Cuándo utilizar placas de circuito impreso flexibles y rígido-flexibles: aplicaciones reales en dispositivos wearables y médicos

¿Tienes pensado utilizar placas de circuito impreso flexibles en tus proyectos? ¿No acabas de decidirte entre utilizar placas flexibles o rígido-flexibles? Este artículo debería ayudarte a tomar una decisión.

Las placas de circuito impreso flexibles modernas surgieron con el desarrollo de las películas de poliimida en la década de 1960. Gracias a ello, la fabricación de circuitos flexibles de varias capas se convirtió en una realidad. La placa utiliza la estructura de capas de cobre, adhesivo y poliamida que sigue utilizándose en la actualidad.

Sin embargo, durante los años 80 se desarrolló el proceso SMT. En ese mismo periodo surgieron tanto los circuitos flexibles multicapa como los rígido-flexibles. Este método permitió instalar circuitos flexibles en dispositivos con limitaciones de espacio muy estrictas, como teléfonos móviles, ordenadores portátiles y dispositivos médicos.

Aquí descubrirás cuándo se deben utilizar las placas de circuito impreso flexibles y rígido-flexibles, así como sus aplicaciones prácticas en dispositivos wearables y médicos. Si tienes alguna duda sobre las placas de circuito impreso flexibles y rígido-flexibles, UET PCB (https://uetpcb.com/flexible-pcbs/) siempre está a tu disposición para ayudarte. UET es una empresa especializada en la fabricación de placas de circuito impreso flexibles y rígido-flexibles, y lleva más de 20 años en este sector.

Las placas de circuito impreso flexibles (a menudo abreviadas como FPC, o también denominadas «circuitos flexibles») son placas de circuito impreso que pueden doblarse, ya que están fabricadas con películas poliméricas en lugar de las piezas rígidas habituales. Cuentan con un sustrato flexible, normalmente fabricado en poliimida, poliéster o incluso PEEK (polieteretercetona). Normalmente, en su estructura se incluyen una capa protectora (película protectora), un dieléctrico de poliamida, secciones adhesivas, capas conductoras de cobre recocido y refuerzos opcionales.

Las placas de circuito impreso rígido-flexibles combinan placas rígidas (por ejemplo, a base de FR4) y flexibles. Tanto la sección rígida como la flexible se laminan juntas en una sola pieza; por lo tanto, no se necesitan conectores. La parte flexible es la habitual, fabricada con un sustrato de poliamida. La parte rígida envuelve a la parte flexible a través de las capas internas, actuando como una capa interna conductora. Las placas de circuito impreso rígido-flexibles eliminan los costosos conectores FPC en las líneas de producción.

Tanto las placas de circuito impreso flexibles como las rígido-flexibles tienen sus propias ventajas e inconvenientes cuando se utilizan en un producto. Todo se reduce a la forma, la función, la integridad de la señal, los costes de fabricación, la facilidad de mantenimiento y el proceso de montaje.

Las placas de circuito impreso flexibles harán que tu circuito sea modular y flexible. Si trabajas en un espacio reducido dentro de la carcasa y necesitas un poco de holgura para las curvas, lo mejor es utilizar placas de circuito impreso flexibles. Además, el cuerpo humano tiene contornos y puede moverse considerablemente, lo que lo hace ideal para los PCB flexibles. Encontrarás muchos circuitos flexibles utilizados en situaciones que requieren flexión en dispositivos wearables y en otros ámbitos, tales como:

● Sensores de frecuencia cardíaca

● Electrodos de ECG

● Correas para dispositivos wearables

● Ropa inteligente

● Cables flexibles para pantallas

● Cables flexibles para motores de vibración

Dado que las placas de circuito impreso rígido-flexibles incorporan placas flexibles, las placas rígido-flexibles suelen ser aptas para la mayoría de las aplicaciones en las que se pueden utilizar las placas flexibles. Sin embargo, no es un caso sencillo; hay más factores que influyen a la hora de optar por una placa rígido-flexible en lugar de una placa flexible (o viceversa). Básicamente, todo se reduce a:

1. Coste total de la fabricación del circuito

2. Coste de montaje o fabricación

3. Proveedores de subconjuntos

4. Integridad de la señal

5. Reparabilidad y servicio técnico

6. Fiabilidad y conformidad del producto

7. Sustitución de piezas

Ten en cuenta que el coste de una placa de circuito impreso rígido-flexible es superior al de una placa rígida + flexible (con conectores). Esto se debe al coste que supone fabricar un material flexible junto con uno rígido en una única secuencia de laminación. Sin embargo, ten en cuenta que, en ocasiones, hay que considerar el panorama general. Es posible que las placas de circuito impreso con conectores FPC baratos tengan que montarse a mano en una cadena de montaje. Con el tiempo, es posible que el coste de fabricación de las placas de circuito impreso rígido-flexibles se equipare al de las otras a medida que la producción de sus productos alcance los miles de unidades.

Otro aspecto a tener en cuenta es que la eliminación de conectores puede mejorar la fiabilidad de las señales de alta velocidad. Además, en lo que respecta al cumplimiento de la normativa DVT, es posible que se obtenga un producto final más resistente, capaz de superar las pruebas de vibración.

Un buen producto puede fallar a lo largo de su vida útil. Por eso, deberías poder repararlo. Es más fácil realizar el mantenimiento y sustituir piezas si se dispone de una placa de circuito impreso flexible (PCB) acoplada a un conector para esa pieza. Nos referimos a piezas como motores, cámaras, lentes de CD/Blu-ray y otras placas de circuito impreso, etc. Puede resultar engorroso y llevar mucho tiempo si el fabricante omite el conector junto con la parte flexible.

Por el contrario, las placas de circuito impreso rígido-flexibles se utilizan con mayor frecuencia en productos que no admiten mantenimiento. Esta circunstancia indica que se espera que el producto tenga una baja tasa de fallos y una alta fiabilidad a lo largo de toda su vida útil. Estos productos suelen estar sellados, son resistentes al agua y al polvo, e incluso mecánicamente estables. Aunque su fabricación puede resultar más cara, se espera que duren toda la vida.

Utiliza una placa de circuito impreso rígido-flexible

La placa de circuito impreso de un reloj inteligente casi siempre requiere una PCB rígido-flexible. El motivo es que el diseño rígido-flexible elimina la necesidad de conectores. Los conectores son uno de los principales puntos de fallo en las aplicaciones de relojes inteligentes e incluso en algunos dispositivos wearables.

Los relojes inteligentes son propensos al sudor, al frío, al calor, a las vibraciones, a los movimientos repetitivos, a los golpes y a la oxidación, lo que puede provocar un desgaste considerable. Esta situación es ideal para el uso de placas de circuito impreso rígido-flexibles, ya que son herméticas, mecánicamente estables, impermeables y resistentes al polvo. En consonancia con ello, se espera que los relojes inteligentes tengan una baja tasa de averías y una larga vida útil.

A continuación se exponen algunas consideraciones de diseño para los relojes inteligentes:

● Las secciones del SoC y de gestión de la alimentación se integran en la parte rígida de la placa de circuito impreso.

● Las placas de circuito impreso flexibles se utilizan para conectar la batería, la pantalla, los sensores, etc.

● Las secciones de RF están montadas en una placa de circuito impreso rígida con impedancia controlada.

● No se utilizan conectores FPC para mejorar la fiabilidad.

Utiliza placas de circuito impreso flexibles

Un parche electrónico de ECG puede beneficiarse del uso de una placa de circuito impreso flexible (PCB), ya que se colocará sobre el pecho del paciente. El sensor de ECG puede conectarse a una placa de circuito impreso flexible y plegable que se adapta a los contornos del cuerpo humano. Además, la parte flexible debe ser no tóxica y estar fabricada con poliimida de baja citotoxicidad. Este parche de ECG está diseñado para ser desechable.

Consideraciones de diseño:

● Debe superar la prueba de citotoxicidad según la norma ISO 10993.

● Utiliza materiales sin níquel en las superficies que entran en contacto con el cuerpo humano.

● Ligero y flexible.

● Utiliza materiales económicos, ya que son desechables.

Además, otros dispositivos médicos pueden utilizar placas de circuito impreso flexibles desechables, como los sensores de glucosa en sangre, las tiras reactivas para pruebas de embarazo y los sensores médicos de un solo uso.

Existen varias aplicaciones prácticas para las placas de circuito impreso flexibles y rígido-flexibles en dispositivos wearables y médicos. Este artículo presenta algunas de ellas, destacando tanto las ventajas como las desventajas de utilizar una estructura flexible o rígido-flexible. Por último, UET PCB es un fabricante con amplia experiencia en PCB y PCBA que puede ayudarte a fabricar tus dispositivos médicos y wearables utilizando estos circuitos flexibles.