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Con el rápido desarrollo y continua evolución de productos electrónicos, la innovación y la flexibilidad se han convertido en palabras clave para los diseñadores. Para satisfacer las crecientes demandas, los PCB rígidos tradicionales ya no satisfacen completamente los requisitos de diseño de diversos dispositivos electrónicos complejos. En este contexto, los tableros rígido-flexibles han surgido como un componente crucial en el diseño innovador de la nueva era, gracias a sus características y ventajas únicas.

¿Qué es un tablero rígido-flexible?

El tablero rígido-flexible es una tecnología innovadora cada vez más común en dispositivos electrónicos. La aparición y desarrollo de FPC y PCB han dado lugar a la creación de este nuevo producto, que combina tableros flexibles y rígidos. A través de procesos como la laminación, el tablero de circuito flexible y el tablero de circuito rígido se combinan según los requisitos tecnológicos relevantes, dando lugar a una combinación de las características de los tableros rígidos y los circuitos flexibles.

Esta combinación proporciona una estabilidad mecánica y confiabilidad sólidas, así como flexibilidad y adaptabilidad. La llegada de los tableros rígido-flexibles ha cambiado el diseño y la aplicación de los tableros de circuito rígidos tradicionales, brindando muchas nuevas oportunidades y desafíos a la industria electrónica. En comparación con los tableros de circuito rígidos tradicionales, los FPCBs tienen ventajas significativas en cuanto a forma, peso y utilización del espacio. Esto brinda a los diseñadores una mayor libertad, permitiéndoles lograr diseños de productos más innovadores y precisos.

Tipos comunes de tablero rígido-flexible

Tipo 1: Tablero Flexible-Rígido. Un PCB flexible y un PCB rígido se unen sin conexiones a través de orificios metalizados (PTH), y el número de capas es más de una.

Flexible-Rigid board

Tipo 2: Tablero Flexible-Rígido Multicapa. Este tipo tiene orificios metalizados (PTH) e incluye más de dos capas de conductores.

Una moneda tiene dos caras, y el tablero rígido-flexible no es una excepción. Primero, discutamos las ventajas de los tableros rígido-flexibles.

Ventajas de la placa rígido-flexible

Flexibilidad: Con su diseño y proceso de fabricación único, las placas flexibles rígido-flexibles (FPCBs) demuestran una excelente flexibilidad y adaptabilidad. Estas placas pueden doblarse, plegarse o flexionarse para obtener la forma deseada y cumplir con diversos requisitos de diseño de productos. Por ejemplo, al diseñar teléfonos inteligentes o dispositivos portátiles, las FPCBs pueden doblarse y moldearse libremente para adaptarse a formas complejas. Esta flexibilidad brinda a los diseñadores una mayor libertad para crear productos más intrincados y elegantes.

La flexibilidad de la placa rígido-flexible la convierte en una elección ideal para el diseño de dispositivos portátiles. Por ejemplo, dispositivos como relojes inteligentes, monitores de salud y gafas inteligentes deben adaptarse a diferentes tamaños y formas de muñecas, cuerpos o rostros. La flexibilidad y maleabilidad de las placas rígido-flexibles permiten que estos dispositivos se ajusten cómodamente a los contornos del cuerpo del usuario, proporcionando una experiencia de uso confortable.

wearable device

Las placas rígido-flexibles desempeñan un papel crucial en el diseño de pantallas curvas. Dispositivos modernos como teléfonos inteligentes, televisores y pantallas automotrices adoptan cada vez más diseños curvos para ofrecer una mejor experiencia visual. La flexibilidad de las placas permite que la pantalla se curve sin necesidad de conectores rígidos, lo que permite diseños curvos sin interrupciones.

La adaptabilidad de las placas rígido-flexibles las convierte en un componente esencial de dispositivos plegables. Por ejemplo, productos como teléfonos inteligentes plegables y tabletas plegables requieren que el circuito mantenga la conectividad al abrirse y cerrarse. El diseño de estas placas permite que el circuito se doble y pliegue de manera suave, facilitando transiciones sin interrupciones entre las diferentes formas del dispositivo mientras se mantienen conexiones eléctricas confiables.

foldable devices

La flexibilidad y adaptabilidad de las placas rígido-flexibles ofrecen soluciones innovadoras para el diseño de sistemas electrónicos automotrices. Los dispositivos electrónicos en automóviles deben adaptarse a espacios estrechos y formas complejas, al mismo tiempo que resisten factores ambientales como las vibraciones automotrices y las variaciones de temperatura. La flexibilidad de las placas rígido-flexibles permite que los circuitos se instalen de manera compacta en varios componentes del vehículo con formas diferentes, al tiempo que proporcionan conexiones eléctricas confiables.

automotive electronic systems

Desde dispositivos portátiles hasta pantallas curvas, pasando por dispositivos plegables y sistemas electrónicos automotrices, la flexibilidad y adaptabilidad de las placas rígido-flexibles permiten que los productos electrónicos se adapten a diferentes formas, tamaños y condiciones ambientales, brindando una experiencia y funcionalidad mejoradas al usuario.

Además, las placas rígido-flexibles también ofrecen una mayor confiabilidad. En comparación con las placas rígidas tradicionales, las rígido-flexibles eliminan conectores o conexiones enchufables, lo que reduce los posibles puntos de falla. Este diseño también reduce los problemas de conectividad entre circuitos y el riesgo de ruido eléctrico, lo que proporciona un dispositivo electrónico más estable y confiable.

En el campo aeroespacial, las placas rígido-flexibles se utilizan ampliamente en equipos como aviones y satélites. Estos dispositivos enfrentan condiciones de funcionamiento difíciles, que incluyen altas temperaturas, bajas temperaturas, vibraciones e impactos. La resistencia a altas temperaturas de las placas rígido-flexibles les permite funcionar de manera estable en entornos de alta temperatura y mantener la confiabilidad de las conexiones del circuito.

Al mismo tiempo, su resistencia a las vibraciones e impactos les permite resistir las intensas vibraciones e impactos experimentados durante el vuelo, asegurando el funcionamiento normal del equipo electrónico.

En dispositivos médicos como marcapasos, sensores implantados y dispositivos médicos portátiles, la confiabilidad de las placas rígido-flexibles es crucial. Estos dispositivos deben operar de manera estable durante períodos prolongados, al mismo tiempo que requieren durabilidad y resistencia a la corrosión. El diseño y selección de materiales especiales de las placas rígido-flexibles les permiten adaptarse a los cambios en el entorno del cuerpo y resistir la influencia de los fluidos corporales y productos químicos. Esto asegura la confiabilidad y estabilidad a largo plazo de los dispositivos médicos.

Los sistemas de control industrial a menudo enfrentan entornos de trabajo difíciles, que incluyen alta humedad, gases corrosivos y vibraciones, entre otros. Las placas rígido-flexibles se utilizan ampliamente en estos sistemas para cumplir con los requisitos de confiabilidad y durabilidad. Los materiales especiales y las medidas de protección de las placas rígido-flexibles les permiten resistir la intrusión de humedad en entornos de alta humedad, al mismo tiempo que proporcionan resistencia a la corrosión y a la oxidación.

Además, la resistencia a las vibraciones de las placas rígido-flexibles asegura el funcionamiento normal del sistema en entornos de vibración, evitando interrupciones o malfuncionamientos del circuito.

Otro factor que hace que las placas rígido-flexibles sean populares es su eficiencia espacial. Debido a su flexibilidad y diseño delgado, ocupan menos espacio en dispositivos electrónicos compactos. Esto es crucial para dispositivos electrónicos de consumo modernos, como teléfonos inteligentes, tabletas y dispositivos portátiles. El uso de placas rígido-flexibles hace que los dispositivos sean más delgados y livianos, al tiempo que cumplen con los requisitos de conectividad de circuitos complejos.

En los teléfonos inteligentes modernos, el espacio es crucial. El uso de placas rígido-flexibles permite diseños de teléfonos más compactos y livianos. Estas placas pueden doblarse y plegarse según la forma del teléfono, adaptándose a diversos espacios estrechos e integrándose estrechamente con otros componentes electrónicos. Las placas rígido-flexibles pueden conectar diferentes módulos dentro del teléfono, como la pantalla, la cámara, la batería y el panel táctil, lo que da como resultado una estructura de dispositivo más compacta y conexiones eléctricas estables.

Las placas rígido-flexibles también se utilizan ampliamente en el campo de los dispositivos portátiles. Las placas rígidas tradicionales no pueden cumplir con los requisitos de dispositivos portátiles, ya que necesitan adaptarse a la curvatura y el movimiento del cuerpo humano. Las placas rígido-flexibles pueden doblarse, plegarse y enrollarse para ajustarse a la forma de la muñeca, el brazo u otras partes del cuerpo. Esto hace que los dispositivos portátiles sean más cómodos y reduce el espacio ocupado en el cuerpo.

En el campo de la electrónica automotriz, la eficiencia espacial es uno de los factores clave. El uso de placas rígido-flexibles permite módulos electrónicos automotrices más compactos, liberando más espacio para otras funciones y diseños. Por ejemplo, en el tablero del automóvil, las placas rígido-flexibles pueden conectar varios instrumentos y pantallas de manera compacta, reduciendo los requisitos de espacio para el cableado. Además, las placas rígido-flexibles pueden doblarse y adaptarse a las superficies curvas del interior del vehículo, lo que permite una mejor utilización del espacio.

Los dispositivos médicos a menudo necesitan acomodar múltiples componentes electrónicos y sensores dentro de un espacio limitado. La aplicación de placas rígido-flexibles permite un diseño más compacto de los dispositivos médicos, lo que ahorra espacio. Por ejemplo, en instrumentos médicos implantables, las placas rígido-flexibles pueden doblarse y flexionarse para adaptarse a la forma del instrumento y establecer conexiones confiables con otros componentes. Como resultado, los instrumentos médicos pueden adaptarse mejor al entorno interno del paciente y proporcionar monitoreo y tratamiento médico precisos.

Las placas rígido-flexibles son muy apreciadas por su excelente confiabilidad y durabilidad. Estas placas reciben un tratamiento especial y poseen características como resistencia a las vibraciones, resistencia a los impactos y resistencia a altas temperaturas. Esto las hace altamente adecuadas para aplicaciones que requieren alta confiabilidad y estabilidad, como aeroespacial, dispositivos médicos y sistemas de control industrial. Las placas rígido-flexibles también pueden operar en condiciones ambientales difíciles, como alta humedad, temperaturas extremas y corrosión química, sin perder rendimiento ni causar fallas.

Después de discutir las ventajas, veamos las desventajas de las placas rígido-flexibles.

Las desventajas de las placas rígido-flexibles

A pesar de tener numerosas ventajas, el proceso de fabricación de placas de circuito impreso flexibles es complejo. En comparación con las placas rígidas tradicionales, la fabricación de placas rígido-flexibles requiere mayores exigencias técnicas y equipos de fabricación especializados. Esto puede resultar en un proceso de fabricación más costoso y que consume más tiempo. Además, la fabricación de placas rígido-flexibles implica múltiples procesos y la combinación de diferentes materiales, lo que puede aumentar la dificultad del control de calidad durante el proceso de fabricación.

Tengamos una breve comprensión del proceso de producción de placas rígido-flexibles y, al elegir un fabricante, debemos seleccionar uno que disponga tanto de equipos de producción de placas flexibles (FPC) como de equipos de producción de placas de circuito impreso (PCB).

En primer lugar, los ingenieros electrónicos dibujan el circuito y el contorno de las placas rígido-flexibles según los requisitos.

A continuación, los dibujos se envían al fabricante de producción, donde los ingenieros de CAM procesan los archivos.

En tercer lugar, la línea de producción de placas fabrica las placas rígido-flexibles requeridas, y la línea de producción de PCB produce los PCB necesarios.

En cuarto lugar, después de que las placas flexibles y rígidas se producen, se unen de forma continua mediante una máquina laminadora, siguiendo los requisitos especificados en los dibujos.

Finalmente, a través de una serie de procesos detallados, se fabrica el producto final, la placa combinada rígido-flexible.

En el proceso de fabricación de placas rígido-flexibles, es necesario seleccionar y manejar diferentes tipos de materiales. Por ejemplo, las partes flexibles suelen utilizar una película de poliimida (PI) como sustrato, mientras que las partes rígidas pueden utilizar FR4 u otros sustratos rígidos. Esto implica comprender y seleccionar diferentes propiedades de los materiales para asegurar que puedan ser compatibles y funcionar de manera confiable en conjunto durante el proceso de fabricación y la aplicación final.

Las placas rígido-flexibles suelen estar compuestas por múltiples capas de materiales, incluidas combinaciones laminadas de partes rígidas y flexibles. Durante el proceso de fabricación, se requieren pasos precisos de laminación y unión para asegurar la calidad de adhesión y conexión entre las diferentes capas de materiales. Esto puede implicar el uso de equipos de unión de precisión y el control de los parámetros de laminación para garantizar la confiabilidad y consistencia entre cada capa.

La flexibilidad de la placa proviene de su capacidad para doblarse y conformarse a la forma deseada. Durante el proceso de fabricación, se requieren operaciones precisas de doblado y conformado para asegurar que la placa mantenga su rendimiento eléctrico y confiabilidad después de doblarse. Esto puede implicar el uso de equipos y moldes especializados, así como parámetros de control precisos para evitar un exceso de tensión y daños.

Durante el proceso de fabricación de placas rígido-flexibles, el diseño de cableado y circuitos también se vuelve más complejo. Debido a las capacidades de doblado y plegado de la parte flexible, es necesario considerar restricciones en las rutas de circuitos y las reglas de cableado. Los diseñadores deben determinar las rutas óptimas para las conexiones del circuito y adherirse a las limitaciones de radio de curvatura mínimo para garantizar la confiabilidad y estabilidad de las conexiones del circuito.

Se requiere un estricto control de calidad y pruebas en el proceso de fabricación de placas. Debido a la combinación de múltiples materiales y capas involucradas, los desafíos del control de calidad aumentan. Los fabricantes deben asegurar la calidad de cada paso de fabricación, como el procesamiento de materiales, la calidad de laminación, la precisión del doblado y conformado, y la confiabilidad de las conexiones del circuito. Esto puede requerir el uso de equipos de detección de alta precisión y técnicas, como inspección por rayos X, detección infrarroja y pruebas de rendimiento eléctrico.

Las placas rígido-flexibles tienen ciertas limitaciones en algunos aspectos de diseño, lo que puede ser una razón por la que algunas personas no las prefieren. Por ejemplo, las placas rígido-flexibles tienen ciertas restricciones en las reglas de cableado, especialmente en las conexiones de circuitos y la transmisión de señales. Además, las placas rígido-flexibles suelen tener limitaciones en el radio mínimo de flexión, lo que significa que se deben considerar restricciones de curvatura durante el proceso de diseño. Estas limitaciones pueden representar desafíos para ciertas aplicaciones específicas y diseños innovadores, lo que requiere que los diseñadores ponderen cuidadosamente los pros y los contras durante el proceso de diseño.

Debido a la complejidad del diseño y fabricación de placas rígido-flexibles, repararlas o reemplazarlas puede ser más desafiante. Si una placa presenta un mal funcionamiento o requiere ser reemplazada, puede requerir la intervención de técnicos especializados para su reparación. Además, debido al diseño único y personalizado de las placas rígido-flexibles, es posible que se incurra en tiempos de reparación más largos y costos más altos.

Aplicaciones de placas rígidas-flexibles

Las placas rígidas-flexibles tienen una amplia gama de aplicaciones, como en smartphones de alta gama como el iPhone, auriculares Bluetooth de alta gama (que requieren transmisión de señal a distancia), dispositivos portátiles inteligentes, robots, drones, pantallas curvas, equipos industriales de control de alta gama, satélites aeroespaciales y más. A medida que los dispositivos inteligentes continúan desarrollándose hacia una mayor integración, diseño ligero y miniaturización, y con los nuevos requisitos de producción personalizada traídos por la Industria 4.0, las placas rígidas-flexibles ofrecen tanto la estabilidad de las placas rígidas como la capacidad de ser ensambladas tridimensionalmente, lo que las hace altamente prometedoras.

En 2019, el tamaño del mercado global de placas rígidas-flexibles fue de aproximadamente 1.66 mil millones de dólares estadounidenses, representando solo alrededor del 2.8% del mercado global de placas de circuito en general. Sin embargo, productos como smartphones, auriculares inalámbricos, drones, automóviles, dispositivos de realidad aumentada/virtual, etc., experimentaron las tasas de crecimiento más altas en 2019. Con el creciente número de aplicaciones posteriores, las placas rígidas-flexibles siguen siendo uno de los productos más prometedores con potencial de crecimiento en 2020. Se estima que el valor del mercado global de placas rígidas-flexibles alcanzará los 2.3 mil millones de dólares estadounidenses en 2022, representando aproximadamente el 3.3% del valor de producción global de placas de circuito.

Las aplicaciones en dispositivos móviles fueron el mercado más grande de placas de software y hardware integradas en 2019, representando aproximadamente el 43% del mercado general de placas de software y hardware integradas. Las aplicaciones como lentes de cámara, conexiones de señal de pantalla y módulos de batería para smartphones han aumentado significativamente la demanda de placas de software y hardware integradas. En particular, la aplicación de lentes de cámara para smartphones ha experimentado un aumento significativo debido a la tendencia de smartphones con múltiples cámaras de diversas marcas. Este aumento tanto en la cantidad como en el precio unitario promedio de las placas de software y hardware integradas contribuirá a una mayor participación en el mercado de aplicaciones para dispositivos móviles.

El desarrollo de placas de software y hardware integradas para lentes de teléfonos móviles se impulsa principalmente por los requisitos de ligereza, delgadez y alta densidad de las lentes de smartphones, todos los cuales requieren el uso de placas de software y hardware integradas. Además, se tienen en cuenta factores como la posición de colocación, la orientación, la interferencia de señales, la disipación de calor y los requisitos de especificación. Además, algunas lentes adoptan un diseño de estructura similar a un periscopio debido a los requisitos de zoom óptico, lo que aumenta aún más las estrictas limitaciones espaciales para las lentes de smartphones. Como resultado, han surgido diversas formas en términos de apariencia, lo que impone demandas más rigurosas a las placas de software y hardware integradas, y amplía su ámbito de aplicación.

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