Introduction to Flexible Printed Circuit Boards
Una placa de circuito impreso flexible (PCB flexible o circuito flexible) es un tipo de placa de circuito impreso fabricada con materiales aislantes flexibles, como una película de poliimida. A diferencia de las PCB rígidas tradicionales, las PCB flexibles pueden doblarse y flexionarse manteniendo la conectividad eléctrica. Las principales ventajas de las PCB flexibles incluyen:
Flexibilidad mecánica: se pueden doblar y flexionar para adaptarse a espacios con desafíos mecánicos.
Perfil liviano y delgado: ideal para diseños compactos y livianos.
Interconexiones de alta densidad: adecuadas para ensamblajes interconectados de alta densidad.
Diseño versátil: se pueden doblar y envolver alrededor de los bordes.
Durabilidad: resistente a la vibración y la fatiga, lo que garantiza una confiabilidad a largo plazo.
Versatilidad de aplicación: se utilizan comúnmente en productos electrónicos de consumo más pequeños.
Las PCB flexibles se utilizan ampliamente en varias industrias, como la electrónica de consumo, la automotriz, la aeroespacial, los dispositivos médicos y los equipos industriales. Con la tendencia actual hacia la miniaturización de la electrónica, las PCB flexibles se han convertido en una solución de interconexión indispensable.
-
Flex Assembly
-
Flex PCB
-
2 Layer Flex
-
4 Layer Flex
Descripción general del proceso de ensamblaje de PCB flexible
El montaje de una PCB flexible implica soldar componentes electrónicos, como circuitos integrados, resistencias y condensadores, sobre las pistas y almohadillas conductoras de la placa flexible. Este proceso requiere habilidades y equipos especializados para manipular el material flexible durante el montaje. Los pasos principales del proceso de montaje de una PCB flexible son:
Diseño y fabricación
Diseño: la disposición de la PCB se diseña utilizando software CAD, teniendo en cuenta factores como el radio de curvatura, la superposición de capas y la impedancia controlada.
Fabricación: la placa flexible se fabrica con la cantidad necesaria de capas conductoras adheridas al sustrato flexible. Los materiales flexibles más comunes que se utilizan son películas de poliimida y poliéster.
Fijación de componentes
Tecnología de montaje superficial (SMT): los componentes se montan en la placa utilizando pasta de soldadura y soldadura por reflujo en una línea de montaje SMT.
Tecnología de orificio pasante (THT): los componentes de orificio pasante más grandes se pueden soldar por ola. También se pueden utilizar adhesivos para la fijación de componentes adicionales.
Refuerzo de la placa
A menudo se utiliza una placa de refuerzo debajo de la placa flexible durante el montaje para proporcionar soporte y evitar deformaciones. Los refuerzos temporales se pueden quitar después del montaje.
Cables y conectores de interconexión
Los cables, conectores y conjuntos de arneses se unen a la PCB flexible mediante soldadura, engarce o unión adhesiva para proporcionar conexiones de alimentación y señal.
Recubrimiento conformado
Se puede aplicar un recubrimiento conformado protector para aislar el circuito flexible ensamblado de los factores ambientales.
Pruebas e inspección
La placa ensamblada se somete a pruebas eléctricas, inspección óptica automatizada y pruebas funcionales. Se realizan reparaciones si se identifican defectos.
Integración final
El conjunto flexible probado se integra en el producto final, por ejemplo, doblándolo alrededor de bisagras o insertándolo en carcasas. Se agregan alivios de tensión si es necesario.
Cada paso del proceso garantiza que la PCB flexible se ensamble correctamente y funcione de manera confiable dentro del producto final.
Flex PCB Assembly Process Steps Explained
Ahora, profundicemos en cada paso del ensamblaje en detalle:
Diseño de PCB flexible
Análisis de circuitos y creación de esquemas: el equipo de ingeniería analiza los requisitos del circuito y crea un esquema.
Diseño de la disposición de PCB:
Se utiliza un software CAD para diseñar la disposición de PCB en función del esquema.
Consideraciones clave:
Radio de curvatura: evite los pliegues pronunciados para evitar el agrietamiento de las pistas; se define el radio de curvatura mínimo.
Refuerzos: adición de refuerzos en áreas específicas para evitar la flexión.
Control de impedancia: adaptación de la impedancia de las pistas para señales de alta velocidad.
Apilamiento: determinación del número de capas conductoras y materiales dieléctricos.、
Espaciado de componentes: consideración de la densidad y el espaciado de los componentes.
Preparación del archivo Gerber: los archivos de diseño finalizados se preparan y se envían a las instalaciones de fabricación de la placa.
Fabricación de PCB flexible
Adquisición de materia prima: Adquiera los materiales necesarios, como películas de poliimida, revestimiento, bondply, láminas de cobre y máscara de soldadura.
Proceso de fabricación de circuitos:
Las capas conductoras se imprimen en la película de poliimida mediante procesos de impresión y grabado.
Se unen varias capas mediante adhesivo o unión por termocompresión para formar una pila de varias capas.
Se perforan y recubren los orificios; se aplica una capa de máscara de soldadura para proteger contra la oxidación.
Se utiliza la impresión de leyendas para indicar las ubicaciones de los componentes.
Las pruebas eléctricas garantizan la continuidad de las pistas.
Los paneles o circuitos individuales se enrutan desde paneles más grandes.
Ensamblaje SMT
Proceso de tecnología de montaje superficial (SMT):
Impresión de pasta de soldadura: la pasta de soldadura se deposita en las almohadillas de PCB mediante la alineación de la plantilla y el uso de una escobilla de goma.
Colocación de componentes: las máquinas automáticas de selección y colocación montan los componentes con precisión sobre la pasta de soldadura.
Soldadura por reflujo: la PCB pasa por un horno de reflujo para fundir la pasta de soldadura y asegurar los componentes.
Inspección óptica automatizada (AOI): las cámaras inspeccionan la colocación de los componentes en busca de defectos o desalineaciones.
Retoque manual: cualquier unión defectuosa identificada se corrige manualmente.
Desafíos específicos del ensamblaje SMT en placas flexibles:
La delgadez y flexibilidad de las placas flexibles requieren el uso de refuerzos.
Sensibilidad a altas temperaturas y choques térmicos.
Se requiere equipo especializado para tamaños y espaciados de componentes más pequeños.
Control crítico de deformación.
Fijación de componentes con orificios pasantes
Fijación mecánica o a máquina:
Los componentes más grandes con cables se insertan en orificios pasantes enchapados y se sueldan en el lado opuesto.
Los métodos incluyen soldadura por ola, soldadura selectiva o soldadura manual para cada unión.
Soporte adicional: estructuras de soporte debajo de la placa flexible cerca de los componentes con orificios pasantes, especialmente para PCB flexibles de doble cara.
Fijación de componentes mediante adhesivos
Uso de adhesivos:
Componentes fijados mediante adhesivos en lugar de soldadura:
Colocación de adhesivo para montaje en superficie.
Dispensación de adhesivo líquido.
Adhesivo preaplicado en terminales de componentes.
Beneficios: Proporciona fijación mecánica y conectividad eléctrica, adecuado para áreas difíciles o superficies irregulares en placas flexibles.
Uso de refuerzos
Propósito: Reforzadores o rigidizadores utilizados para proporcionar soporte mecánico durante el ensamblaje para evitar que las PCB flexibles se doblen o deformen.
Cada paso en el proceso de ensamblaje de PCB flexibles garantiza una construcción precisa y una funcionalidad confiable, satisfaciendo las demandas de las aplicaciones electrónicas modernas.
Types of Stiffeners:
Refuerzos extraíbles: las placas de acrílico o metal se fijan temporalmente debajo de la placa flexible durante el ensamblaje, pero se quitan después, antes de flexionar el circuito.
Refuerzos permanentes: placas FR4 o placas de metal que se fijan de forma permanente a ciertas áreas del circuito flexible que deben permanecer rígidas.
Refuerzos discretos: pequeños refuerzos fijados solo debajo de ciertos componentes o conectores grandes.
Orificios para herramientas: orificios adicionales que se utilizan para los pines para mantener la PCB plana durante el ensamblaje.
Métodos de aplicación del endurecedor:
Fijación de refuerzo
Atornillado: los refuerzos metálicos se fijan en orificios de montaje o de herramientas para brindar soporte estructural.
Sujeción: la placa flexible se coloca entre abrazaderas y placas para mantener la planitud durante el ensamblaje.
Fijación adhesiva: se utilizan adhesivos acrílicos o epóxicos pegajosos para adherir los refuerzos donde el atornillado no es práctico.
Soldadura: los refuerzos metálicos se sueldan a la placa flexible, lo que requiere resistencia a las temperaturas de reflujo.
Fijación de interconexión
Cableado y conectores:
Los cables, los mazos de cables y los conectores se fijan al borde de la placa flexible para proporcionar energía, señales y conectividad.
Métodos de fijación:
Soldadura: los cables se sueldan a las almohadillas designadas en la placa flexible.
Engarce: los engarces mecánicos penetran el aislamiento del conductor para asegurar los cables.
Desplazamiento del aislamiento: los conectores IDC perforan el aislamiento del cable para establecer contacto.
Adhesivo anisotrópico: la película o pasta adhesiva conductora facilita las conexiones eléctricas.
Elastómero conductor del eje Z: utiliza caucho conductor para conexiones flexibles.
Refuerzo:
Los tubos termorretráctiles refuerzan las conexiones de cables soldados, lo que garantiza la confiabilidad a largo plazo y proporciona alivio de tensión.
Aplicación del revestimiento conformado
Propósito:
Los revestimientos conformados protegen las PCB ensambladas al proporcionar:
Protección ambiental (humedad, polvo).
Soporte mecánico mediante la unión de componentes.
Aislamiento eléctrico entre pistas.
Materiales de revestimiento populares:
Acrílico: común, rentable, fácil de aplicar y reparar.
Silicona: resistencia a altas temperaturas, flexibilidad.
Uretano: resistencia a la abrasión.
Parileno: ultrafino, sin poros pero costoso.
Epóxico: duro, duradero pero difícil de aplicar y reparar.
Proceso de aplicación:
Limpieza: asegúrese de que la placa esté libre de contaminantes.
Enmascaramiento: proteja áreas como conectores o puntos de prueba del revestimiento.
Recubrimiento: se aplica por inmersión, pulverización o pincel.
Curado: el calor o la luz ultravioleta curan el recubrimiento líquido y lo convierten en una película protectora sólida.
Pruebas e inspección
Pruebas de validación:
Varias pruebas garantizan la confiabilidad de los ensamblajes de PCB flexibles:
Inspección visual: verifica la ubicación de los componentes y las uniones soldadas para detectar defectos.
Prueba en circuito (ICT): las sondas prueban la continuidad eléctrica de acuerdo con la lista de conexiones.
Prueba de sonda voladora: verifica la conectividad en placas desnudas antes de colocar los componentes.
Prueba funcional: valida la funcionalidad de la placa simulando las operaciones previstas.
Inspección automatizada con rayos X: detecta defectos ocultos debajo de componentes como BGA.
Inspección endoscópica: utiliza cámaras para inspeccionar los ensamblajes desde múltiples ángulos.
Medidas de resistencia: las sondas del multímetro miden los valores de resistencia en toda la placa.
Corrección de defectos:
Los defectos identificados se someten a diagnóstico, reemplazo de componentes y retrabajo de las uniones soldadas hasta que no queden errores.
Integración final
Ensamblaje en productos finales:
Las placas flexibles completamente ensambladas y probadas se integran en productos finales:
Cuidadosamente dobladas, plegadas o envueltas según las especificaciones de diseño.
Se agregan protectores de tensión a los conectores o cables para evitar la tensión mecánica.
Se montan en las carcasas a través de orificios o adhesivos.
Se conectan a los conectores de acoplamiento dentro del producto.
Partes mecánicas adicionales:
Se ensamblan los blindajes, los soportes y otros componentes mecánicos según sea necesario.
Conclusión: Una planificación adecuada y una mano de obra meticulosa durante todo el proceso de ensamblaje de PCB flexibles garantizan conjuntos de circuitos confiables, funcionales y duraderos adecuados para aplicaciones exigentes.
Equipo de ensamblaje de PCB flexible
Equipos especializados para el ensamblaje de PCB flexibles
Equipos de ensamblaje SMT:
1. Transportadores de manipulación de placas flexibles: los transportadores de vacío ajustables sujetan de forma segura las placas flexibles durante el transporte en la línea de ensamblaje.
2. Herramientas de soporte de placas flexibles: incluye placas de vacío o sistemas de sujeción especializados para mantener la planitud de la placa.
3. Máquinas de selección y colocación con capacidad para placas delgadas: manipulan placas más delgadas y componentes pequeños de manera eficiente.
4. Rieles de transporte de doble carril: separan las placas reforzadas de las no reforzadas para un procesamiento optimizado.
5. Hornos de reflujo de placas flexibles dedicados: controlan con precisión el calentamiento y el enfriamiento para evitar deformaciones.
6. Precalentadores: aumentan gradualmente la temperatura para garantizar un reflujo controlado.
Equipos de ensamblaje de orificios pasantes:
1. Recubrimiento de orificios pasantes con pasadores: permite la inserción de componentes de orificios pasantes después del ensamblaje SMT en placas de doble cara.
2. Ensamblaje a presión: fija algunos componentes de orificios pasantes sin soldadura.
3.Soldadura robótica: proceso automatizado para una soldadura y una inspección consistentes de componentes con orificios pasantes.
Otros equipos:
1.Sistemas de soldadura por ola de placas flexibles dedicados: garantizan un control preciso de la exposición al calor y el contacto de la soldadura.
2.Sistemas de revestimiento conformado: el recubrimiento por pulverización de precisión o robótico garantiza una aplicación uniforme en placas flexibles.
3.Sistemas de inspección óptica flexible: sistemas avanzados capaces de manejar la deformación de las placas flexibles durante la inspección.
4.Probadores de sondas voladoras: permiten realizar pruebas eléctricas de pistas antes y después de la colocación de componentes.
5.Inspección por rayos X: detecta defectos ocultos, como huecos debajo de los BGA después de la soldadura.
Sistemas de prueba:
1.Accesorios de prueba de lecho de clavos: proporcionan conexiones temporales confiables para probar circuitos flexibles.
2.Probadores de sondas voladoras: sondas automáticas para probar nodos eléctricos sin necesidad de un accesorio de prueba.
3. Bancos de pruebas de placas funcionales: simulan condiciones de carga reales para validar la funcionalidad de la placa.
La selección y el uso adecuados de herramientas y procesos especializados diseñados para materiales flexibles mejoran significativamente la calidad y el rendimiento del ensamblaje.
Desafíos del ensamblaje de PCB flexible
El montaje de circuitos impresos flexibles plantea algunos desafíos únicos que no se encuentran en el montaje de PCB rígido:
Deformación y arrugas
El material delgado y flexible es propenso a deformarse y arrugarse durante las operaciones de montaje:
Causas
1. Gradientes térmicos durante la soldadura
2. Distribución desigual de los componentes
3. Contracción del adhesivo durante el curado
4. Tensiones internas en el material
Soluciones
1. Optimizar las velocidades de calentamiento y enfriamiento durante el reflujo
2. Agregar refuerzos y placas de soporte para soporte
3. Distribuir los componentes de manera uniforme para equilibrar las tensiones
4. Controlar cuidadosamente el proceso de curado del adhesivo
Control de registro y tolerancia
El material de la placa flexible puede contraerse y expandirse, lo que genera problemas de registro incorrecto:
Causas
1. Desajustes del coeficiente de expansión térmica
2. Contracción del material flexible
3. Acumulación de tolerancias en el proceso de montaje
Soluciones
1. Pasadores de herramientas de tolerancia ajustada y accesorios
2. Sistemas de alineación de visión para una colocación precisa
3. Montaje basado en paneles para minimizar la manipulación
4. Placas recortadas con láser después del montaje para mejorar la acumulación de tolerancia
Problemas de soldadura
Puede resultar complicado soldar juntas pequeñas en materiales delgados y flexibles:
Causas
1. Transferencia de calor insuficiente debido al grosor de la placa
2. Acción capilar reducida de la pasta de soldadura
3. Sombreado de las uniones debajo de los componentes
4. Gotas de soldadura a lo largo de los bordes del panel
Soluciones
1. Equipo de soldadura especializado para placas flexibles
2. Optimización de la dispensación de pasta de soldadura
3. Máscaras de soldadura para limitar la propagación de la soldadura
4. Tecnología de calor focalizado para juntas sombreadas
Limpieza y contaminación
Los circuitos flexibles delgados son propensos a la contaminación, lo que puede provocar defectos de montaje:
Causas
1. La textura del material flexible puede atrapar contaminantes
2. Los disolventes de limpieza pueden permanecer debajo de los componentes
3. Los componentes pueden dañarse durante el proceso de limpieza
Soluciones
1. Métodos de limpieza especializados adaptados a las placas flexibles
2. Procesos de limpieza posteriores a la soldadura y al montaje
3. Montaje en un entorno de sala limpia tanto como sea posible Posible
Confiabilidad de las vías
Los orificios pasantes enchapados en placas flexibles son susceptibles a agrietarse:
Causas
1. Las tensiones de flexión pueden propagar grietas en el enchapado
2. Mala adherencia entre el material de base flexible y el cilindro enchapado
3. Exposición a choque térmico durante el ensamblaje
Soluciones
1. Reducir el uso de orificios pasantes y vías enchapados si es posible
2. Optimizar el espesor del enchapado y el tratamiento de la superficie
3. Reforzar las vías con revestimiento conformado.
4. Controlar cuidadosamente las tasas de rampa de temperatura
Defectos en el ensamblaje de PCB flexible
Algunos defectos comunes que se encuentran en los ensamblajes de PCB flexibles son:
Cráteres en la almohadilla: debido a la flexión excesiva de los laminados delgados durante el ensamblaje, la almohadilla puede agrietarse y separarse del cobre base.
Bolas de soldadura: el exceso de soldadura deja bolas de soldadura no deseadas que pueden provocar cortocircuitos.
Uniones sombreadas: los componentes como los conectores pueden hacer sombra en las uniones que se encuentran debajo, lo que impide la formación adecuada de los filetes de soldadura.
Uniones aisladas: cuando una unión de soldadura queda aislada del resto debido a la flexión y desarrolla grietas.
Gotas de soldadura: la soldadura se acumula de manera desigual a lo largo de los bordes de la placa flexible.
Registro incorrecto: componentes colocados incorrectamente debido a la expansión y contracción del material.
Tombstoning: cuando los componentes SMT se colocan en posición vertical debido a un reflujo de soldadura desigual.
Rezumamiento de adhesivo: exceso de adhesivo que sale por debajo de los componentes.
Daños por pliegues: grietas o trazas rotas a lo largo de las líneas de pliegues flexibles.
Grietas pasantes: grietas por tensión en los cilindros de los orificios pasantes revestidos que provocan aberturas.
Contaminación: partículas extrañas alojadas debajo de los componentes o que bloquean el flujo de soldadura.
Muchos de estos defectos se pueden prevenir con procesos de ensamblaje optimizados para placas flexibles e inspección periódica.