La guía definitiva para las PCB Flexibles: Tipos, diseño y aplicaciones

Una placa de circuito impreso flexible (FPC o Flex PCB) es un tipo de PCB diseñada para ser flexible, lo que permite que se doble, pliegue o tuerza. Una FPC presenta una combinación de varios circuitos impresos, así como componentes que se ubican sobre un sustrato flexible. Generalmente, se fabrica con un material de película de poliamida, lo que garantiza una alta flexibilidad y estabilidad térmica. Gracias a su diseño miniaturizado, las FPC aumentan las innovaciones y aplicaciones en sectores clave de la electrónica, como consumo, automotriz, dispositivos médicos, wearables, telecomunicaciones y aeroespacial.

Una placa de circuito flexible requiere menos espacio y es más confiable. Puede doblarse hasta 360 grados, siendo la mayoría de ellas diseñadas para 500 millones de ciclos de flexión. Esta tecnología se ha utilizado para interconectar dispositivos electrónicos desde la década de 1950, y ahora es una de las tecnologías de interconexión más importantes en la fabricación de muchos de los productos electrónicos más avanzados de hoy.

Tipos de placas de circuito flexible:

1) Placa flex PCB de una sola cara:

La placa de circuito flexible de una sola cara es la más básica entre los tipos de placas flexibles. Consiste en una capa de sustrato, una capa conductora de cobre, una capa de sobreimpresión y serigrafía.

Solo tiene una capa de película flexible de poliamida o polímero, y la capa conductora de cobre solo es accesible en un lado de la PCB. Como resultado, el otro lado puede usarse para colocar diversos componentes electrónicos. Su diseño sencillo la hace adecuada para diversas aplicaciones y más asequible. De ahí que sea también la razón principal por la que es la más utilizada.

2) Placa flex PCB de doble cara:

A diferencia del circuito flexible de una sola cara, una placa de circuito flexible de doble cara permite la creación de patrones de trazado tanto en la capa superior como en la inferior de cobre. Se pueden conectar ambos lados mediante agujeros pasantes de cobre donde sea necesario. También permite conexiones eléctricas a través de las capas.

Una ventaja de la placa de circuito flexible de doble cara es que se puede utilizar en productos electrónicos más complejos para lograr más funciones. Los fabricantes han encontrado que es útil para hacer componentes de tableros de control, iluminación y otras áreas industriales.

3) Multi-layered flex PCB:

Varios capas de cobre en las placas flexibles multicapa se unen mediante agujeros pasantes, similares a los de las placas de doble cara. Las PCBs multicapa flexibles contienen varias capas individuales de cobre y capas dieléctricas.

Uno de los beneficios de usar una placa de circuito flexible multicapa es la libertad de diseño con múltiples funciones. Los fabricantes pueden usarla para diseños complejos. Se utiliza para fabricar componentes para teléfonos móviles, satélites, cámaras y audífonos.

Por ahora, los servicios de la unidad de fabricación de JLCPCB son capaces de diseñar hasta 2 capas de Flex PCB con alta precisión y control de calidad.

¿Cuánto se puede doblar una PCB?

La pregunta de ¨¿Cuánto se puede doblar una PCB?¨ puede parecer sencilla, pero no es tan fácil de responder. Doblar una PCB puede comprometer la resistencia de la placa de circuito, las pistas de cobre y las almohadillas de soldadura. El radio máximo de doblado para una PCB depende del material de diseño y el grosor de la PCB. Un grosor de 0,4 mm es suficiente para doblar una PCB a 90 grados. Algunas PCBs pueden doblarse hasta 20 veces, pero lo mejor es no doblar la placa más de una vez. La fórmula para el ángulo máximo de doblado de una PCB en función del grosor del sustrato es la siguiente:

Por ejemplo, realizar un doblado de 90 grados aumenta la posibilidad de daño en el circuito. Finalmente, asegúrese de que el radio de doblado no supere un milímetro. Las PCBs pueden doblarse hasta 180 grados con un material flexible. Sin embargo, si intenta doblarla más allá de los límites recomendados, podría terminar destruyendo la placa de circuito.

Estructura de un PCB flexible

Las tres PCBs flexibles incluyen circuitos de una sola capa, doble capa y multicapa. El principal elemento de una FPC de una sola capa es:

1) Película dieléctrica de sustrato: Puede considerarse el material base de la PCB. El material más utilizado es la poliamida (PI), que se caracteriza por su resistencia a altas temperaturas.

2) Electric Conductors: Incluyen las trazas del circuito, el cobre es utilizado como capa conductora superficial en la producción de PCBs de una capa/multicapa.

3) Acabado protector: Compuesto por una película orgánica y un adhesivo. La función de la película protectora es proteger la parte conductora del circuito flexible una vez completado.

4) Material adhesivo: Un tipo de película pegajosa que tiene diferentes tipos de adhesivos y especificaciones de grosor. La película pegajosa se utiliza para la adhesión intercapas e aislamiento de placas multicapa.

Función del refuerzo en el diseño de flex PCB

Un refuerzo en un circuito impreso flexible (FPC) es una capa rígida, típicamente hecha de materiales como poliamida o FR4, que se agrega a áreas específicas de la PCB flexible. Proporciona soporte mecánico y refuerzo para evitar que se doble o flexione en regiones delicadas, como áreas de conectores o puntos de montaje. Los refuerzos mejoran la durabilidad, aumentan la confiabilidad en áreas de alto estrés y ayudan a mantener la forma general del FPC en secciones críticas.

Consejos de diseño para placas de circuito impreso flexible:

1. Mantenga en mente el radio máximo de doblado mientras trabaja con FPC de diferentes grosores.

2. En áreas donde el sustrato o la sobreimpresión se doblan, evite discontinuidades.

3. Pueden añadirse teardrops para hacer que los agujeros pasantes sean más estables y rígidos.

4. Utilice un refuerzo debajo del principal circuito electrónico de la PCB.

5. Haga las esquinas redondeadas y un poco más grandes para evitar desgarros en las esquinas de la PCB.

6. Alrededor de los refuerzos, se permiten marcas grabadas, mientras que, por otro lado, las marcas de serigrafía no.

Para más información relacionada con el diseño, consulte un artículo completo sobre una placa de circuito totalmente flexible de Arduino.

Ventajas de la PCB flexible

Las placas de circuito flexible ofrecen muchos beneficios, por lo que se han convertido en una opción popular entre los fabricantes de productos electrónicos. Aquí están algunas de las principales ventajas de usar circuitos flexibles en sus componentes electrónicos:

Flexibilidad: Estos tipos de PCBs se pueden doblar y torcer fácilmente. Así, pueden moverse y expandirse en el espacio 3D, lo que facilita la integración del componente con una conexión de cable eficaz.

Ligereza: El tamaño y el peso de las FPC son menores en comparación con las PCBs rígidas, lo que las hace adecuadas para productos de alta fiabilidad y alta densidad.

Durabilidad: Los circuitos flexibles pueden doblarse hasta 360 grados. Pueden soportar el impacto de vibraciones y golpes, lo que mejora el rendimiento en cualquier aplicación.

Estabilidad térmica: Debido al sustrato más delgado y a su ligereza, pueden disipar el calor fácilmente. Las FPC pueden exponerse a altas temperaturas de hasta 400°C.

Integridad de la señal: Proporcionan una alta resistencia mecánica y resistencia a agentes atmosféricos de alto nivel, mejorando la inmunidad electromagnética (EMI).

Desventajas de la PCB flexible

Aunque las placas de circuito flexible ofrecen numerosas ventajas en la electrónica moderna, hay algunas preocupaciones a tener en cuenta:

• El proceso de ensamblaje de esta PCB flexible es complejo.
• Es difícil reparar cualquier fallo en la placa de circuito.
• Existe una alta probabilidad de daño durante el manejo.
• La PCB flexible es algo más cara en comparación con el diseño tradicional de PCB.
• Las FPC son sensibles a los rayones.
• Requieren condiciones de almacenamiento adecuadas en plásticos libres de azufre.

Aplicaciones de la PCB flexible

Las FPC se utilizan en varios sectores debido a su versatilidad, fiabilidad y características de ahorro de espacio:

Electrónica de consumo: Se usan en diseños compactos y ligeros para conectar componentes de manera eficiente. Se utilizan en smartwatches, rastreadores de fitness y otros dispositivos wearables por su flexibilidad y durabilidad.

Industria automotriz: Asegura una comunicación eficiente entre sensores y unidades de control de los coches con sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS). Proporciona conexiones confiables en sistemas de entretenimiento de automóviles.

Dispositivos médicos y de salud: Las conexiones de alta densidad en FPC son útiles para reducir el tamaño de dispositivos como escáneres de MRI y CT. Ofrecen conexiones compactas y confiables en diseños pequeños y complejos, incluidos audífonos y otros dispositivos de monitoreo wearable.

Aplicaciones Industriales: Proporciona flexibilidad y durabilidad en brazos robóticos y maquinaria con partes móviles. Asegura conexiones eficientes y compactas en sistemas automatizados que contienen sensores industriales y unidades de control para un rendimiento confiable.

¿Por qué no siempre usar una PCB Flexible?

Las PCBs flexibles, aunque ofrecen ventajas como versatilidad de diseño y ahorro de espacio, no son ideales para todas las aplicaciones debido a su mayor costo en comparación con las PCBs rígidas tradicionales. También son más complejas de fabricar y pueden ser propensas a daños si no se manejan con cuidado. Las PCBs flexibles pueden no ser necesarias para diseños más simples que no requieran doblado o plegado, lo que hace que las PCBs rígidas sean una opción más económica y duradera en esos casos. Además, los circuitos flexibles a menudo tienen limitaciones en cuanto al manejo de alta potencia y estabilidad mecánica.

Conclución

Sin duda, las placas de circuito flexible (FPC) se han convertido en una pieza clave para la creación de productos más potentes pero portátiles en diversas industrias. Ninguna otra opción convencional puede compararse con la flexibilidad y precisión que ofrecen los circuitos flexibles. Componentes para aviones, dispositivos médicos, automóviles e incluso productos de uso diario dependen de las PCBs flexibles para ser más ligeros sin comprometer sus capacidades. A medida que la tecnología avanza y los productos siguen innovando, las PCBs flexibles seguirán siendo la opción principal para fabricar circuitos en los productos creados por distintas industrias.