¿Qué es una placa de circuito impreso flexible? Una guía completa

Introducción

Las placas de circuito impreso (PCB) flexibles, denominadas comúnmente circuitos flexibles, ofrecen capacidades únicas que van más allá de las tecnologías tradicionales de PCB rígidas. Su construcción flexible les permite doblarse, plegarse y flexionarse dinámicamente durante su uso, lo que las hace esenciales en los dispositivos y productos electrónicos modernos debido a la creciente miniaturización e innovación en electrónica.

Comprender los fundamentos de la tecnología de PCB flexible le ayudará a determinar la utilización eficaz de los circuitos flexibles en sus productos y diseños electrónicos. Puede recurrir a PCBPit, el sitio de confianza de Empresa de fabricación de PCB para soluciones de PCB flexibles.

 

¿Qué es una placa de circuito impreso flexible?

flex pcb

Un circuito impreso flexible utiliza una capa de base dieléctrica hecha de un material polimérico flexible como la poliimida o el poliéster. Las pistas de cobre conductoras se laminan sobre la capa base flexible para crear una placa de circuito delgada y flexible. La ausencia de refuerzo rígido de fibra de vidrio permite flexionar y contorsionar dinámicamente la placa de circuito impreso flexible durante su uso.

Nombres comunes utilizados para referirse a los PCB flexibles:

  • Circuitos flexibles
  • Circuitos flexibles
  • Circuitos impresos flexibles
  • Impresiones Flex

Entre las propiedades clave que distinguen a las placas de circuito impreso flexibles están su flexibilidad, ligereza, comportamiento dinámico, durabilidad, integración con componentes, ahorro de espacio y personalización. Estas características permiten a los circuitos flexibles satisfacer las complejas exigencias físicas y eléctricas de los dispositivos electrónicos compactos y portátiles.

 

Materiales y construcción de PCB flexibles

Los materiales y la construcción exclusivos de las placas de circuito impreso flexibles hacen posibles sus distintas capacidades. Los componentes clave de la construcción de un circuito flexible son:

Sustrato flexible dieléctrico

La capa dieléctrica de base proporciona los cimientos sobre los que se fabrican las trazas conductoras. Seleccionar el material de sustrato flexible adecuado es crucial.

Las opciones más comunes son la poliimida (Kapton), el poliéster (PET), la poliamida, los fluoropolímeros (PTFE) y el polímero de cristal líquido (LCP). La poliimida es el material de sustrato flexible más utilizado por su gran durabilidad, propiedades térmicas y relación coste-beneficio.

Lámina de cobre

Sobre el sustrato base se lamina una lámina ultrafina de cobre recocido laminado. El grosor típico de la lámina en los PCB flexibles oscila entre 12μm y 35μm (0,5 oz y 1 oz).

Conductores

La lámina de cobre se modela mediante procesos litográficos para producir las vías o trazas conductoras necesarias.

Cubierta

Se puede laminar una fina capa dieléctrica flexible sobre la capa conductora para aislarla y protegerla.

Adhesivo de unión

Se utilizan películas adhesivas acrílicas o de base epoxi para unir el sustrato base con la lámina de cobre y el recubrimiento con los conductores.

Refuerzos

En las construcciones multicapa pueden añadirse capas adicionales de rigidez dieléctrica para minimizar las arrugas o el pandeo de la placa de circuito impreso flexible debido a las tensiones térmicas.

Acabados y revestimientos

Una máscara de soldadura recubre el patrón del conductor para aislarlo y evitar la oxidación. Puede aplicarse nivelación de soldadura por aire caliente (HASL) u otros acabados superficiales a las pastillas expuestas.

Propiedades clave de las placas de circuito impreso flexibles

Los materiales y métodos de construcción confieren propiedades características a los circuitos flexibles, como el grosor total, el radio de curvatura, la resistencia térmica, la resistencia química y la ligereza. Estas propiedades hacen que los PCB flexibles sean idóneos para una amplia gama de aplicaciones electrónicas.

Características de las placas de circuito impreso flexibles

  • Propiedades de alta frecuencia - Los trayectos de señal cortos y los materiales dieléctricos finos contribuyen a un excelente rendimiento en alta frecuencia. Sustratos como el LCP ofrecen propiedades de RF superiores, lo que los hace idóneos para aplicaciones de alta frecuencia.
  • Clasificaciones actuales - La capacidad de transporte de corriente de las placas de circuito impreso flexibles está limitada por el grosor del cobre, con valores típicos de corriente continua que oscilan aproximadamente entre 0,5 A y 5 A para las construcciones de circuitos flexibles habituales.
    Seleccionando cuidadosamente los materiales y respetando las normas de diseño, las propiedades de las placas de circuito impreso flexibles pueden adaptarse a los requisitos específicos de cada aplicación.

Consideraciones para el diseño de placas de circuito impreso flexibles

El diseño de una placa de circuito impreso flexible fiable exige prestar especial atención a los aspectos dinámicos de la flexión. A continuación se indican las directrices clave que deben tenerse en cuenta:

  • Anchura y espaciado de las trazas - Las trazas más estrechas requieren un mayor espaciado de flexión para evitar grietas. Se recomienda una relación de 2:1 entre el espaciado y la anchura de la traza en las zonas dinámicas.
  • Radio de curvatura - Es esencial que los trazos sean perpendiculares a los ejes de curvatura. Es importante mantener un radio de curvatura de al menos 3 veces el grosor de la base en las zonas estáticas y de 10 veces en las zonas de curvatura dinámica.
  • Vacíos de cobertura - Para evitar el desgaste, los huecos de la capa de recubrimiento deben reducirse al mínimo en las zonas donde las trazas están expuestas. Debe considerarse la colocación estratégica de los huecos en las zonas de curvatura dinámica.
  • Refuerzo - Pueden ser necesarios refuerzos adicionales en las regiones multicapa para evitar el pandeo y las arrugas durante la flexión.
  • Adhesivos - Utilice adhesivos flexibles de alto rendimiento diseñados para aplicaciones de flexión dinámica. Los adhesivos acrílicos son conocidos por su durabilidad.
  • Vías - Deben utilizarse vías en forma de lágrima con anillos anulares adecuados para evitar la propagación de grietas desde los bordes del taladro.
  • Esquinas - Redondear las esquinas afiladas de las trazas con radios mayores ayuda a reducir las concentraciones de tensiones. Es aconsejable evitar los trazos en ángulo en las esquinas.
  • Almohadillas - Utilizar almohadillas redondeadas en forma de rectángulo o círculos. Las almohadillas en las zonas de flexión deben tener alivio térmico con collarines.
  • Blindaje - Las películas de apantallamiento flexibles o las capas conductoras contribuyen a la protección EMI/ESD. También se pueden integrar trazas de apantallamiento específicas.

Si se siguen estas directrices especializadas, las placas de circuito impreso flexibles pueden diseñarse para soportar millones de ciclos de flexión y tener una larga vida útil.

 

Tipos y aplicaciones habituales de las placas de circuito impreso flexibles

Los circuitos flexibles pueden utilizarse en diversas configuraciones para aplicaciones de interconexión y embalaje:

  • Interconexiones flexibles - Para conectar placas de circuito impreso, pantallas y otros módulos con movimientos dinámicos, se utilizan trazados de conductores simples o patrones de cables sobre sustratos flexibles.
  • Cables flexibles - Utilice trazados de conductores paralelos sobre sustratos flexibles enrollados para crear cables planos de alta densidad para interconexiones de señal, datos y alimentación.
  • Interruptores de membrana - Integre trazas conductoras, espaciadores y superposiciones flexibles para producir interruptores de control sensibles al tacto ultrafinos.
  • Tableros rígidos Flex - Incorpore placas rígidas con secciones flexibles para crear placas de circuito impreso híbridas plegables de forma compacta con porciones rígidas complejas.
  • Calentadores flexibles - Patrones de elementos calefactores resistivos sobre sustratos flexibles para crear finas almohadillas y mantas calefactoras capaces de adaptarse a las superficies.

Algunas aplicaciones habituales de las placas de circuito impreso flexibles son los instrumentos médicos, los dispositivos portátiles, la robótica y las máquinas industriales, la electrónica de consumo, la electrónica del automóvil y los sistemas aeroespaciales y militares. La flexibilidad, ligereza y características dinámicas de los circuitos flexibles permiten posibilidades de diseño innovadoras.

 

Ventajas de las placas de circuito impreso flexibles

La tecnología de placas de circuito impreso flexibles ofrece varias ventajas clave:

  • Flexión dinámica - Puede soportar millones de ciclos de movimiento, lo que permite enrollar, retorcer y plegar, algo que no es posible con las placas de circuito impreso rígidas.
  • Se ajusta a la forma - Puede integrarse perfectamente en los contornos y carcasas de los productos, a diferencia de las placas rígidas.
  • Ligero - Presenta una masa extremadamente baja en comparación con los laminados rígidos, lo que lo hace adecuado para dispositivos portátiles y llevables.
  • Factor de forma delgado - Permite crear circuitos compactos de perfil bajo para adaptarse a espacios reducidos y facilitar productos más finos.
  • Duradero - Resistente a vibraciones y golpes mecánicos gracias a su construcción flexible.
  • Alta densidad - Integra interconexiones, eliminando la necesidad de cables y conectores externos.
  • Formas personalizadas - Se puede fabricar con formas y contornos 2D ilimitados.
  • Suave y flexible - Permite integrar sistemas electrónicos completos en los tejidos.
  • Fiabilidad - Ofrece un rendimiento constante a lo largo de la vida útil de la flexión con un diseño adecuado.
  • Ahorro de costes - Simplifica el montaje, reduce la necesidad de conectores y disminuye el coste total del producto.
 

Retos y limitaciones

Aunque ofrece numerosas ventajas, la tecnología de placas de circuito impreso flexibles también presenta las siguientes limitaciones:

  • Capas y densidad limitadas - Normalmente permite de 1 a 6 capas, lo que restringe la complejidad de los circuitos. El flex multicapa de alta densidad aún está en fase de desarrollo.
  • Corriente nominal más baja - El espesor del cobre limita la capacidad de transporte de corriente, normalmente inferior a 5 A.
  • Asamblea desafiante - Requiere procesos SMT especializados adecuados para sustratos flexibles.
  • Propenso al desgaste - Un espaciado de flexión dinámica inadecuado puede provocar grietas y fallos en los conductores.
  • Requisitos de la estructura de soporte - Los circuitos flexibles deben montarse en bastidores rígidos o carcasas para una integración completa del sistema.
  • Gestión térmica - El sustrato de polímero aislante dificulta la disipación del calor.
  • Susceptibles de sufrir daños medioambientales - Requiere una encapsulación protectora adicional para mitigar los daños medioambientales.

Gracias a las buenas prácticas de diseño y a los avances en los materiales, se están realizando esfuerzos continuos para abordar estas limitaciones y ampliar las capacidades de las placas de circuito impreso flexibles.

 

Comparación entre PCB flexibles y PCB rígidos

Aunque la tecnología de placas de circuito impreso rígidas es adecuada para muchas aplicaciones, en determinados casos resulta ventajosa la transición a la implantación de placas de circuito impreso flexibles. A continuación se presenta una comparación entre las PCB flexibles y las PCB rígidas:

Parámetros Placa de circuito impreso flexible Placa de circuito impreso rígida Composición Dieléctrico polimérico (PI, PET) Laminado rígido (FR4) Capas Normalmente 1-6 capas Hasta 30+ capas Características Trazos de líneas finas, Densidad Densidad media Posibilidad de densidad muy alta Conductividad térmica Conducción deficiente a través del polímero Buena conducción térmica Capacidad de corriente Normalmente < 5 A Posibilidad de corrientes elevadas Montaje Requiere un proceso SMT especializado Montaje SMT estándar Forma Puede producir cualquier contorno 2D Limitado a placas rectangulares Radio de curvatura Puede doblarse dinámicamente Casi sin radio de curvatura Coste $$ $$$

Mientras que las PCB rígidas sirven para la mayoría de aplicaciones de alta complejidad, densidad y potencia, las PCB flexibles proporcionan la flexibilidad mecánica necesaria en diseños móviles con restricciones de espacio. La solución óptima suele ser integrar ambas en una PCB rígida-flexible para aprovechar lo mejor de ambas tecnologías.

 

Tendencias futuras en placas de circuito impreso flexibles

Estas son algunas de las tendencias clave que determinan la evolución continua de la tecnología de placas de circuito impreso flexibles:

  • Construcciones más delgadas - Reducción del grosor de las capas flexibles hasta 1 mil para mejorar la capacidad de flexión.
  • Características más pequeñas - Anchuras de traza más estrechas y espaciado de hasta 2 mils para aumentar la integración.
  • Materiales mejorados - Nuevos sustratos como el LCP para un mejor rendimiento eléctrico y de alta frecuencia.
  • Paso fino Componentes - Permite el montaje directo en superficie de circuitos integrados de paso ultrafino en placas de circuito impreso flexibles.
  • Flex de alta densidad - Desarrollo de placas multicapa flexibles de hasta 12 capas conductoras.
  • Incorporación de pasivas - Incorporación de resistencias y condensadores finos incrustados dentro de las capas flexibles.
  • Circuitos extensibles - Adopción de nuevos materiales que permiten estirar y deformar las placas de circuito impreso flexibles.
  • Procesado de aditivos - Transición del grabado sustractivo a la fabricación aditiva mediante procesos de impresión o metalizado.
  • Circuitos flexibles estructurados en 3D - Técnicas para fabricar estructuras de circuitos flexibles fuera del plano.
 

A medida que maduren la ciencia de los materiales y los procesos de fabricación, la tecnología de placas de circuito impreso flexibles abrirá las puertas a diseños electrónicos más innovadores e inviables hasta ahora.

Comparte:

Más entradas

PCB Dedos de Oro

¿Qué son los dedos de oro de PCB?

¿Qué es PCB Gold Finger? Las placas de circuito impreso (PCB) son la columna vertebral de la mayoría de los dispositivos electrónicos, ya que conectan los componentes mediante una serie de rutas eléctricas. Un

es_ESEspañol