Diseño de PCB rígido-flexible:cómo dominar más habilidades para el diseño rápido

Un diseño de PCB rígido-flexible se considera, con mucho, un PCB complejo de diseñar, ya que requiere un dominio de las habilidades técnicas para hacerlo. De hecho, se destaca de ser un diseño de placa de circuito ordinario debido a la sofisticación. Sin lugar a dudas, las características de una PCB rígido-flexible han llevado a su adopción en los avances tecnológicos más modernos.

Por lo tanto, conocer y dominar el proceso de diseño es fundamental para diseñar PCB de calidad. En este artículo, vamos a aprender sobre el proceso de diseño acompañado de una guía. Además, citaremos problemas específicos que pueden ocurrir y las medidas de precaución a tomar cuando suceda.

(Ilustración en color de una placa de circuito impreso rígido-flexible)

1. ¿Qué es el PCB rígido-flexible?

Como sugiere el nombre, una placa de circuito impreso rígido-flexible (RFP) es una placa híbrida que utiliza una integración de tecnologías de placa rígida y flexible en una aplicación electrónica. Casi todos los PCB rígido-flexibles diseñan un componente de poliimida flexible en un refuerzo fijo retardante de llama tipo 4 (FR4).

Descubrirá que algunas partes del tablero son flexibles mientras que otras son rígidas al examinarlas. Además, puede doblar o doblar fácilmente los circuitos y aún así mantener las formas de las áreas que requieren más soporte.

(El fondo de alta tecnología de PCB rígido-flexible)

2. Diseño tipo pila de capas rígidas-flexibles

El fabricante diseña la PCB como una pila multicapa para definir el diseño de cada capa verticalmente, también conocido como plano Z. La pila de capas tiene una fabricación de una sola unidad en cualquier tablero.

2.1 La mejor estrategia de apilamiento de capas

Una estrategia perfecta de acumulación de capas debería permitirle organizar trazas y planos de tierra para bloquear EMI. Además, debe adaptarse al diseño rígido-flexible y a las temperaturas de diseño.

Una pila multicapa es deseable. Es por las siguientes razones;

• Puede alternar entre señales y planos de tierra.
• Cada una de sus capas tiene un dieléctrico o un preimpregnado entre ellas.
• Pone en consideración los problemas térmicos.
• Admite dispositivos con elementos analógicos y digitales. Sin embargo, los dispositivos deben usar capas de tierra separadas en la pila. La esencia de la separación es evitar el acoplamiento de ruido y prevenir EMI.

2.2 Características de una sola capa

• Tiene una o dos capas de cubierta exterior de poliimida.
• Tiene orificios a los que se puede acceder por uno o ambos lados.
• Los orificios de los componentes carecen de placas.
• Puede usar componentes, refuerzos, pasadores y conectores en un tipo de capa única.
• Altamente recomendable en aplicaciones que manejan flexión estática y dinámica.

2.3 Funciones de doble capa

• Los diseñadores colocan una placa a través de los orificios, lo que permite que se produzca la conexión entre las dos capas.
• Puede usar componentes, refuerzos, pasadores y conectores aunque no haya refuerzos.
• Existe la presencia de dos capas conductoras con un aislante intercalado entre las capas. Los diseñadores pueden cubrir la capa exterior o dejar las almohadillas abiertas.
• Las almohadillas descubiertas o los orificios de acceso están en ambos lados; las vías pueden tener cubiertas en ambos lados.
• Aplicable para aplicaciones flexibles estacionarias y activas.

2.4 Funciones multicapa

• Primero, los PCB multicapa tienen tres o más capas conductoras flexibles. Luego, los diseñadores colocan un componente aislante flexible entre cada capa. Por último, pueden optar por cubrir la capa exterior o exponer las almohadillas.
• La vía también se puede cubrir o exponer.
• Los orificios de contacto o las almohadillas libres están en uno o ambos lados de la PCB.
• Se pueden utilizar varios materiales, por ejemplo, componentes, refuerzos, pasadores y conectores.
• A menudo se encuentra en aplicaciones flexibles estáticas.

(primer plano de una placa de circuito impreso multicapa)

3. Rango de aplicación de PCB rígido-flexible

RFP tiene una amplia gama de aplicaciones en electrónica y, a veces, en sistemas de control. Según el producto sobre el que se utilice, encontrarás su aplicación en;

• aparatos de consumo
• industria automotriz
• industria aeroespacial
• Sistemas de torres de control
• Sistemas de vigilancia CCTV
• sistemas de automatización industrial
• paneles de control

(un ejemplo de aplicación de PCB rígido-flexible en una placa base)

4. Directrices para el diseño rígido-flexible.

Sin las pautas adecuadas para ensamblar/diseñar su RFP, el producto final puede ser propenso a desafíos. Por lo tanto, seguir las instrucciones estipuladas al pie de la letra puede ahorrarle mucho dinero.

Las siguientes son algunas pautas estándar que puede seguir al diseñar su PCB.

• Primero, prepare el tipo de material (adhesivo, conductor, etc.), el método de fabricación (si se requiere presión y calor) y el número de capas.
• En segundo lugar, asegúrese de colocar las pistas de cobre en un ángulo de 90° de las curvas rígidas y flexibles.
• Luego, considere los factores electroquímicos que afectan tanto al circuito flexible como a la placa rígida. Con respecto a eso, deberá concentrarse en la relación entre el radio de curvatura y el grosor. Como regla general, el radio de curvatura debe ser como mínimo diez veces el espesor del material flexible.
• Además, debe dejar una distancia de 0,5 mm entre el anillo de cobre y las vías adyacentes. Una conexión cercana puede causar fatiga que a menudo ocurre después de doblarse con frecuencia. Nuevamente, las vías deben estar en áreas inmóviles en el tablero, es decir, donde rara vez se mueven.
• Por último, compruebe las condiciones de funcionamiento del producto. En otras palabras, verifique las condiciones ambientales, por ejemplo, cambios de temperatura, enfriamiento, humedad, golpes, no inflamabilidad y vibraciones.

5. ¿Qué material debe elegir para el diseño de PCB rígido-flexible?

Películas de sustrato y de cobertura

El tipo preferible es fibra de vidrio tejida intercalado en resina epoxi . La fibra de vidrio tiene un cierto grado de elasticidad. Por otro lado, el epoxi curado hace que el tablero parezca rígido. El uso de epoxi requiere un estado en el que haya menos movimiento.

Poliimida es un sustituto del epoxi debido a su flexibilidad mejorada. Además, no puede rasgar fácilmente este material o estirarlo con la mano. Finalmente, es altamente resistente al calor, por lo que mantiene la estabilidad durante las fluctuaciones de temperatura.

Poliéster (PET) es comúnmente aplicable durante el diseño. Una desventaja de este material es el hecho de que no puede sobrevivir por mucho tiempo en temperaturas extremas. Así, encontrarás su aplicación en productos electrónicos de bajo coste.

Politetrafluoroetileno (PTFE) puede actuar en lugar de un PET. Lo utilizará principalmente en productos de alta frecuencia con baja constante dieléctrica.

Cobertura actúa como aislante y protege la superficie exterior de daños y deterioros no deseados.

(primer plano de una resina epoxi)

Conductores

Las opciones varían de película de carbono y tinta a base de plata, pero la más preferible es el cobre. La elección del cobre definitivamente irá con su aplicación. Por ejemplo, una lámina de cobre laminada (electrodepositada ) es apropiado en piezas de circuitos simples y flexibles o cobres pesados ​​para mantener conductores portadores de alta corriente.

Otro conductor en el mercado son las láminas Rolled Annealed (RA) . Tiene un costo más alto que el cobre estándar, pero la calidad en estirado y aflojado es excelente.

Adhesivos

Los adhesivos son para la flexibilidad. Su función es unir la lámina de cobre a la poliimida u otras películas, ya que el calor y la presión por sí solos no pueden formar una conexión confiable. Los materiales utilizados incluyen adhesivos acrílicos o basados ​​en epoxi con espesores de alrededor de 0.5-1 mil.

También puedes usar siliconas y pegamentos termofusibles en interfaces flexibles y rígidas.

(uso de silicona)

6. Software para diseño de PCB rígido-flexible

Puede usar el software en diseños de PCB para animar y definir de manera distintiva sus PCB. Aquí hay dos formas conocidas en las que puede impulsar el proceso:

Herramientas ECAD/MCAD integradas

ECAD/MCAD permite la colaboración bidireccional entre los dominios eléctrico y mecánico. Las herramientas validan visualmente los diseños con 3D fotorrealista para reducir las iteraciones. Simplifican el proceso de diseño comprobando lo siguiente.

Diseñador Altium

La PCB de Altium Designer es una configuración de diseño en capas que admite alrededor de 32 capas de señal y 16 capas planas. Indiscutiblemente, el Altium Designer avanzado es el único software de diseño de PCB con la capacidad de brindarle las herramientas necesarias para el ensamblaje de PCB rígido-flexible en una sola plataforma.

Como alternativa, Altium Designer comprende un potente motor de renderizado 3D que presenta una representación tridimensional realista de la placa de circuito. El motor admite placas de circuito rígido-flexibles y puede examinar la placa en un estado plano.

7. Precauciones para el diseño de PCB rígido-flexible

El incumplimiento de las pautas puede tener consecuencias desastrosas. Además, puede provocar el desperdicio de materiales, tiempo y dinero si omite un paso en el procedimiento.

Hay algunas precauciones generales que deberá tener en cuenta antes del proceso de diseño, e incluyen:

• Evite doblarse en las esquinas. Si lo hace, asegúrese de que las esquinas estén curvas, no afiladas.
• No debe colocar componentes ni vías cerca de la línea de pliegue. Las líneas de doblez afectan el enrutamiento al causar tensión en el material.
• Use polígonos sombreados para mantener la flexibilidad cuando lleve un plano de alimentación o tierra en el circuito flexible.
• Cambie progresivamente el ancho de los trazos. Los cambios repentinos en el ancho de los trazos pueden conducir a un punto débil.
• Mantenga las capas flexibles en un mínimo de dos para obtener la máxima flexibilidad y bajo costo.
• Utilice una placa de circuito impreso con el grosor más bajo y tipos de materiales reducidos. Una RFP gruesa afecta la miniaturización de los productos de ensamblaje y, en consecuencia, incomoda el proceso de fabricación.
• La disposición de los cables muestra los requisitos de resistencia al plegado para mejorar la resistencia a los golpes.

8. Problemas encontrados con frecuencia en el diseño de PCB rígido-flexible.

• Posición y radio de curvatura de PCB flexibles

Cuando la placa se dobla durante un período prolongado, algunas partes del circuito flexible tendrán más tensión adicional que sus contrapartes. Un radio menos redondeado también contribuye al estrés físico.

• Puede haber problemas relacionados con los requisitos mecánicos para PCB rígido-flexible. Tiene que ver con el grosor de la placa de circuito (las placas gruesas son ineficientes), la forma de flexión, la frecuencia de flexión y la relación entre el diámetro del orificio de perforación y el grosor de la placa.
• Si no coloca correctamente el espacio entre una almohadilla y el rastro de cobre, puede haber cortocircuitos. Por lo tanto, la distancia debería poder albergar la máscara.
• Los rastros apilados que se encuentran en un lugar similar en el lado opuesto de los dieléctricos experimentan tensión debido a su posición, lo que trágicamente hace que se rompan. Parece ser un fragmento de oración. Considere reescribirlo como una oración completa.
• Los diseñadores pueden causar rastros de daños subyacentes en los casos en que aplican una cantidad excesiva de película protectora en la placa de circuito impreso.

Resumen:

Con todo, la adopción de medidas de precaución presenta un mayor porcentaje de eficacia en el diseño de PCB. Tal acción es encomiable ya que ahorra costos, prolonga la vida útil de la junta y, en un aspecto general, mantiene la calidad del plan.

Esperamos que haya adquirido algunos conocimientos básicos de rigidez y flexión de este artículo. En caso de consultas, inquietudes o comentarios, por favor póngase en contacto con nosotros. De hecho, estaremos más que felices de tenerlo a bordo en nuestra sesión de aprendizaje gradual.