En el ensamblaje de PCB, los diseños de circuitos flexibles han ganado una inmensa popularidad debido a su capacidad para encajar en espacios donde las placas rígidas presentan desafíos. Los PCB flexibles y rígido-flexibles ofrecen una solución para dispositivos compactos, pero tienen un inconveniente: las partes flexibles carecen de robustez, lo que las hace susceptibles a daños durante la adición de componentes y la soldadura. Sin embargo, hay una solución a este desafío: la introducción de refuerzos de PCB. Estos componentes esenciales actúan como mecanismos de soporte, asegurando la estabilidad de las secciones flexibles durante los procesos de ensamblaje y soldadura.
¿Qué es el refuerzo en PCB flexible?
Un refuerzo es un material rígido que se agrega a ciertas áreas de un PCB flexible para fortalecerlo. Los PCB flexibles están hechos de materiales delgados y flexibles, que pueden doblarse excesivamente en algunos lugares.
El refuerzo, generalmente hecho de materiales como FR4 o poliimida, se une a la PCB flexible con adhesivos. Agrega rigidez a regiones específicas, lo que ayuda a que la placa de circuito impreso mantenga su forma, soporte los componentes y evite que se doble demasiado durante el uso.
Los refuerzos no son componentes eléctricos, pero brindan soporte mecánico a la placa de circuito impreso durante el ensamblaje. Se utilizan para hacer que ciertas partes de la PCB flexible se vuelvan rígidas cuando sea necesario.
Ventajas de usar refuerzos de PCB
El uso de refuerzos de PCB ofrece varias ventajas, que mejoran el rendimiento general y la confiabilidad de los ensamblajes electrónicos. Estas son las principales ventajas:
Soporte mecánico: Los refuerzos de PCB proporcionan un refuerzo mecánico a la placa de circuito, lo que evita que se doble o se flexione en exceso. Este soporte es especialmente crucial en aplicaciones donde la placa de circuito impreso puede experimentar vibraciones, golpes o estrés físico.
Protección de componentes: Los refuerzos protegen los componentes delicados o pesados, como conectores, circuitos integrados o dispositivos montados en superficie, del daño causado por la flexión o torsión de la PCB flexible. Esto asegura la longevidad y confiabilidad del ensamblaje electrónico.
Estabilidad del conector: Los refuerzos ayudan a mantener la alineación y la estabilidad de los conectores, asegurando conexiones eléctricas confiables y reduciendo el riesgo de conexiones intermitentes o defectuosas.
Rigidez mejorada: Al agregar rigidez a áreas específicas de la PCB flexible, los refuerzos mejoran la integridad estructural general, lo que facilita el manejo del ensamblaje durante los procesos de fabricación e instalación.
Disipación de calor mejorada: En algunos casos, los refuerzos pueden actuar como disipadores de calor, ayudando a disipar el calor de los componentes que lo generan, contribuyendo así a una mejor gestión térmica.
Mayor durabilidad de la tabla: El uso de refuerzos evita que la PCB flexible experimente un desgaste excesivo, lo que da como resultado una vida útil más larga y una mayor durabilidad del sistema electrónico.
Flexibilidad de diseño: Los refuerzos de PCB permiten a los diseñadores incorporar áreas flexibles y rígidas dentro de la misma PCB, ofreciendo un enfoque de diseño versátil que optimiza los requisitos tanto mecánicos como eléctricos.
Solución rentable: Al agregar un refuerzo localizado a una placa de circuito impreso flexible en lugar de utilizar una placa completamente rígida, el costo total de fabricación puede ser menor y al mismo tiempo lograr la estabilidad mecánica deseada.
Rango de aplicación más amplio: Con el uso de refuerzos, los PCB flexibles se pueden aplicar en una gama más amplia de industrias y aplicaciones, incluidas aquellas que exigen una combinación de flexibilidad y rigidez.
Materiales de refuerzo de PCB
Los refuerzos de PCB generalmente usan poliimida, FR-4, acero inoxidable o aluminio como material de construcción. Cada tecnología tiene diferentes características y ventajas y es adecuada para diferentes aplicaciones.
Refuerzos FR-4
FR4 es un material rígido ampliamente utilizado en la fabricación de PCB. Los refuerzos FR4 generalmente están hechos del mismo material laminado de epoxi reforzado con vidrio que se usa para fabricar PCB rígidos.
El propósito principal de usar un rigidizador FR4 es:
Proporcione un soporte plano cuando la placa de circuito flexible se encuentre en los procesos de reflujo y de recogida y colocación
Áreas de soporte con conectores adjuntos
Sostenga las partes donde se insertan los componentes de orificios enchapados para acceder directamente a la placa de soldadura.
Espesor del rigidizador Fr-4: 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm, 1.0 mm, 1.2 mm, 1.5 mm.
Refuerzos de poliimida
Los refuerzos de poliimida están hechos del mismo material flexible que se utiliza en la propia PCB. Son muy adecuados para aplicaciones de PCB flexibles, ya que garantizan que las áreas rígidas permanezcan lo suficientemente flexibles y al mismo tiempo proporcionan el refuerzo necesario.
Un refuerzo de poliimida (PI) se usa comúnmente para aumentar el grosor de los conectores ZIF, ofreciendo soporte completo donde los dedos hacen contacto. Permite tolerancias en el espesor de flexión y contornea el componente en el contacto.
Los refuerzos PI limitan la flexión en áreas específicas de PCB para una fácil instalación en el ensamblaje final, a menudo mejorando las ubicaciones de los orificios para mayor resistencia al desgaste. Se prefieren por su resistencia a la soldadura y su alta fuerza de unión, lo que los hace ideales para la parte posterior de los dedos de oro de inserción en conectores de circuito impreso flexibles. Los refuerzos PI garantizan conexiones seguras y un rendimiento fiable.
Espesor del refuerzo de poliimida: 0.05mm, 0.075mm, 0.1mm, 0.125mm, 0.15mm, 0.2mm, 0.25mm
Refuerzos de aluminio
Los refuerzos de aluminio ofrecen un soporte ligero pero robusto para PCB flexibles. Son particularmente útiles para aplicaciones que requieren disipación de calor ya que el aluminio tiene una buena conductividad térmica.
Espesor de refuerzos de aluminio: 0.2mm, 0.25mm, 0.3mm, 0.35mm, 0.4mm, 0.5mm, 1.5mm
Refuerzos de acero
Los refuerzos de acero son robustos y proporcionan una alta resistencia mecánica. Suelen utilizarse en aplicaciones en las que la placa de circuito impreso debe soportar una tensión o un peso significativos.
Espesor de refuerzos de acero: 0.1 mm, 0.15 mm, 0.2 mm, 0.25 mm, 0.3 mm, 0.35 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 1.5 mm
Elección del refuerzo de PCB adecuado para su diseño
Seleccionar el refuerzo de PCB adecuado es un paso fundamental para garantizar la resistencia mecánica, la confiabilidad y el rendimiento general de un diseño de PCB flexible. Tomar la decisión correcta implica un análisis cuidadoso de los requisitos mecánicos, las opciones de materiales, los métodos de fijación, las necesidades de disipación de calor y las consideraciones eléctricas. Además, el análisis de costos, los factores ambientales y el cumplimiento de los estándares de la industria juegan un papel vital en el proceso de toma de decisiones.
Errores comunes que se deben evitar al usar refuerzos de PCB
Al usar refuerzos de PCB, es esencial tener en cuenta los posibles errores que podrían comprometer el rendimiento y la confiabilidad del ensamblaje de PCB flexible.
El punto más importante de los errores comunes que se deben evitar cuando se usan refuerzos de PCB es asegurar la colocación adecuada y la selección del material para proporcionar el soporte mecánico adecuado y las consideraciones térmicas para una disipación de calor efectiva.
Además, la atención a la conectividad eléctrica, el cumplimiento de los estándares de la industria y la creación de prototipos y las pruebas exhaustivas son cruciales para evitar posibles problemas y garantizar la confiabilidad del ensamblaje de PCB flexible.
Al evitar estos errores comunes y seguir las mejores prácticas en el diseño y ensamblaje de PCB, los ingenieros pueden garantizar que los refuerzos de PCB mejoren de manera efectiva la resistencia mecánica, la estabilidad y la confiabilidad de los PCB flexibles sin presentar problemas o complicaciones no deseados.
Refuerzos de PCB frente a otras técnicas de refuerzo
Los refuerzos de PCB son solo una de varias técnicas utilizadas para reforzar las placas de circuito impreso (PCB) flexibles y mejorar su resistencia mecánica y estabilidad. Comparemos los refuerzos de PCB con otras técnicas de refuerzo comunes:
| Técnica de refuerzo | Ventajas | Contras |
|---|
| Refuerzos de PCB | - Relativamente simple y rentable. | - Puede no ofrecer un refuerzo uniforme en todo el PCB. |
| - Se puede utilizar en áreas específicas específicas. | - Requiere un diseño cuidadoso para evitar interferencias con otros componentes. |
| - No añade peso ni espesor excesivo. | |
| Recubrimientos poliméricos o encapsulado | - Brinda refuerzo integral y protección ambiental. | - Añade peso y grosor a la PCB. |
| - Apto para entornos difíciles. | - Puede requerir pasos adicionales en el proceso de fabricación. |
| - Protege contra la humedad, el polvo y la exposición química. | - Puede limitar la flexibilidad. |
| Cintas de refuerzo o películas adhesivas | - Se puede personalizar para un refuerzo específico. | - Puede que no ofrezca tanto apoyo como los refuerzos. |
| - Relativamente fácil de aplicar. | - Requiere una cuidadosa atención para asegurar una correcta aplicación y adhesión. |
| PCB rígido-flexible | - Ofrece refuerzo mecánico integral y acometidas eléctricas. | - Más complejo y costoso de diseñar y fabricar. |
| - Reduce la complejidad del montaje y ahorra espacio. | - Puede no ser adecuado para todas las aplicaciones. |
| Rastros de conductores reforzados | - Integra el refuerzo directamente en el trazado del circuito. | - Limitado al fortalecimiento de trazos individuales. |
| - Rentable para trazas específicas que requieren más soporte. | - Es posible que no aborde las necesidades generales de estabilidad mecánica. |
Fijación de sus refuerzos a Flex PCB
Cuando se trata de reforzar las placas de circuitos impresos flexibles, los refuerzos de PCB juegan un papel vital para proporcionar soporte mecánico y estabilidad. La unión de estos refuerzos a las PCB flexibles requiere una cuidadosa consideración de las restricciones de diseño y los requisitos de la aplicación. Los dos métodos principales utilizados para la fijación son los adhesivos de unión térmica y las cintas PSA (adhesivo sensible a la presión) de doble cara.
Si bien los adhesivos de unión térmica ofrecen una solución permanente y rentable, ciertas limitaciones de diseño pueden requerir el uso de cintas PSA. Para diseños con necesidades de disipación de calor, los PSA térmicamente conductores se vuelven una necesidad. Es importante tener en cuenta que estos PSA deben aplicarse después del ensamblaje de los componentes, ya que no son adecuados para soportar las temperaturas de reflujo.
| Método de adjunto | Adhesivos sensibles a la presión (PSA) | Unión Térmica |
|---|
| Descripción | Se aplica PSA (cinta de doble cara) al refuerzo, lo que permite una fácil colocación manual y unión a la PCB flexible. | El refuerzo se lamina a la PCB flexible mediante un adhesivo activado térmicamente, lo que crea una unión permanente y duradera. |
| Proceso de ensamblaje | Aplicación manual rápida y sencilla, no requiere curado. | Implica un proceso de calentamiento para activar el adhesivo y crear una unión fuerte. Puede requerir un curado adicional para obtener la máxima resistencia. |
| Reversibilidad | Por lo general, la fijación del PSA es reversible, lo que permite reposicionarlo o reemplazarlo. | La unión térmica da como resultado una unión permanente, lo que dificulta quitar o reposicionar el refuerzo. |
| Fuerza mecánica | Adecuado para muchas aplicaciones, pero puede que no ofrezca el mismo nivel de estabilidad mecánica que la unión térmica. | Proporciona un excelente soporte mecánico, mejorando la rigidez y durabilidad de la PCB flexible. |
| Disipación de calor | Las cintas PSA con propiedades termoconductoras se pueden utilizar para necesidades de disipación de calor. | Los adhesivos activados térmicamente pueden facilitar la transferencia de calor, mejorando las capacidades de disipación de calor. |
| Costo | Costo relativamente más bajo debido a la aplicación simplificada y los gastos de material. | Costo ligeramente más alto debido al proceso adicional de calentamiento y curado. |
| Consideraciones de aplicación | Ideal para diseños con iteraciones de diseño o prototipos que pueden requerir reposicionamiento o remoción del refuerzo. | Adecuado para aplicaciones en las que se necesita una unión sólida y permanente, especialmente en entornos difíciles o de alta tensión. |
| Conductividad eléctrica | Se puede seleccionar con propiedades conductoras si se requiere continuidad eléctrica. | El adhesivo utilizado puede o no ofrecer conductividad eléctrica; pueden ser necesarias medidas separadas para las conexiones eléctricas. |
| Consideraciones Ambientales | Puede requerir una cuidadosa atención a los factores ambientales como la temperatura y la humedad que afectan las propiedades del adhesivo. | El proceso de unión térmica puede tener requisitos ambientales específicos para un curado y unión adecuados. |
Diferencia entre PCB rígido-flexible y rígido
Los PCB flexibles rígidos y los PCB flexibles rígidos son dos tipos de circuitos híbridos que incorporan elementos rígidos y flexibles.
Los PCB flexibles rígidos utilizan un PCB flexible unido con un refuerzo FR4 para brindar soporte mecánico en ubicaciones específicas, lo que fortalece la rigidez durante el ensamblaje. Por el contrario, las PCB rígido-flexibles combinan sustratos rígidos y flexibles con trazas en ambas partes, conectadas a través de orificios para establecer conexiones eléctricas en lugar de brindar soporte mecánico.
Los PCB flexibles rígidos no tienen rastros en la parte rígida, mientras que los PCB flexibles rígidos tienen rastros en los segmentos rígidos y flexibles para la conectividad eléctrica. Estas distinciones hacen que cada tipo sea adecuado para diferentes aplicaciones en función de sus requisitos mecánicos y eléctricos únicos.
Conclusión
Los refuerzos de PCB son componentes cruciales para mejorar la resistencia mecánica y la estabilidad de las placas de circuito impreso flexibles. Proporcionan un refuerzo específico en áreas específicas, evitando que se doblen o flexionen excesivamente durante el montaje y el uso. La correcta selección y aplicación de refuerzos puede mejorar significativamente la confiabilidad y durabilidad de los ensamblajes electrónicos, asegurando un rendimiento óptimo incluso en entornos desafiantes.
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