Debido a la tendencia de desarrollo de los productos aeroespaciales, que incluye ligereza, miniaturización, multifuncionalidad y densificación del ensamblaje, se han establecido requisitos más altos para la tecnología de placas de circuito impreso (PCB) y los procesos de fabricación.PCB flexiblesson un tipo de placas de circuito que están hechas de material de sustrato flexible y presentan más ventajas que las PCB rígidas ordinarias:
• Menor grosor
• Más ligero
• Dinámicamente flexible
• Accesible para ensamblaje de interconexión 3D
• Mayor libertad en el diseño electrónico y el diseño mecánico
• Más ahorro de espacio
Además, las señales electromagnéticas pueden transmitirse de forma rápida y fluida en los PCB flexibles gracias al excelente rendimiento eléctrico y térmico del material de sustrato flexible, por lo que los PCB flexibles se aplican ampliamente en muchas industrias como instrumentación, automoción, atención médica, militar y aeroespacial.
Basándose en el desarrollo y la optimización adicionales de las PCB flexibles, el siguiente paso para ellas deberían ser las PCB rígido-flexibles, los circuitos flexibles incrustados y las PCB flex HDI, entre los cualesPCB flex-rígidosatraer la mayor atención y la mayor cantidad de solicitudes. Por lo tanto, este artículo analizará las propiedades y los campos de aplicación de las PCB flexo-rígidas en función de sus materiales y tecnologías de fabricación.
Material de PCB flex-rígido
El rendimiento de los PCB flexo-rígidos depende del material del sustrato, que contiene principalmente película dieléctrica flexible y película adhesiva flexible. Como tipo principal de material de sustrato flexible, la película dieléctrica flexible incluye principalmente poliéster (Mylar), que se utiliza normalmente en productos de gama baja; poliimida (Kapton), que es el tipo más común; y fluoropolímero (PTFE), que se utiliza normalmente en productos militares y aeroespaciales.
Al comparar esos tres tipos de materiales flexibles, la poliimida presenta la constante dieléctrica más alta, con excelentes propiedades eléctricas y mecánicas y resistencia a altas temperaturas, pero es costosa y fácil de absorber humedad. Similar a la poliimida en cuanto a rendimiento, el poliéster, sin embargo, presenta una mala resistencia a altas temperaturas. El politetrafluoroetileno se utiliza principalmente en productos de alta frecuencia con baja constante dieléctrica. La siguiente tabla muestra la comparación del rendimiento entre los tres tipos de película dieléctrica flexible mencionados.
|
Elemento de rendimiento
|
Poliéster
|
Poliimida
|
Politetrafluoroetileno
|
| Límite de tensión/N*mm-2
|
172 |
172 |
20,7 |
| Alargamiento límite/% |
120 |
70 |
300 |
| Cambio de tamaño después del grabado/mm*m-1
|
5.0 |
2,5 |
5.0 |
| Constante dieléctrica relativa/103Hz |
3.2 |
3,5 |
22.1 |
| Tangente del ángulo de pérdida/103Hz |
0,005 |
0.0025 |
0.0001 |
| Resistencia de volumen/MΩ*cm-1
|
1012 |
1012 |
1012 |
| Inflamabilidad |
Inflamable |
Autoextinguible |
Inflamable |
| Resistencia dieléctrica/mV*m |
300 |
275 |
17 |
| Absorción de humedad/% |
<0.8 |
2.7 |
0,01 |
| Resistencia al calor/°C |
150 |
400 |
260 |
| Prueba de soldadura |
Pase |
Pase |
Pase |
El material principal que contribuye a la película adhesiva flexible contiene ácido acrílico, epoxi y poliéster. El ácido acrílico y la poliésterimida presentan una excelente adhesión, alta flexibilidad y una resistencia química y térmica relativamente altas. Sin embargo, presentan un coeficiente de expansión térmica relativamente grande, por lo que su espesor interno no debe superar los 0,05 mm. La resina epoxi presenta una mala adhesión y se aplica principalmente para unir la capa de recubrimiento y la capa interna. Además, presenta un coeficiente de expansión térmica tan bajo que resulta beneficioso para mejorar la resistencia al choque térmico de los orificios metalizados.
Tecnología de fabricación de PCB flex-rígidos
Las tecnologías de fabricación de PCB flex-rígidas difieren entre sí de acuerdo con los distintos tipos de placas PCB, y la tecnología esencial que conduce a estas diferencias es la tecnología de fabricación de circuitos finos y la tecnología de fabricación de microvías. A medida que los productos electrónicos tienden a desarrollarse hacia la ligereza y la miniaturización, la multifunción y la densificación del ensamblaje, las placas PCB avanzadas que atraen mayor atención incluyen las PCB flex-rígidas HDI y las PCB flex-rígidas embebidas.
• Tecnología de fabricación de PCB flex-rígido
Los PCB flex-rígidos se fabrican de manera ordenada y selectivaapilamiento de capasde PCB rígidos y flexibles con orificios metalizados responsables de la conexión entre capas. La figura siguiente indica la estructura básica de una PCB rígido-flexible.
La aparición de los PCB flex-rígidos puede reducir de manera efectiva el volumen y el peso de los productos electrónicos al reemplazar los mazos de cables y los conectores que se utilizaban habitualmente en dichos productos. Además, los PCB flex-rígidos son capaces de resolver los problemas de contacto y de calor intenso causados por los mazos de cables y los conectores, mejorando drásticamente la fiabilidad de los dispositivos.
Ya en la década de 1970, las PCB rígido-flexibles se fabricaban apilando una placa rígida sobre una placa flexible. El progreso continuo y la optimización han dado lugar a numerosos nuevos tipos de rígido-flexiblesFabricación de PCBtecnologías. Hasta ahora, la tecnología de fabricación de PCB flexo-rígidas más madura y práctica es aquella en la que la resina epoxi de fibra de vidrio (FR4) se aplica como placa rígida externa ymáscara de soldadurase aplica para proteger el patrón de circuito rígido. Cuando se trata de material de sustrato flexible, se utiliza una placa de doble capa de poliimida (PI) recubierta de cobre como núcleo flexible y se emplea una película de poliimida/acrílico para proteger el patrón de circuito flexible. La adhesión depende del prepreg de bajo flujo. Todos esos elementos se laminan para que se fabriquen PCB rígido-flexibles. La figura siguiente muestra el proceso de fabricación de una PCB rígido-flexible de 6 capas.
Los PCB flexo-rígidos pueden resolver problemas de contacto flojo y disipación térmica al sustituir mazos de cables y conectores, de modo que se mejora la fiabilidad del dispositivo. La parte flexible puede doblarse libremente en cualquier ángulo y toda la placa PCB presenta un rendimiento excelente en términos de prestaciones eléctricas y propiedades mecánicas. Por lo tanto, los PCB flexo-rígidos permiten el ensamblaje en 3D y el grado de libertad del producto puede incrementarse mientras se reducen el volumen y la calidad del equipo, por lo que se aplican ampliamente en dispositivos electrónicos que necesitan doblarse una y otra vez. El material del sustrato flexible presenta una estabilidad dieléctrica tan excelente que es adecuado para la transmisión de señales de alta frecuencia y el control de impedancia, y puede soportar radiación, choques térmicos y entornos extremos, garantizando el funcionamiento fluido de los dispositivos electrónicos.
Los PCB tradicionales flex-rígidos son difíciles de fabricar, con una tasa de rendimiento relativamente baja y alta densidad, y son difíciles de reparar después de una avería. DuranteProceso de fabricación de PCB, la base rígida debe estar incrustada en un costoso material de sustrato flexible para que la tasa de desperdicio de materia prima siga siendo alta, al igual que la dificultad de la tecnología de fabricación. El material de sustrato flexible presenta un coeficiente de expansión térmica relativamente alto y una alta tasa de absorción de humedad, de modo que un material de sustrato flexible de gran área provocará una acumulación de tolerancias de tamaño, lo que a su vez afectará al patrón del circuito, el apilado de capas, el taladrado, el recubrimiento y la limpieza de los orificios metalizados, y dará lugar a un bajo rendimiento. Los circuitos flexibles incrustados, sin embargo, pueden reducir y evitar eficazmente estos problemas.
• Tecnología de fabricación de PCB flexible incrustada
Las PCB flexibles embebidas se fabrican insertando unidades de circuitos flexibles en placas rígidas internas y luego sometiéndolas a un proceso de construcción por capas (Building Up Process). No existen interconexiones entre el circuito flexible y el circuito rígido en la misma capa equivalente y su conexión depende devías ciegas y vías enterradasLos PCB rígido-flexibles incrustados pueden reducir drásticamente los circuitos flexibles y contienen las ventajas de los PCB HDI y rígidos, con una tasa reducida de desperdicio de material del sustrato.
En comparación con las PCB flex-rígidas tradicionales, las PCB flexibles incrustadas se fabrican incrustando el circuito flexible en la placa rígida y luego apilando capas. El área flexible es mayor que la de la unidad de circuito flexible, lo que aumenta la tasa de utilización del material del sustrato flexible. Dado que no hay conexión eléctrica entre el circuito flexible y el circuito rígido en la misma capa, algunas tecnologías de fabricación avanzadas pueden obtenerse fácilmente mediante la conexión entre los orificios metalizados pasantes y el circuito rígido.
Hasta cierto punto, las PCB flexibles incrustadas logran resolver muchos problemas en la tecnología de fabricación de PCB rígido-flexibles. La unidad incrustada reduce drásticamente la tasa de desperdicio de material del sustrato y aumenta de manera efectiva la tasa de utilización del sustrato flexible. Los problemas de rendimiento del material del sustrato flexible pueden pasarse por alto y se pueden aplicar directamente las tecnologías de fabricación maduras de las placas rígidas, de modo que la tecnología HDI pueda seguir desarrollándose en la fabricación de PCB rígido-flexibles.
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Recursos útiles
•Proceso de fabricación de PCB multicapa flex-rígido
•Construcción de Material y Estructura de PCB Flex-Rígido
•Optimice el ensamblaje y mejore la fiabilidad con PCB flexibles y flex-rígidos
