7 principios fundamentales para un diseño eficiente de PCBs flexibles

Las placas de circuito impreso flexibles (Flex PCBs, PCBs flexibles o FPCs) desempeñan un papel crucial en la electrónica moderna, ya que permiten diseños compactos y ligeros. Las PCBs flexibles no son una novedad en el mercado, están presentes en casi todos los dispositivos electrónicos, que requieren dimensiones y ajustes reducidos. Doblar cables, colocar componentes y suministrar energía a pequeños dispositivos portátiles no es tan sencillo con PCBs rígidas. Por eso, las PCB flexibles están especialmente diseñadas y utilizadas para enrutar las líneas de potencia y visualización. Sin embargo, componentes electrónicos pesados como la CPU y la GPU aún se colocan en PCBs rígidas debido a cuestiones de diseño y fiabilidad.

El proceso de diseño y fabricación de PCBs flexibles exige que los ingenieros sigan principios especializados. Basándonos en las recomendaciones detalladas de JLCPCB, presentamos 7 directrices esenciales para garantizar diseños de PCB flexibles fiables, fabricables y de alto rendimiento.

1. Garantizar un espacio adecuado entre orificios y vías

Orificio pasante al contorno de placa: Según las reglas de diseño DRC, se debe mantener una distancia mínima de 0,5 mm entre los orificios pasantes y el borde de la placa. Para mayor practicidad, se recomienda utilizar ranuras en forma de U abiertas al marco para evitar fallos estructurales.

Vía a máscara de soldadura: Las vías deben situarse al menos a 0,2 mm de las aberturas de la máscara de soldadura para evitar la exposición del cobre. La exposición puede provocar a cortocircuitos y corrosión.

2. Evitar diseños de vía en pad

JLCPCB dispone de tecnología de vía en pad para placas rígidas y flexibles. Esta práctica es posible en estructuras rígidas porque no hay problemas de fiabilidad, además, las PCBs rígidas suelen tener encapsulados BGA que aumenta la necesidad de utilizar vía en pad. Sin embargo, a diferencia de las PCBs rígidas, las PCBs flexibles no permiten rellenar las vías con resina, lo que puede provocar la absorción y uniones de soldadura poco fiables.

3. Prevenir la oxidación en superficies de cobre grandes

Si el cobre queda expuesto al aire sin cobertura de máscara de soldadura, las zonas de cobre sólido pueden atrapar aire durante la laminación de la cubierta (Coverlay), lo que provoca oxidación bajo calor y presión. Para evitar este problema:

● Utilizar patrones de cobre para reducir el área superficial.

● Añadir ventanas en la máscara de soldadura para permitir la liberación del aire atrapado.

4. Reforzar y colocar estratégicamente los pads

Los pads independientes, especialmente aquellos que se superponen en ambas caras, pueden desprenderse fácilmente ya que el núcleo de la PCB flexible tiene solo 25 μm de grosor. Se recomienda añadir refuerzos de cobre alrededor del pad y conectar las esquinas del pad a áreas de cobre. Además, desplazar los pads en lados opuestos mejora la adhesión. El método es diseñar pads definidos por la máscara de soldadura ayuda a prevenir esto, ya que la cobertura de la máscara de soldadura en el borde del pad proporciona resistencia mecánica.

● Evitar pads aislados o superpuestos, especialmente sobre núcleos delgados de 25 μm.

● Conectar las esquinas a las áreas de cobre para mejorar la adhesión mecánica.

5. Diseñar según los requisitos de la cubierta (coverlay)

Para las placas flexibles, la cubierta actúa como la máscara de soldadura. Debe estar pre-ventaneada antes de su aplicación. Asegúrese de tener un separación de 0,2 mm entre los pads y las pistas adyacentes, así como un espacio de 0,5 mm entre los pads. En caso contrario, deben emplearse aberturas puenteadas, aceptando pistas expuestas. Para espacios estrechos (<0.5 mm), se recomienda utilizar una única ventana para exponer las pistas de conexión y añadir líneas de enrutamiento de alivio de tensión (anti tear routing lines) si es necesario.

6. Optimizar el diseño de dedos de oro y pads de conector

En las FPCs, generalmente un cable termina en un pad de oro que se connecta a un conector, lo cual mejora la integridad de la señal y, de esta manera, falicita el reemplazo del cable en caso de reparación. Para este fin, se puede emplear pads definidos por la máscara de soldadura diseñados para conectores. Reducir la longitud de los dedos de oro en 0,2 mm ayuda a evitar microcortocircuitos causados por el corte láser. Además, asegúrese de que la cubierta sobrepase al menos 0,3 mm más allá de los pads del conector para garantizar la durabilidad mecánica.

7. Validar los requisitos de grosor e impedancia

Los cálculos de impedancia de FPC utilizando software de simulación pueden no ser precisos. La experiencia empírica de JLCPCB para el diseño de anchos de línea está disponible para referencia, pero esto siempre debe validarse con un prototipo primero. Los parámetros se aplican a placas de double capas con un grosor de 0,11 mm. Sin embargo, los cálculos de impedancia pueden variar según el grosor y el material utilizado en la fabricación. Pero para hcerse una idea general, consulte la siguiente tabla:

● Tenga en cuenta que el grosor de las PCBs flexibles se ve afectado por la cubierta (coverlay), las capas de cobre y el material PI.

● Para diseños controlados por impedancia, evite depender únicamente de las herramientas de simulación. Es necesario consultar los datos del fabricante y realice prototipos para verificar el rendimiento.

Conclusión

El diseño de Flex PCBs requiere una atención cuidadosa a factores tanto mecánicos como térmicos. Siguiendo estas 7 directrices críticas, los ingenieros pueden mejorar significativamente la durabilidad, fiabilidad y fabricabilidad de sus diseños de circuitos flexibles. No obstante, estas 7 recomendaciones son solo una guía inicial para el diseño de FPCs, en el futuro, seguiremos publicando nuevas guías que abordarán con más detalle otros aspectos clave del diseño de PCBs flexibles y los problemas comunes asociados.

Continuaremos compartiendo contenido útil relacionado con el diseño y fabricación de PCBs en nuestro blog técnico. Esperamos que estas guías le resulten de ayuda en sus proyectos.

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