Aplicaciones de placas de circuito impreso flexibles y flexo-rígidas

¿Está considerando el uso de PCBs flexibles o flexo-rígidos en un próximo dispositivo, producto o prototipo? Cada dispositivo y cada montaje comienza con el componente central: la PCB. El tipo de PCB que elija depende de su aplicación.

Existen dos tipos principales de circuitos y placas utilizados en la fabricación industrial y a gran escala: las PCB flexibles y las PCB rígido-flexibles. Ambos tipos difieren de las PCB tradicionales y rígidas. Como cabría esperar, estos tipos de placas están diseñados utilizando una combinación de materiales y tecnologías flexibles y rígidas. Las placas de circuito flexibles se laminan con cobre y materiales similares, y el objetivo principal es proporcionar suficiente flexibilidad y resistencia a la flexión. Las PCB rígido-flexibles, por otro lado, se construyen utilizando una combinación de ambas tecnologías y cuentan con zonas tanto flexibles como rígidas.

Placas de circuito impreso flexibles

Las placas de circuito impreso flexibles se consideran “flexibles” por múltiples razones, pero la más evidente es que su circuitería puede diseñarse para ajustarse al dispositivo electrónico o al producto principal. Los fabricantes no están obligados a crear un producto o una carcasa en torno a la propia placa. En su lugar, pueden adaptar la placa para que encaje en un diseño existente. Esto es beneficioso al crear componentes o hardware que presentan diseños ortodoxos. Por ejemplo, si te preocupan el peso total, la portabilidad y la durabilidad de un dispositivo en particular, las placas convencionales pueden quedar descartadas.

PCB flexiblea veces debe adaptarse a las limitaciones de un producto. Por ejemplo, puede ser necesario reducir el tamaño de la placa y mover o rediseñar los circuitos para que coincidan con las especificaciones y dimensiones de la carcasa. Todo el circuito se dispone en un patrón definido —incluidos los componentes— y luego se resalta mediante un material base maleable, como el cobre. Las placas de circuito impreso tradicionales también se fabrican de esta manera, excepto que los materiales utilizados son mucho más pesados y rígidos.

Ventajas y desventajas de los PCB flexibles:
• Fiabilidad: Excelente debido a la eliminación de conectores mecánicos;
• Costo: Mayor costo que el rígido o el flex-rígido;
• Resistencia a la temperatura: Regular;
• Completamente flexible y maleable;
• Puede adaptarse a cualquier diseño;
• Mejor para movimientos rápidos y condiciones de alto estrés;

Placas de circuito impreso flexo-rígidas

Las PCB flex-rígidas deben su nombre al hecho de que utilizan una combinación de áreas de circuitería flexible y rígida. Al igual que la mayoría de las placas de circuito impreso, las placas flex-rígidas tienen múltiples capas, pero generalmente cuentan con más que los diseños convencionales.

Estas capas conductoras adicionales se delimitan con aislamiento rígido o flexible según las necesidades del producto. Las capas exteriores de una placa —sin importar cuántas haya— suelen contener almohadillas expuestas o cubiertas por seguridad. Los conductores se utilizan para la capa rígida principal, mientras que los orificios metalizados flexibles se emplean para cualquier capa adicional, tanto flexible como rígida.

Algunos proyectos requieren el uso de tecnologías y diseños rígidos tradicionales. Otros tienen limitaciones que impiden a los fabricantes utilizar estas placas más grandes y menos flexibles. Por ejemplo, los dispositivos móviles y portátiles se verían perjudicados si se diseñaran con placas estándar. Hay simplemente demasiadas piezas móviles y componentes que funcionarían mal al estar sometidos a ciertas condiciones. Los dispositivos móviles deben ser portátiles, ligeros y capaces de tolerar condiciones como calor, frío y, en ocasiones, humedad.

Ventajas y desventajas de las PCB flexo-rígidas:
• Fiabilidad: Excelente debido a la menor necesidad de uniones soldadas;
• Costo: Menor costo en comparación con las placas flexibles;
• Resistencia a la temperatura: Excelente;
• Ideal para un movimiento y estrés moderados o ligeramente superiores a lo normal;
• Más flexible y maleable que las tablas convencionales;
• Fiabilidad a largo plazo gracias a menos interconexiones y componentes;
• Requiere un mantenimiento mínimo;

Las capacidades únicas de las PCB flexibles y flexo-rígidas las hacen muy adecuadas para diferentes aplicaciones. Ten en cuenta las características que requiere tu diseño al decidir entre placas flexibles, flexo-rígidas y rígidas.

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Aplicaciones de PCB flexibles

Los circuitos flexibles y sus tipos de placas se utilizan a menudo cuando se necesita fiabilidad y máxima adaptabilidad. Si un circuito debe doblarse durante el montaje del paquete, se requiere un diseño flexible. También son ideales cuando no se puede evitar la flexión y la deformación. Las PCB flexibles han avanzado mucho en los últimos años, lo que permite su uso en situaciones mucho más compactas y limitadas. Esto también ha incrementado la demanda de placas de circuitos flexibles a niveles sin precedentes. Se espera que tanto las placas flexibles como las rígido-flexibles experimenten un enorme crecimiento durante los períodos anuales entre 2017 y 2027.

Algunas cosas a considerar antes de seleccionar placas de circuito impreso flexibles incluyen:
• Total necesario: los PCB flexibles suelen ser mejores cuando se requieren 20 o más conductores;
• Cantidad de espacio disponible: Funcionan bien cuando el espacio es limitado;
• Peso: Si necesitas placas ligeras, elige PCB flexibles;
• Capacidad de fabricación: Los PCB flexibles suelen ser la mejor opción en situaciones en las que la mano de obra de ensamblaje y fabricación debe limitarse;

Preguntas que podrías querer hacerte al observar PCBs flexibles incluyen:
• ¿Qué tan importante es la fiabilidad?
• ¿Se requieren métodos de apantallamiento y control de impedancia?
• ¿Es necesario que los circuitos de la placa sean dinámicos y flexibles?

PCB flexibles en la electrónica informática

Muchos componentes informáticos dependen de placas de circuito flexibles para su funcionamiento. Los componentes de los discos duros, por ejemplo, necesitan ser flexibles para poder seguir el ritmo de las altas velocidades a las que escriben datos, además de ser relativamente pequeños y delgados. Si funcionan durante períodos prolongados, los discos duros también pueden calentarse, lo que significa que la placa debe ser capaz de soportar altas temperaturas. A las placas de los discos duros a menudo se les atribuye el mérito de permitir que duren tanto tiempo.

Estos problemas no son exclusivos de los discos duros. La electrónica de las computadoras actuales tiende a ser pequeña y delgada y, a veces, puede alcanzar altas temperaturas. También puedes encontrar placas de circuito flexibles en muchas otras aplicaciones de productos electrónicos de consumo, incluidas televisores, consolas de videojuegos, impresoras y microondas.

PCB flexibles en la electrónica automotriz

Cuando se trata de automóviles modernos, la mayoría de su hardware electrónico utiliza placas de circuito impreso flexibles. Esto incluye las EMU (unidades o computadoras de gestión del motor), los sistemas de frenos antibloqueo, los controladores de airbags, los paneles de instrumentos y los sistemas del tablero, entre muchos otros.

Las placas flexibles pueden diseñarse para adaptarse a espacios más pequeños y a espacios con formas irregulares, lo que proporciona mayor flexibilidad a los ingenieros. Los circuitos también pueden sincronizarse con otros dispositivos electrónicos sin necesidad de voluminosas bridas para cables ni conectores. En muchos vehículos, el peso también es un factor a tener en cuenta. Incluso los accesorios más pequeños pueden marcar la diferencia. Las placas flexibles son relativamente ligeras y más pequeñas que las piezas convencionales.

Los componentes electrónicos de los automóviles también deben ser capaces de soportar condiciones extremas. Estarán expuestos a calor y frío extremos cuando la gente deje sus coches en el exterior y sufrirán vibraciones intensas durante la conducción.

PCB flexibles en teléfonos inteligentes

Los teléfonos inteligentes son candidatos perfectos para las placas de circuitos flexibles. Son dispositivos de mano, por lo que deben seguir siendo pequeños, ligeros y portátiles. Se necesita una única placa de capa delgada para conectar y sincronizar todos los componentes principales.

Las placas de circuito convencionales no pueden adaptarse para encajar en estos espacios reducidos. Dado que los dispositivos móviles se llevan a todas partes, el hardware interno también debe soportar cambios de temperatura y de entorno. Ninguno de estos escenarios es propicio para las placas de circuito convencionales.

Los fabricantes de teléfonos inteligentes también han comenzado a diseñar teléfonos con pantallas flexibles, incluso algunas lo suficientemente maleables como para doblarse y enrollarse. Esto requiere claramente el uso de una placa de circuito impreso flexible. Los teléfonos inteligentes ahora suelen diseñarse con carcasas resistentes al agua e impermeables, diseñadas para permitir que el teléfono funcione mientras está en contacto con un líquido y después de estarlo. Las placas flexibles proporcionan la fiabilidad necesaria para esta función.

PCB flexibles en el campo médico

Los circuitos impresos flexibles son cruciales para las aplicaciones farmacéuticas y médicas, especialmente cuando esos circuitos deben sobrevivir a condiciones extremas dentro del cuerpo humano.

Una cápsula de cámara ingerible llamada PillCam hace uso de circuitos flexibles ultrafinos, que deben ser no tóxicos y duraderos. Los pacientes tragan la cápsula, y esta permite a los médicos y profesionales de la salud obtener una visión precisa de problemas o dolencias del cuerpo desde el interior. La cápsula debe ser extraordinariamente pequeña y capaz de adaptarse y flexionarse a medida que se desplaza por el cuerpo del paciente.

Los investigadores también han desarrollado un proceso para imprimir circuitos en un material orgánico y flexible que puede implantarse en el cuerpo para crear prótesis de extremidades más realistas. Este nuevo material es aún más flexible que las PCB flexibles típicas, lo que le permite moverse de forma natural sin dañarse.

Aplicaciones de PCB flex-rígido

Las placas flexo-rígidas son similares a las placas flexibles con una diferencia principal: tienen capas rígidas. Requieren materiales adicionales en comparación con las placas puramente flexibles o convencionales, pero las capas rígidas también las hacen más fiables.

Al observar los PCB flex-rígidos, querrás considerar los mismos factores que para las placas flexibles, con estas excepciones:
• ¿Tienes una fiabilidad adicional que compensar?
• ¿Los costos y los diseños costosos son menos preocupantes?
• ¿Son las temperaturas y condiciones extremas un factor?
• ¿Necesita tableros más pequeños y moldeables pero con las ventajas de la rigidez?

Durante bastante tiempo, las PCB rígido-flexibles se utilizaron principalmente en las industrias militar y aeroespacial. Más recientemente, sin embargo, las industrias de PCB rígido-flexibles han adaptado los diseños de placas y los circuitos para su uso en productos de consumo. Además, las PCB rígido-flexibles pueden ser lo que necesita cuando el movimiento es necesario, pero la durabilidad también es un factor. A continuación se presentan algunas de las aplicaciones más comunes de estas PCB.

PCB flex-rígidos en dispositivos médicos wearables

Los dispositivos portátiles se han multiplicado en los últimos años debido a la popularidad de los rastreadores de actividad física y los relojes inteligentes. Otros dispositivos portátiles incluyen ropa inteligente, anillos y joyas, y dispositivos médicos. En el campo de la medicina, es extremadamente importante que los médicos se mantengan informados sobre sus pacientes en todo momento. Esto puede implicar monitorear la frecuencia cardíaca, los patrones de respiración y más. Los dispositivos portátiles modernos permiten a los profesionales médicos estar mejor informados sobre la salud de los pacientes incluso cuando estos se encuentran fuera del alcance del consultorio del médico o del hospital.

Muchos de estos dispositivos portátiles utilizan placas flex-rígidas. Se emplea una combinación de componentes flexibles y rígidos porque los dispositivos deben ser pequeños y ligeros, pero al mismo tiempo es vital que funcionen de manera fiable bajo el estrés de la actividad cotidiana. Las capas rígidas adicionales proporcionan la fiabilidad necesaria que mantiene estos dispositivos electrónicos en funcionamiento incluso en situaciones exigentes.

Aplicaciones industriales de los PCB flex-rígidos

Los PCB flex-rígidos ayudan a que los equipos industriales operen bajo condiciones constantemente exigentes y permiten una mayor flexibilidad en el diseño de la maquinaria. Se utilizan en la tecnología de comunicación por radiofrecuencia, en los circuitos de control de distribución de energía y en muchos otros tipos de equipos en el sector industrial.

El diseño de placas flexo-rígidas permite que los sensores sean mucho más pequeños y delgados de lo que podrían ser con placas rígidas. Esto abre nuevas oportunidades en el ámbito industrial en cuanto a cómo pueden utilizarse estos sensores. Por ejemplo, la ubicación ideal para estos sensores podría ser un espacio pequeño o de forma irregular en el que no podrían caber sin el uso de un componente más flexible o más pequeño.

Los circuitos de control de distribución de energía se han fabricado y mantenido en funcionamiento durante años, pero muchos enfrentan problemas de fallas en los circuitos. Esto se debe a que el movimiento frecuente y otras condiciones ejercen una tensión adicional sobre los componentes.

La implementación de una placa rígido-flexible se utiliza a menudo para solucionar estos problemas al proporcionar mayor fiabilidad y durabilidad al circuito de control. El diseño rígido-flexible permite que las máquinas en las que se utiliza permanezcan operativas durante más tiempo.

Las placas rígidas tradicionales pueden limitar el uso de este tipo de maquinaria y frenar el potencial del componente. El diseño flexible permite a los fabricantes idear soluciones más innovadoras para el rendimiento del equipo.

PCB flexibles y flex-rígidos en comercio electrónico

Los beneficios que ofrecen las placas de circuito impreso flexibles y flexo-rígidas son ideales en muchas industrias. Con el estado de la tecnología moderna y la creciente necesidad de dispositivos electrónicos más portátiles, ligeros y versátiles, las placas flexibles son una solución viable.

En el negocio de la venta minorista en línea, por ejemplo, los almacenes de envío y cumplimiento utilizan dispositivos electrónicos modernos para escanear, rastrear e informar sobre el proceso de envío. Un paquete o producto debe localizarse y seleccionarse, marcarse para su envío, registrarse como enviado y luego pasar por el procedimiento adecuado para llegar al cliente que lo compró.

Todo esto suele registrarse y reportarse mediante un dispositivo portátil similar a una PDA que debe ser pequeño y fácil de transportar para que los trabajadores puedan usarlo cómodamente en el piso del almacén. También debe ser capaz de soportar las condiciones a veces duras de un almacén concurrido. Esto hace que las PCB flexibles y flexo-rígidas sean ideales para estos dispositivos.

¿Por qué elegir PCB flexibles o flex-rígidos?

Los componentes electrónicos son cada vez más compactos. La necesidad de ser flexibles y versátiles está creciendo. Las PCB flexibles y flexo-rígidas no son ideales en todas las situaciones, pero los profesionales recomiendan utilizarlas en los siguientes casos:
• El movimiento y la movilidad son un requisito;
• La flexibilidad y la deformación de la placa y los circuitos son preocupaciones importantes;
• Los espacios reducidos, los ángulos agudos y los factores de forma poco ortodoxos son inevitables;
• El peso y la portabilidad son un factor importante, como en los dispositivos móviles y los equipos de mano;
• Simplemente no es posible realizar trabajos de reparación o mantenimiento de forma regular;
• El dispositivo, producto o placa estará sometido a condiciones y temperaturas extremas;

En algunas industrias, especialmente en aplicaciones industriales o comerciales, el equipo necesita soportar movimientos frecuentes, cambios rápidos de presión y condiciones extremas. Las placas rígidas simplemente no son fiables en estas circunstancias durante períodos prolongados. Ahí es donde los circuitos flexibles encajan a la perfección, por así decirlo. Son capaces de soportar condiciones más extremas, movimientos más rápidos, alta presión e incluso deformaciones. Esto es crucial, porque cuando la maquinaria y los componentes se mueven a gran velocidad, se debe esperar cierto grado de flexibilidad y deformación.

A veces, las placas y sus circuitos deben diseñarse con dimensiones estrictas para ajustarse a un producto o a su carcasa. En estas condiciones, no se puede recurrir a cualquier fabricante para encargar las placas con la esperanza de que todo sea compatible. Debe confiar en un fabricante de placas propietario que sea capaz de suministrar circuitos y productos que se adapten a sus necesidades específicas.

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