilidad.

Ordenadores

Las láminas de cobre flexible de las placas flexibles son las responsables de la flexibilidad que ofrecen. Las placas de circuito flexibles se utilizan ampliamente en la fabricación de algunas piezas de los ordenadores. Por ejemplo, el teclado flexible incorpora circuitos flexibles. Además, PCB flexibles están disponibles en ordenadores personales, portátiles, etc.

Conclusión

Una placa de circuito impreso flexible ofrece muchas ventajas. Puedes fabricar tu propia placa flexible si cumples las normas de diseño y fabricación. En este artículo, hemos proporcionado un proceso paso a paso para hacer una placa flexible DIY.