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Las placas Rigid-Flex son diseños innovadores de circuitos impresos que poseen tanto rigidez como flexibilidad. Este artículo presentará los pasos de fabricación y puntos clave de las placas Rigid-Flex para ayudar a los lectores a comprender cómo producir estas placas de circuito flexibles.

The combination of rigid-flex boards

Producir placas Rigid-Flex implica varios pasos y técnicas de fabricación especializadas.

El primer paso en la producción de placas Rigid-Flex es el diseño y la planificación. Esto implica determinar las ubicaciones de las áreas rígidas y flexibles en la placa, la posición de las pistas y los conectores, la planificación de las capas de señal y energía, entre otros aspectos. Se utiliza software profesional de diseño de circuitos como Altium Designer o Cadence Allegro para diseñar y garantizar el cumplimiento de los requisitos y especificaciones del diseño del circuito.

La combinación de placas rígidas-flexibles

El siguiente paso es la selección del material del sustrato. La combinación de placas rígidas-flexibles se logra mediante el enlace de una placa flexible (FCCL) y una placa rígida (FR4) juntas usando un adhesivo.

a flexible board (FCCL) and a rigid board (FR4) together using an adhesive.

1.La sección de placa flexible se compone de dos partes: el sustrato de placa flexible y la película de cubierta. El sustrato de la placa flexible se puede dividir además en dos tipos: basado en adhesivo y sin adhesivo.

El sustrato basado en adhesivo está compuesto por adhesivo, lámina de cobre y PI (poliimida). Tiene una baja confiabilidad y propiedades de flexión.

El sustrato sin adhesivo está compuesto por PI (poliimida) y lámina de cobre. Tiene una buena confiabilidad y propiedades de flexión.

La película de cubierta está compuesta por PI y agentes de unión. Los agentes de unión incluyen adhesivo acrílico y adhesivo de resina epoxi.

2.Sección de adhesivo: La sección de adhesivo consiste en hojas semicuradas no fluibles (PP sin flujo, abreviado como NF) y adhesivo puro (adhesivo acrílico).

NF: Compuesto de resina epoxi, fibras de vidrio y cargas, NF tiene un desbordamiento mínimo de adhesivo y se utiliza para unir selectivamente productos.

Adhesivo puro: Comúnmente conocido como «adhesivo acrílico» o referido científicamente como «ácido acrílico». Tiene buena flexibilidad pero un coeficiente de expansión térmica relativamente grande, utilizado principalmente para laminar múltiples capas de placas flexibles.

3.Para la sección de placa rígida, los materiales comúnmente utilizados incluyen FR4, KB y Shengyi.

La producción de tableros rígidos-flexibles

The production of rigid-flex boards

Después de seleccionar los materiales, pasamos a la fase de producción de placas rígido-flexibles. El primer paso es crear la porción rígida de la placa. Esto implica procesos como perforar agujeros, plateado a través de agujeros, plateado de cobre, grabado y aplicación de máscara de soldadura, similar a la fabricación estándar de PCB.

De acuerdo con los requisitos de diseño, se realizan operaciones de perforación en la placa rígida. Estos agujeros se utilizan para la instalación de componentes, establecer interconexiones y proporcionar vías eléctricas. La perforación puede realizarse utilizando una máquina de perforación o una máquina de perforación láser. Después de la perforación, se platea una fina capa de cobre en las paredes internas de los agujeros mediante electroplateado a través de agujeros.

Esto se hace para asegurar que las paredes internas de los agujeros sean conductoras para futuras conexiones eléctricas. Una capa de cobre se recubre en toda la superficie de la placa rígida para formar una capa conductora. Esta capa de cobre sirve como base del circuito, conectando varios componentes y vías de interconexión.

A través de un proceso de grabado, las partes no pertenecientes al circuito que están cubiertas por la capa de cobre se eliminan, dejando solo los cables y trazas requeridos para el circuito. Esto crea el patrón del circuito. Después del grabado, se aplica una máscara de soldadura como capa protectora sobre la capa de cobre para evitar conexiones no deseadas.

Después de completar los pasos anteriores, la fabricación de la parte rígida del circuito está prácticamente terminada. A continuación, se laminará el material flexible seleccionado sobre una película o sustrato de liberación para preparar el sustrato flexible. Se utilizará una técnica similar a la fabricación de PCB, que implica la aplicación de una capa de cobre y procesos de patroneo.

Las capas rígidas y flexibles se alinearán y unirán con precisión. Este paso puede requerir el uso de adhesivos, calor y presión para formar una fuerte unión entre las capas.

Se crearán vias para establecer conexiones eléctricas entre las capas rígidas y flexibles. Esto se puede lograr mediante procesos como la perforación láser o mecánica de microvias, según los requisitos de diseño.

Se instalan componentes en la porción rígida de la placa utilizando tecnología de montaje superficial estándar (SMT) o tecnología a través de agujeros. Al colocar componentes cerca del área de flexión, se debe prestar especial atención para asegurarse de que puedan soportar la flexión.

Una vez instalados los componentes, la porción flexible de la placa puede doblarse y formarse según la forma deseada. Esto se logra típicamente mediante el uso de equipos especializados que aplican presión y calor controlados para crear los puntos de flexión deseados.

El ensayo de tableros rígidos-flexibles

rigid-flex boards

Finalmente, se llevan a cabo pruebas e inspecciones exhaustivas para garantizar la funcionalidad y confiabilidad de las placas rígido-flexibles. Esto incluye pruebas de estrés térmico, pruebas de choque térmico, pruebas de humedad y resistencia a la intemperie, pruebas de resistencia a voltaje, pruebas de resistencia al pelado, pruebas de tracción y pruebas de flexión.

Prueba de Estrés Térmico

Propósito de la Prueba: Evaluar el impacto del estrés térmico en la calidad de unión y la integridad del recubrimiento de la placa rígido-flexible terminada después del horneado y el choque a alta temperatura.

Equipamiento de Prueba: Horno, baño de soldadura

Método de Prueba: Colocar la placa rígido-flexible en el horno para hornear de acuerdo a las especificaciones del cliente. Si no hay instrucciones específicas, seguir las normas IPC y hornear a 120°C durante un mínimo de 2 horas. Usar pinzas para sacar la placa de prueba del horno y colocarla en un soporte para que se enfríe a temperatura ambiente.

Aplicar Flux en ambos lados de la placa de prueba, sujetarla con las pinzas y someterla a pruebas de estrés térmico sumergiéndola en soldadura fundida en la superficie del baño de soldadura. La temperatura de estrés térmico debe mantenerse a 288±5°C durante 10+1/-0 segundos, repetido 3 veces (o según lo especificado por el cliente).

Criterios de Aceptación: No se permite la presencia de delaminación o ampollas, según IPC-TM-650268.

Pruebas de Choque Térmico Caliente y Frío

Propósito de la Prueba: Evaluar la calidad del recubrimiento y la estructura del material de las placas rígido-flexibles bajo choques cíclicos de alta y baja temperatura.

Instrumentos de Prueba: A) Cámara de choque térmico B) Microóhmetro C) Microscopio Metalográfico

Método de Prueba: Identificar los circuitos conductores a probar en la placa de prueba y medir su resistencia utilizando un microóhmetro. Colocar la placa de prueba en la cámara de choque térmico y someterla a las condiciones especificadas, ya sea de acuerdo a los requisitos del cliente o a las normas IPC, en un rango de temperatura de -55°C a 125°C durante 15 minutos, con 100 ciclos. Después de la prueba, permitir que la placa vuelva a temperatura ambiente y medir la resistencia de conductividad utilizando un microóhmetro.

Criterios de Aceptación: Según IPC-TM-6502672, el aumento porcentual de la resistencia de la placa de prueba después de la prueba no debe exceder el 10% ((después de la prueba – antes de la prueba) / antes de la prueba * 100); no debe haber delaminación o grietas visibles en el análisis transversal.

Pruebas de Resistencia a la Humedad e Insulación

Propósito de la Prueba: Evaluar la influencia de la alta temperatura y humedad en la resistencia de aislamiento de la placa rígido-flexible terminada.

Equipamiento de Prueba: A) Horno de temperatura constante B) Megóhmetro

Método de Prueba: Colocar la muestra de la placa de prueba en el horno y hornearla a (50±5°C, 3 horas), luego sacarla y permitir que se enfríe a temperatura ambiente. Colocar la placa rígido-flexible de prueba en la cámara de temperatura y humedad constante y aplicar un voltaje de 100±10VDC. Medir la resistencia de aislamiento de la placa de prueba utilizando un megóhmetro (voltaje de medición: 500VDC).

Configurar la temperatura y humedad y poner en marcha la máquina de temperatura y humedad constante (condiciones basadas en las especificaciones del cliente o IPC: temperatura: 50±5°C, humedad: 85~93%RH, duración: 7 días). Después de completar la prueba, colocar la placa rígido-flexible de prueba a temperatura ambiente y medir su resistencia de aislamiento dentro de 1-2 horas, registrando el valor medido.

Criterios de Aceptación: Según IPC-TM-650263IPC-6012-294&2.10.1, la resistencia de aislamiento debe ser ≥500MΩ antes de la prueba y ≥100MΩ después de la prueba.

Prueba de Resistencia al Voltaje

Propósito de la Prueba: Determinar el voltaje mínimo al cual se penetra el aislamiento entre las trazas de la placa rígido-flexible.

Equipamiento de Prueba: Máquina de pruebas de alto voltaje

Método de Prueba: Colocar la placa rígido-flexible en un horno y hornearla a una temperatura de 49-60°C durante un mínimo de 3 horas. Retirar la placa y dejarla enfriar a temperatura ambiente. Encender el probador de resistencia al voltaje y seguir las condiciones de prueba del cliente o del IPC (voltaje de prueba: 500+15/-0VDC, duración de la prueba: 30+3/-0 segundos, corriente de fuga: 0.5mA).

Criterios de Evaluación: Según IPC-TM-650257, después de una prueba de 30 segundos, una luz verde indica un resultado satisfactorio (OK), mientras que una luz roja indica un fallo (NG).

Prueba de Pelado

Propósito de la Prueba: Probar la resistencia de adherencia de S/M, tinta y recubrimiento en la superficie de cobre para su calificación.

Equipamiento de Prueba: Cinta 3M (Modelo 600, ancho de 0.5 pulgadas)

Método de Prueba: Cortar aproximadamente 2 pulgadas de cinta 3M y pegarla en la placa. Luego, con guantes, presionar la cinta firmemente, eliminando cualquier burbuja de aire. Tirar rápidamente de la cinta en dirección horizontal, paralela a la placa rígido-flexible de prueba (la cinta debe ser presionada y tirada en un plazo de 1 minuto).

Criterios de Aceptación: Según IPC-TM-65024.281&241, inspeccionar visualmente la cinta que se despega. No deben quedar residuos de S/M, tinta o recubrimiento en la cinta.

Prueba de tracción

Propósito de la prueba: Evaluar la adherencia entre el PP (polipropileno) y el papel de cobre.

Equipo de prueba: Máquina de prueba de tracción.

Método de prueba: Medir el ancho de la línea a ser sometida a tracción y seleccionar una línea que esté al menos a 1″ del borde de la placa y tenga un ancho de al menos 0.125″. Usar una pistola de calor para calentar el extremo frontal de la línea a ser probada y raspar la línea con una rasqueta aproximadamente 0.5″ de longitud. Fijar el extremo raspado de la línea y realizar una prueba de tracción (a un ángulo de 90 ± 5 grados) a una velocidad de al menos 2 pulgadas por minuto hasta alcanzar una longitud de al menos 1″.

Criterios de evaluación: Según IPC-TM-650248&24.81, las especificaciones de la placa terminada deben ser iguales o superiores a 6 lb/pulgada (1 lb = 0.454 kg).

Sustrato: A) 1/3 oz > 5 lb/pulgada, B) 0.5 oz > 6 lb/pulgada, C) 1 oz > 8 lb/pulgada, D) 2 oz > 10 lb/pulgada.

Prueba de flexión

Propósito de la prueba: Evaluar el rendimiento de flexión dinámica de la FPC (Circuito Impreso Flexible) y asegurar la estabilidad de la transmisión eléctrica y de señales durante el uso dinámico.

Instrumento de prueba: Máquina de prueba de flexión.

Método de prueba: Soldar los cables a ambos extremos del circuito de la muestra de prueba y asegurarlos a la máquina de prueba de flexión.

Configurar los parámetros de prueba de flexión según las especificaciones del cliente o los estándares IPC: el diámetro interno de la flexión recíproca es de 2.0 ± 0.2 mm, el recorrido del movimiento recíproco es de 120 + 5 mm y la velocidad de prueba es de 100 RPM. Se cuentan el número de flexiones hasta que ocurra una interrupción de corriente (la tasa de cambio de impedancia debe medirse durante la prueba).

Norma de prueba: Basada en IPC-TM-65024.3.

Finalmente, realizamos el acabado final en la placa rígido-flexible, lo que incluye el tratamiento de superficie final y el recubrimiento protector, como la máscara de soldadura, el tratamiento de superficie y el sellado.

Durante la etapa final de acabado de la producción de placas rígido-flexibles, se requieren el tratamiento de superficie y la aplicación de recubrimientos protectores para proporcionar protección y mejorar la soldabilidad.

Máscara de soldadura: La máscara de soldadura es un recubrimiento protector aplicado a una placa de circuito para cubrir y proteger áreas que no requieren soldadura, como trazas de circuito y pads metálicos. Suele ser una capa verde de recubrimiento, pero también puede ser de otros colores como rojo, azul o blanco. La máscara de soldadura ayuda a prevenir cortocircuitos e interferencias eléctricas, a la vez que proporciona una capa adicional de protección.

Acabado de superficie: El acabado de superficie se refiere a la aplicación de un recubrimiento o chapado en la superficie metálica de una placa de circuito para mejorar su resistencia a la corrosión, soldabilidad y características eléctricas. Los métodos comunes de acabado de superficie incluyen:

Nivelado de Soldadura con Aire Caliente (HASL): Este es un método común de tratamiento de superficie que implica la aplicación de una capa de soldadura fundida en la superficie metálica y luego eliminar el exceso de soldadura utilizando un chorro de aire.

Niquelado por Inmersión en Oro Electroless (ENIG): Este método de tratamiento de superficie implica la deposición secuencial de una capa de níquel y una capa de oro en la superficie metálica. Proporciona buena planicidad, soldabilidad y resistencia a la corrosión, lo que lo hace adecuado para circuitos de alta precisión.

Preservativo Orgánico de Soldabilidad (OSP): Este método de tratamiento de superficie forma una capa protectora orgánica en la superficie metálica, proporcionando protección y resistencia a la corrosión. La capa OSP debe aplicarse poco antes de la soldadura, ya que no posee la estabilidad a largo plazo de otros métodos de tratamiento de superficie.

Recubrimiento Conformal: En áreas críticas de partes flexibles y placas de circuito, se puede aplicar una capa de recubrimiento conformal para proporcionar protección adicional. El recubrimiento conformal suele ser una capa transparente que se aplica a la placa de circuito para cubrir y proteger los componentes electrónicos, las uniones de soldadura y las líneas de trazado. Este recubrimiento ayuda a prevenir daños a la placa de circuito por humedad, polvo, productos químicos y otros factores ambientales, al tiempo que proporciona aislamiento y resistencia a la corrosión.

Estos pasos finales de ensamblaje contribuyen a la durabilidad, confiabilidad y estabilidad de las placas rígido-flexibles. Al aplicar máscara de soldadura, tratamiento de superficie y recubrimientos sellantes, se puede prolongar la vida útil de las placas de circuito, proporcionando capas adicionales de protección para adaptarse a diversas condiciones ambientales.

Esto ayuda a proteger las placas contra la humedad, corrosión, cortocircuitos y otros efectos adversos, al tiempo que garantiza superficies de soldadura confiables para conexiones seguras durante el proceso de ensamblaje.

La producción de placas rígido-flexibles requiere conocimientos y técnicas especializados, pero siguiendo los pasos y directrices correctas, se pueden fabricar placas rígido-flexibles de alta calidad. Se debe prestar atención a los detalles y mantener el control de calidad en todas las etapas de diseño, selección de materiales, procesamiento de laminados, soldadura de ensamblaje y validación de pruebas.

Con el continuo avance de la tecnología, las placas rígido-flexibles desempeñarán un papel crucial en una amplia gama de dispositivos electrónicos, ofreciendo soluciones flexibles y confiables para productos electrónicos innovadores.

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