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PCB flexible y su tecnología de ensamblaje
El PCB flexible se desarrolla y recibe una amplia gama de aplicaciones gracias a sus notables ventajas, que incluyen estructura flexible, volumen reducido y peso ligero, en consonancia con la tendencia de desarrollo de la electrónica hacia la miniaturización. Además de la flexibilidad estática, el PCB flexible también es capaz de implementar flexibilidad dinámica, curvatura y plegado. Al poder expandirse hacia el espacio 3D, el PCB flexible mejora el grado de libertad del diseño de circuitos y del diseño mecánico. Asimismo, el trazado puede realizarse en las superficies X, Y y Z con una reducción de los puntos de conexión, lo que permite disminuir tanto el trabajo mecánico como los errores de ensamblaje y mejorar de forma notable la fiabilidad y la estabilidad de todo el sistema utilizado en los dispositivos electrónicos. Como resultado, los PCBs flexibles se aplican ampliamente en campos como computadoras, comunicaciones, instrumentación, dispositivos médicos, sectores militar y aeroespacial, etc. Además, los nuevos campos de aplicación del PCB flexible, incluidos cabezales flotantes inalámbricos, repetidores, cámaras digitales, teléfonos móviles, pantallas planas y PCB HDI, impulsan de forma notable el rápido florecimiento del PCB flexible y hacen que represente una proporción cada vez mayor de toda la industria de PCB.
• Estructura de PCB flexible
De acuerdo con los tipos estructurales, los PCB flexibles pueden clasificarse en las siguientes categorías:
a. PCB flexible de una cara, que presenta una estructura simple y se fabrica fácilmente.
b. PCB flexible de doble cara, que presenta una estructura mucho más complicada que la PCB flexible de un solo lado, lo que exige mayores dificultades de control.
c. PCB flexible multicapa, que presenta una estructura más complicada que la PCB flexible de 2 capas y cuya calidad de fabricación es más difícil de controlar.
d. PCB rígido-flex de un solo lado
e. PCB rígido-flex de doble cara
f. PCB rígido-flex de múltiples capas
Las PCB rígido-flexibles de una cara, las PCB rígido-flexibles de doble cara y las PCB rígido-flexibles multicapa son más difíciles de fabricar que los tres primeros tipos de PCB flexibles y presentan estructuras mucho más complejas. Las estructuras de las PCB flexibles y de las PCB rígido-flexibles se muestran en la Figura 1 a continuación.
• Material de PCB flexible
Según la estructura de la PCB flexible, los materiales que contribuyen a la PCB flexible incluyen el material de sustrato aislante, el adhesivo, la capa conductora metálica (lámina de cobre) y la capa de recubrimiento. El material principal para la PCB flexible debe ser una película aislante flexible que actúe como portador y que presente un excelente rendimiento mecánico y eléctrico. Los materiales habituales incluyen película de poliéster y de poliimida, utilizándose mayoritariamente esta última. Junto con la investigación y el desarrollo de nuevos materiales, la selección de materiales se ha diversificado tanto que ahora están disponibles otros tipos de materiales de sustrato, como PEN y FR4 delgado, además de los materiales habituales. Los parámetros de rendimiento de los materiales principales se resumen en la siguiente tabla.
| Artículos | FR4 | Poliéster | Poliimida |
| Temperatura de soldabilidad [°C(10s)] | 260 | 230 | 260 |
| Temperatura máxima constante de funcionamiento (°C) | 150 | 110 | 220 |
| Resistencia a la tracción (kPa) | 1750 | 1500 | 1700 |
| Elongación (%) | 3 | 130 | 70 |
| Resistencia de pelado del cobre (kPa) | 4,5 | 1.8 | 1.3 |
| Absorción de humedad (%) | 0,5 | 0,8 | 2,5 |
| Coeficiente de expansión lineal | 1,1x10-5 | 1,5x10-5 | 1,5x10-5 |
| Constante dieléctrica (60 Hz) | 3.400 | 3,250 | 3.500 |
| Factor de pérdida dieléctrica (1 kHz) | 0,037 | 0,006 | 0,003 |
| Resistividad (Ω) | 1,6x1013 | 1.0x1017 | 1,4x10dieciséis |
| Nota | Resistencia máxima a la tracción y elongación mínima. Inestable bajo flexión constante. | Bajo costo y fácil de dañar durante la soldadura. Excelente rendimiento físico y eléctrico | Excelente rendimiento físico y eléctrico, material no inflamable |
Ensamblaje de PCB flexible
• Proceso de ensamblaje de PCB flexible
La PCB flexible comparte el mismo proceso de ensamblaje que las PCBs rígidas, excepto por algunas operaciones especiales basadas en diferentes requisitos técnicos. El proceso de ensamblaje ordinario en una PCB flexible de un solo lado se muestra en la Figura 2 a continuación.
• Propiedades del ensamblaje de PCB flexible
a. De PCB flexible a PCB rígido
La PCB flexible tiende a deformarse debido a su ligereza y delgadez, por lo que no puede ensamblarse directamente en la línea de fabricación SMT como una PCB rígida. Por lo tanto, para implementar con éxito el ensamblaje en una PCB flexible, esta debe fijarse en un portador o bandeja rígida de modo que pueda tratarse como una PCB rígida. La planitud, la precisión de posicionamiento y la consistencia del portador de la placa desempeñan un papel clave en la calidad final del producto, y en ello se centra el ensamblaje de PCB flexibles.
b. Baja Densidad
Hasta ahora, debido a que las PCB flexibles presentan un costo más alto que las PCB rígidas, la mayoría de las PCB flexibles solo se utilizan para las conexiones entre módulos con diferentes funciones, por motivos de costo del producto. Como resultado, la cantidad de componentes que se montan en la PCB flexible es relativamente baja, con una baja densidad de ensamblaje. En términos generales, la cantidad de componentes es inferior a 50 y algunas placas contienen solo dos conectores.
c. Gran número de paneles
Los PCB flexibles se utilizan principalmente en productos electrónicos miniaturizados como teléfonos móviles y cámaras digitales, por lo que el área de cada placa individual es pequeña. Además, la cantidad de componentes ensamblados en cada placa es bastante baja, por lo que, para mejorar la eficiencia de ensamblaje, normalmente se utilizan paneles para el montaje y luego se separan mediante troquelado.
d. Amplias aplicaciones de accesorios auxiliares durante el proceso de ensamblaje
Debido a sus características de deformación y daño, en el ensamblaje de PCB flexibles participan numerosos útiles auxiliares, incluidos el útil de horneado para PCB flexibles, la bandeja de transporte de placas, los útiles de prueba eléctrica, los útiles de prueba funcional y los útiles de corte.
e. Requisitos estrictos de calidad del producto
Dado que las PCB flexibles se utilizan normalmente en entornos que requieren flexión repetida y precisión de control, los componentes ensamblados en PCB flexibles deben ser capaces de satisfacer las exigencias de su entorno de aplicación. Como resultado, las PCB flexibles requieren estándares más altos en términos de limpieza, precauciones antiestáticas y fiabilidad de la soldadura que las PCB rígidas. Además, debido a la prevalencia y aceptación de las tecnologías de fabricación sin plomo, el ensamblaje de PCB flexibles tiene que afrontar algunos desafíos técnicos.
f. Alto costo de ensamblaje
En comparación con el ensamblaje de PCB rígidos, el ensamblaje de PCB flexibles conlleva un costo total elevado, lo cual es especialmente cierto en la fase inicial como resultado de la amplia gama de aplicaciones de utillajes, el largo período de fabricación, la baja tasa de utilización del equipo, las mayores exigencias en accesorios y personal, y los requisitos más altos en el entorno de fabricación y la calidad del producto.
A medida que los productos electrónicos se desarrollan y la tecnología de ensamblaje de PCB flexibles mejora y se optimiza constantemente, con una disminución gradual de los costos de fabricación y ensamblaje, el rango de aplicación se vuelve cada vez mayor, lo que llevará posteriormente a que las PCB flexibles avancen hacia un espectro de aplicaciones aún más amplio.
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