Diseño de PCB rigid-flex
Ventajas y retos del diseño de PCB rigid-flex y cómo elegir la herramienta adecuada.
Cómo es un diseño de PCB rigid-flex
Un diseño de PCB rigid-flex -o circuito impreso rígido-flexible- contiene, como su nombre indica, una combinación de placas rígidas y flexibles sin necesidad de conectores físicos. El diseño se compone de múltiples capas de sustratos de circuitos flexibles unidos interna y/o externamente a una o más placas rígidas. Al combinar las ventajas de ambas tecnologías y eliminar los conectores físicos, los diseñadores tienen más opciones cuando trabajan con diseños densos que deben ajustarse a un factor de forma específico.
Ventajas del diseño de PCB rigid-flex
Las ventajas del diseño de PCB rigid-flex son las siguientes, unas más obvias que otras.
Las ventajas más obvias son:
- Mayor número de opciones cuando se trabaja con diseños densos que deben ajustarse a un factor de forma específico.
- Reducción de costes y aumento de la fiabilidad gracias a la eliminación de los conectores físicos utilizados en el enfoque tradicional ("diseñar por separado y montar").
- Reducción de los requisitos de espacio, ya que las piezas pueden posicionarse y las pistas pueden enrutarse en tres dimensiones.
Las ventajas menos obvias son:
- Mejora de la integridad de señal gracias a la eliminación de los cambios en la sección transversal de los conductores al eliminar los conectores físicos y las conexiones de soldadura asociadas.
- Mejora de la funcionalidad electromecánica. Esto incluye la flexión dinámica, la tolerancia a las vibraciones y a los golpes, la resistencia al calor y la reducción del peso. Los diseños de PCB rigid-flex proporcionan la estabilidad mecánica que requieren la mayoría de las aplicaciones.
La actual generación de diseños de PCB rigid-flex es ideal para muchos de los productos electrónicos de hoy en día, especialmente en el ámbito de la electrónica de consumo (por ejemplo: teléfonos móviles, televisores, cámaras digitales y ordenadores portátiles). La lo más probable es que la tecnología rígido-flexible se aplique siempre que un producto deba ser compacto y/o ligero y/o flexiblerealmente, ya permite a los equipos de desarrollo del producto aplicar de forma rentable una mayor funcionalidad en un espacio reducido.
Retos del diseño de PCB rigid-flex
El programa de diseño de PCB rigid-flex debe permitir al ingeniero afrontar ciertos retos de diseño típicos de esta tecnología.
Gestión del apilamiento
Algunas herramientas ECAD no admiten múltiples apilamientos dentro de un mismo diseño, por lo que debe crearse un "apilamiento maestro" que satisfaga todos los requisitos de todas las PCBs y, a continuación, los requisitos reales de apilamiento deben transmitirse manualmente al fabricante. Este método es ineficiente y puede dar lugar a confusión, tanto durante el diseño como durante la fabricación. Una herramienta de software de diseño de PCB flexible que admita apilamientos específicos por región (no es lo ideal) o apilamientos específicos por placa (es lo preferible) ayudaría a simplificar esta compleja tarea.
Gestión de los esquemas de la placa
Las múltiples placas de un diseño de PCB rigid-flex deben configurarse y gestionarse adecuadamente durante todo el proceso de diseño. Los diseños rígido-flexibles son, de hecho, proyectos electromecánicos que requieren la colaboración entre los dominios eléctrico y mecánico. La capacidad de importar y crear automáticamente los esquemas de las placas múltiples -y potencialmente complejas- a partir de datos CAD mecánicos mediante la importación de datos DXF o utilidades que proporcionan integración mecánica ahorrará tiempo y reducirá las probabilidades de errores.
Análisis de la integridad de señal y de la integridad de potencia
El análisis de la integridad de señal y de la integridad de potencia también puede ser un reto durante el diseño rígido-flexible. La mayoría de las herramientas de integridad de señal y de integridad de potencia suponen una única placa de circuito impreso con un apilamiento uniforme. Como se ha visto anteriormente, los apilamientos de las placas de circuito impreso rígidas y flexibles variarán en casi todos los diseños rígido-flexibles. Por lo tanto, en los diseños de PCB rigid-flex, las herramientas de análisis deben reconocer las capas específicas de la placa flexible y los apilamientos locales para garantizar unos resultados de análisis correctos.
Gestión del área de plegado
Todos los diseños de PCB rigid-flex incluyen una o más áreas flexibles, que son fundamentales para la forma, el ajuste y la función del producto final. El programa que se utilice durante el diseño rígido-flexible debe ser capaz de gestionar los elementos críticos del área de plegado, como:
- La ubicación de la curva.
- Cómo se forma la curva, incluyendo el radio, el ángulo y el origen.
- Las reglas específicas de la curva para el posicionamiento, el enrutamiento, las vías y los planos.
Diseño, visualización y verificación
La capacidad de definir los parámetros de curvatura, editar el diseño en 3D, ver el diseño en el contexto de la carcasa en 3D y realizar verificaciones de reglas de diseño (DRC) en 3D. El diseño, la visualización y la verificación en 3D permiten identificar posibles problemas de diseño.
Design for Manufacturing (DFM) de una PCB rigid-flex
Los circuitos flexibles son más finos y, por ello, más delicados y más susceptibles de sufrir daños accidentales durante la fabricación. Esto afecta negativamente al rendimiento y aumenta el coste por unidad. Por este motivo, llevar a cabo un DFM simultáneo es aún más importante con los circuitos flexibles que con las PCBs rígidas.
Los circuitos flexibles suelen construirse con una combinación de tipos de materiales y métodos. Los distintos materiales suponen un reto para la fabricación. Cuando se combinan con los materiales típicos de las placas de circuito impreso FR4, la complejidad aumenta. El mayor reto lo plantean las diferencias en las características de expansión térmica de los distintos materiales. Estas características deben tenerse en cuenta en las revisiones DFM.
El diseño de PCB rigid-flex contiene todos los elementos de construcción de los circuitos: los circuitos rígidos separados se conectan mediante circuitos flexibles para formar un único conjunto, lo que elimina la posibilidad de que se produzcan errores de acoplamiento y enrutamiento de las señales. Aunque las PCBs rígido-flexibles pueden parecer más costosas, en realidad, pueden ser más rentables y aumentar el rendimiento.
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Ivano
Tognetti
Product Manager
Ivano, a la vanguardia de la electrónica desde
la década de 1980, es Product Manager de la
EDA (Automatización de diseño electrónico)
área. La gestión de proyectos en
varios países europeos le da una
visión muy amplia del mercado y su
problemas.