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Circuitos Flexibles

17 de agosto de 2014

Hoy en día, los circuitos flexibles tienen más aplicaciones de lo que la gente cree. ¿cuántos de sus colegas y amigos pueden nombrar algún producto de uso diario que contenga circuitos flexibles?

¿Advertirán que cada día de sus vidas durante una porción de su tiempo están rodeados por 2 metros de circuitos flexibles?

APLICACIONES

El uso de los circuitos flexibles ha progresado de un relativo bajo volumen, alto precio y aplicaciones en equipos de alta tecnología, a ocupar un lugar dentro de lo cotidiano en los elementos que se encuentran en nuestros hogares y, por consiguiente, a bajo costo y extendida utilización.

Aunque actualmente su incorporación es muy baja en diseños locales, han sido producidos durante dos décadas por nuestra industria en cantidades significativas. Hoy existe una gama de aplicaciones en productos de uso habitual, en el hogar y en la oficina. En la industria automotriz tienen distintas aplicaciones, desde los sensores del motor hasta las conexiones del panel de instrumentos. También en las "paredes" de ómnibus y automóviles. Desde que la industria automotriz incrementó su contenido de electrónica, el volumen de uso de flexibles ha aumentado notablemente. También, uno de los mayores mercados de crecimiento ha sido su aplicación en complementos y accesorios de mano, que van desde unidades GPS hasta asistentes digitales personales. El mercado mayor y corriente para los circuitos flexibles se encuentra en los periféricos informáticos, los cuales incluyen paneles de displays, impresoras de chorro de tinta y discos rígidos.

En aplicaciones de la industria electromédica y las telecomunicaciones este tipo de productos están actualmente en uso creciente.

TECNOLOGÍA DEL FLEXIBLE

Estos circuitos son normalmente de 1 ó 2 caras, comprendiendo un film dieléctrico, típicamente un sustrato de polyimida o poliéster y una lámina de cobre en uno o ambos lados la cual es configurada utilizando los procesos de fotocomposición de imágenes y de corrosión, que derivan en una determinada geometría de conductores para una aplicación específica.

Los circuitos de doble faz normalmente tienen sus agujeros metalizados (plated-thru holes) y tanto los circuitos de simple como doble faz usualmente tienen sus conductores protegidos con una máscara impresa (covercoat) o son "encapsulados" con una lámina aislante adhesivada (coverlay), pudiendo también tener sectores cubiertos con un refuerzo plástico adicional que aumenta la rigidez en áreas selectivas, facilitando el montaje y soporte de los componentes más pesados.

¿POR QUÉ UTILIZAR LA TECNOLOGÍA DE CIRCUITOS FLEXIBLES?

Sus beneficios, los cuales serán explicados, incluyen las variantes técnicas más deseadas por los fabricantes de productos electrónicos. Desde la solución a problemas de interconexión y compactación hasta su sorprendente comportamiento térmico.

  1. Una solución al problema de armonizar la ubicación e interrelación de grupos de componentes y subconjuntos.
    • Los flexibles posibilitan inusuales diseños para mejorar los problemas de interconexión.
    • Se conforman fácilmente para complementar conjuntos de tres dimensiones (3D), posibilitando la compactación y consecuente reducción del tamaño de los equipos.
    • Un circuito flexible tiene una favorable prestación costo-beneficio en la instalación y/o reparación de sus partes.
  2. Reducción de costos de ensamblado.
    • Los circuitos flexibles pueden ser testeados antes del montaje de componentes.
    • La eliminación de conectores y uniones de soldadura reduce costos y aumenta la confiabilidad.
  3. Sustitución de circuitos rígidos y cableado
    • Los circuitos flexibles simplifican el sistema de diseño.
    • También reducen el número de interconexiones y eliminan el nivel de error humano en la confección y montaje de mazos de cables ya que los mismos son reemplazados por un circuito flexible diseñado por programas cAD que garantizan la repetibilidad del proceso.
  4. Reducción de peso y espacio.
    • Considerable reducción de peso y espacio respecto de los mazos de cables.
    • Su espesor total puede ser tan delgado como 0,10.
  5. Flexión dinámica.
    • La delgadez del sustrato hace de los circuitos flexibles el mejor candidato para aplicaciones dinámicas soportando millones de flexiones.
    • Soportan superiores condiciones de vibración que los circuitos rígidos.
  6. Cualidades eléctricas.
    • Facilita el control de impedancia y provee características eléctricas uniformes para circuitos de alta velocidad
    • Son especialmente apropiados en diseños que requieren líneas delgadas y alta densidad.
  7. Comportamiento térmico / Aplicaciones en requerimientos de altas temperatura
    • Los circuitos flexibles disipan en mayor medida que cualquier otro dieléctrico.
    • Se diseñan para soportar un amplio rango de temperaturas y ambientes extremos.
  8. Estética.
    • Los circuitos flexibles mejoran sensiblemente la apariencia interna de un conjunto electrónico, lo cual puede tener una influencia decisiva en la decisión de los fabricantes de equipos electrónicos y usuarios de implementar su aplicación
   

CONSIDERACIONES DEL DISEÑO

Deben tenerse en cuanta las siguientes premisas cuando se diseña un circuito flexible:
  • El substrato de polyimida tiene una estabilidad de aproximadamente 1000 ppm, opuesto a las 200 ppm de los circuitos rígidos elaborados con epoxi- vidrio FR4.
  • La disminución de masa, la cual otorga ventajas de peso y espacio, se ve afectada por el proceso de soldadura manual, de manera que las islas o "pads" deben ser tan grandes como sea posible, diseñando pads con "orejas" que actúan como amarres adicionales para mejorar el anclaje de los mismos. La misma misión cumple la lámina protectora (coverlay), que debe tener aperturas ligeramente más pequeñas que los pads. La curvatura o doblez debe realizarse siempre entre zonas de pads. Esto puede mejorar la disipación de calor durante el proceso de soldadura y aumentar la resistencia en áreas débiles.
  • Los planos de cobre no deben diseñarse como áreas macizas cuando se requiere mayor flexibilidad, debiéndose separar mediante líneas paralelas espaciadas para lograr el objetivo de evitar cortaduras o grietas en las trazas Una manera de prevenir el quiebre de las trazas conductoras es realizar perforaciones entre las trazas en coincidencia con la línea del pliegue.
  • En áreas curvadas o sometidas a ondulaciones o torsiones y vibraciones extremas las trazas conductoras deberían estar en un plano neutro, es decir, próximas al plano De este modo las trazas de cobre estarían cercanas al plano central si se trata de un flexible simple faz, o a cada lado del plano central, si se trata de un doble faz (Fig.1Fuente IPc). Por tal motivo, no es recomendable la sustitución de las láminas protectoras (coverlay) por máscaras de tinta principalmente con espesores de cobre a partir de 18 micrones.

    Los radios de curvatura serían de alrededor de 10 veces superiores al espesor total del flexible y su comienzo alejado como mínimo a algo más de 1 mm. de los agujeros metalizados.

    circuitos-flexibles

  • Las áreas de cobre no deberían estar recubiertas de otros metales (Sn- Pb, Ni-Au, Ni) en las áreas dinámicas del flexible.
   

FUTURO DEL MERCADO

Los circuitos flexibles, como hemos apreciado, pueden ser configurados para reducir dimensiones, masa y costos, y al mismo tiempo aumentar la confiabilidad de todas las aplicaciones. El futuro de los circuitos flexibles es excitante debido al desarrollo de nuevos materiales como el PET y el PEN, compatibles con esta tecnología, pero de menor costo. En poco tiempo más serán sustitutos adecuados del poliéster, por su estabilidad dimensional y mayor resistencia al calor en alternativas de trabajo continuo.

 

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