Desarrollo de aplicaciones de PCB flexible

PCB flexible para teléfono móvil

Las modificaciones que se producen en los teléfonos provocan cambios en todas las PCB (placas de circuito impreso), especialmente cuando se aplican múltiples PCB flexibles. En primer lugar, la ligereza y delgadez de los teléfonos móviles impulsan la sustitución de las PCB rígidas por placas de circuito flexibles. La proporción de área entre la zona rígida y la zona flexible que aprovechan los teléfonos es aproximadamente de 80:20, mientras que será de 20:80. Además, la PCB rígida utilizada para teléfonos móviles es delgadaPCB HDI (interconexión de alta densidad)Los teléfonos móviles que dependen principalmente de PCB rígidas tienen un grosor de 27 mm, mientras que los que utilizan PCB flexibles tienen solo 16,8 mm de grosor.

Los PCB flexibles que sirven para diferentes posiciones de un teléfono móvil dan lugar a distintas estructuras y exigencias:

• Placa de interruptores clave

La placa de interruptores de llave es una PCB de cuatro capas con un grosor inferior a 0,3 mm. Esta parte flexible está equipada con componentes como LED y conectores de entrada/salida en la superficie que no requieren flexibilidad, por lo que se puede aplicar máscara de soldadura en la superficie. La parte flexible de esta placa flexible de 4 capas es un conductor de una sola capa que se puede doblar en forma de "S".

• Módulo de pantalla de cristal líquido (LCM)

El LCM consta de una placa flexible LCD principal y una placa flexible LCD subordinada. La primera es una placa de doble cara, mientras que la segunda es de una sola cara. El chip desnudo y los condensadores de resistencia adicionales deben montarse directamente sobre la placa flexible para accionar la LCD. La conexión del CI de chip desnudo generalmente depende de ACF (película conductora anisotrópica) y la placa de circuito flexible necesita ser calentada y prensada. Por lo tanto, se debe utilizar una película de poliimida con lámina de cobre de una y de dos caras sin adhesivo.

Las PCB flexibles utilizadas en teléfonos móviles se fabrican principalmente con placas de poliimida, lo que exige que sean delgadas, sin adhesivo y libres de halógenos. Además, debe mejorarse la resistencia a la flexión de las capas de cobre, níquel y oro galvanizados, lo cual contribuye a mejorar la resistencia a la flexión de toda la PCB flexible.

La ola digital impulsa el desarrollo de PCB flexibles multicapa

En el período inicial de desarrollo de los dispositivos electrónicos, las PCB flexibles multicapa se aplicaban en computadoras portátiles, tarjetas de memoria y cámaras, etc. Con la llegada de la ola digital, las PCB flexibles multicapa se utilizan ampliamente en pantallas LCD (pantallas de cristal líquido), cabezales ópticos de DVD, cámaras digitales, videocámaras digitales, etc. Por ejemplo, la parte de conexión de una pantalla LCD está compuesta por una placa flexible de 8 capas con un grosor de 0,6 mm, mientras que la cámara digital utiliza una placa flexible de 6 capas.

El diseño de PCB flexible multicapa se basa en el concepto de que los componentes, los conectores de cable y la parte de inserción se combinan entre sí. Por lo general, se diseña como un circuito de tres a diez capas cuya anchura/espaciado mínimo de pista es de 0,075 mm/0,075 mm. La abertura mínima del orificio metalizado pasante es de 0,25 mm y la abertura de la almohadilla de conexión es de 0,50 mm. La PCB flexible multicapa también puede fabricarse con tecnología BUM (build up multilayer) y presentaciego/enterrado víacuyo orificio es de 0,1 mm y la almohadilla de conexión cuyo orificio es de 0,3 mm. Cuando se aplica poliimida como material de sustrato, su espesor puede ser de 25 μm o 12 μm y las capas adhesivas de conexión son preimpregnado de ácido acrílico o preimpregnado prehumedecido.

Los principales problemas que debe superar la PCB flexible multicapa durante el proceso de fabricación incluyen la recombinación de posición, la planitud de la superficie y la fiabilidad. La alineación de capas es un índice importante para las PCB multicapa de alta densidad y la variación de tamaño tiende a producirse debido a la alta absorción de humedad de la poliimida que se utiliza como material de sustrato de la placa flexible, por lo que el tratamiento de estabilización es extremadamente importante antes y después del laminado. Los SMD (dispositivos de montaje superficial) se utilizan principalmente enensamblaje de PCBque requiere una alta planitud. Las pruebas de fiabilidad relacionadas con las PCB flexibles multicapa implican principalmente pruebas de alta temperatura, alta humedad y alta presión, pruebas de ciclos de alta y baja temperatura (-65°C-125°C) y pruebas de impacto de estrés térmico (300°C).

La PCB flexible multicapa combina tanto la flexibilidad de la placa flexible como la capacidad de soportar el montaje de componentes. Además, es más delgada y más confiable quePCB rígido-flexiblePor lo tanto, las PCB flexibles multicapa serán cada vez más ampliamente aceptadas por los nuevos productos electrónicos.

PCB rígido-flexible para automóviles

Un vehículo automotor contiene numerosos componentes electrónicos, incluidos 250 dispositivos electrónicos de control especializados, todos los cuales necesitan conectarse mediante PCB y cables de conexión para integrar todo el sistema. Para lograr miniaturización y fiabilidad, se debe utilizar PCB rígido-flexible en las aplicaciones actuales que implican el funcionamiento de transductores, la unidad de control del motor, los dispositivos de asistencia de frenado, las ventanillas eléctricas, el sistema de transmisión y el sistema inteligente.

Para ser compatibles con los diferentes requisitos de rendimiento exigidos por distintos puestos, existen dos tipos de PCB flex-rígidas disponibles: PCB flex-rígidas de multi-flexión y PCB flex-rígidas de semi-flexión.

• PCB rígido-flexible de flexión múltiple

La PCB rígido-flexible de multi-flexión aprovecha la película flexible de PI como material de sustrato, compuesta por una parte rígida y una parte flexible.

La PCB rígido-flexible de multi-flexibilidad es aplicable a partes que requieren múltiples flexiones. En cuanto a su rendimiento, se debe prestar atención a la termoestabilidad y a la estabilidad dimensional. Además, el CTE debe ser bajo en el eje Z en el prepreg para evitar que la pared del orificio metalizado se agriete bajo el impacto de altas temperaturas. Aparte de la película adhesiva de PI, también se puede utilizar prepreg FR4 sin flujo. Cuando se emplea material PEN o PET, la PCB rígido-flexible es capaz de obtener una estructura relativamente estable. Para lograr transmisión de alta velocidad y alta fiabilidad, también se puede elegir material LCP. Las PCBs rígido-flexibles que utilizan estos materiales se fabrican sin necesidad de tratamiento de secado antes del montaje y la soldadura, lo cual sí debe implementarse cuando se aplica material de sustrato PI.

• PCB rígido-flexible semidoblable

La PCB semidoblable rígido-flexible es un tipo de placa de circuito que necesita doblarse durante el montaje, la retrabajación y el mantenimiento, por lo que debe seleccionarse un material de sustrato flexible con baja flexibilidad para reducir costos. Como resultado, se aplica un sustrato delgado de FR-4 de resina epoxi modificada para reemplazar la película de PI. Al igual que con las PCB ordinarias de doble cara o multicapa, la PCB semidoblable rígido-flexible solo presta más atención al diseño del trazado y al grosor de la parte flexible.

En lo que respecta al rendimiento de las PCB rígido-flexibles semidoblables, su tipo típico solo cuenta con una capa de conductor y la parte flexible tiene una altura de 16 mm, con un diámetro mínimo de flexión de 5 mm, capaz de soportar más de 10 ciclos de flexión. La exigencia adicional para este tipo de PCB rígido-flexible es que la parte flexible tenga dos capas de conductores, con un diámetro mínimo de flexión de 2 mm, capaz de soportar de 10 a 20 ciclos de flexión.

PCB flexible para encapsulado de CI

El CI (circuito integrado) se produce fabricando semiconductores como el silicio y el germanio en obleas y luego cortándolas en chips que se integran posteriormente en circuitos. El CI da lugar a numerosos tipos de encapsulados y se desarrolla con la miniaturización y la alta integración, como DIP (dual in-line package), QFP (quad flat package), PGA (pin grid array), BGA (ball grid array), CSP (chip-scale package), SiP (system in a package) y MCP (multi-chip package) o MCM (multi-chip module).

La PCB para encapsulados de CI, también llamada placa portadora de CI, es una rama de la PCB. Las placas portadoras de CI se clasifican en placa inorgánica (base cerámica) y placa orgánica (base de resina), y la placa orgánica puede clasificarse en placa rígida y placa flexible. Cuando los chips se ensamblan directamente sobre la placa flexible, se genera un tipo de cinta portadora de CI, COF. A medida que los encapsulados de CI entran en el período de BGA, CSP y MCP, la placa flexible aumentará drásticamente.

La placa flexible se enfrenta a alta densidad y alta velocidad, lo que se manifiesta técnicamente en tres aspectos. Primero, el paso del circuito se reduce cada vez más. El paso mínimo de circuito de la cinta COF es de 30 μm (traza/espacio de 15 μm/15 μm), lo cual rara vez se logra mediante la tecnología ordinaria de grabado de lámina de cobre. Como resultado, generalmente se aplica un proceso semi-aditivo. Segundo, se requiere que la capa de máscara de soldadura en la superficie del pad sea plana y uniforme, adecuada para la soldadura de bolas o la soldadura con hilo de oro. Normalmente se utiliza estañado o niquelado/dorado, y se debe seleccionar una capa de recubrimiento de excelente calidad para mantener la flexibilidad. Tercero, el material del sustrato debe presentar excelentes propiedades de alta frecuencia con baja constante dieléctrica y baja pérdida dieléctrica.

Aplicaciones cada vez más amplias de los PCB flexo-rígidos

La PCB rígido-flexible está compuesta por dos partes: la placa rígida y la placa flexible. La placa rígida está hecha de un material de sustrato rígido con alta resistencia y difícil de doblar. Los SMD pueden montarse firmemente sobre la placa rígida, lo cual es diferente del área rígida de la placa flexible multicapa que depende del grosor. Los problemas a los que deben enfrentarse las PCB rígido-flexibles incluyen:

•La parte flexible se genera primero seleccionando un material de sustrato con baja absorción de humedad y excelente estabilidad dimensional. PoliimidaCCL (laminado revestido de cobre)con una estructura de dos capas funciona mejor que el CCL de poliimida con una estructura de tres capas.

•La parte rígida está compuesta principalmente por una base de FR4. La conexión entre la parte rígida y la parte flexible se logra mediante la aplicación de prepreg. Para evitar que la resina epoxi se desborde sobre la parte flexible, se utiliza un material preimpregnado con poca o ninguna fluidez de resina epoxi.

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