Exhaustivo Guía para el diseño de vías en placas de circuito impreso flexibles (FPC)

Las vías son estructuras metalizadas que penetran en las capas dieléctricas de un FPC (circuito impreso flexible) para lograr la interconexión eléctrica entre capas. Entre ellas se incluyen las vías pasantes, las vías ciegas, las vías enterradas y las microvías. En ingeniería, se utilizan para las conexiones de señal y alimentación entre capas en los FPC de doble cara y multicapa. El diámetro de la vía y el tamaño de la almohadilla determinan la densidad de cableado. Las vías situadas en zonas de flexión pueden provocar una concentración de tensiones y la rotura de la lámina de cobre, lo que constituye un gran tabú en el diseño de la fiabilidad de los FPC.

Descripción general del diseño de los circuitos impresos flexibles (FPC)

Las vías son un elemento estructural clave para la interconexión entre capas en los circuitos impresos flexibles (FPC). En las placas de circuitos flexibles, el diseño de las vías debe encontrar un equilibrio entre la conductividad eléctrica, la fiabilidad mecánica y el comportamiento ante la flexión. Un diseño inadecuado de las vías es una de las causas más comunes de fallo de los FPC.

FPC tipo «via»

Orificio pasante	Este diseño, que penetra en todas las capas y tiene un rango de apertura de 0,15 a 0,5 mm, es el más utilizado, el más consolidado y el más rentable.
Vía ciega	Desde la capa exterior hasta la capa interior, es no penetrante, con un rango de diámetro de los orificios de entre 0,1 y 0,2 mm. Se utiliza habitualmente en diseños HDI y requiere perforación con láser. .
Enterrado en Via	Se encuentra íntegramente en la capa interna, con un tamaño de poro que oscila entre 0,1 y 0,2 mm. No ocupa espacio en la capa externa, pero su fabricación es muy compleja.

Especificaciones de tamaño de las vías

parámetro	Proceso estándar	Artesanía de precisión
Apertura mínima	0,2 mm	0,1 mm
Diámetro de la almohadilla	Apertura +0,3 mm	Apertura +0,2 mm
Espaciado entre caracteres y líneas	0,15 mm	0,10 mm
Distancia entre hoyos	0,5 mm	0,3 mm
Distancia entre el orificio y el borde de la placa	0,5 mm	0,3 mm

A través del proceso

Perforación mecánica	Una abertura ≥ 0,2 mm es adecuada para orificios pasantes, aunque las paredes del orificio pueden presentar asperezas. La ventaja es que el coste es menor.
Perforación con láser	Con un diámetro de orificio ≥ 0,05 mm, es adecuado para microorificios y orificios ciegos. Las paredes del orificio quedan lisas tras el mecanizado, y su ventaja es su alta precisión.
Relleno para galvanoplastia	Las vías rellenas de cobre ofrecen una buena disipación del calor y conductividad, lo que las hace adecuadas para vías térmicas y vías apiladas, pero su coste de procesamiento es mayor.

Normas fundamentales para las vías y los giros

• Las vías están prohibidas en las zonas de flexión: las vías son puntos de concentración de tensiones y, en las zonas de flexión, pueden provocar grietas en la lámina de cobre.

• La distancia entre el orificio pasante y el borde de la zona de curvatura es ≥ 1 mm.

• Las vías situadas cerca de la zona de flexión dinámica requieren una evaluación especial.

• Evita colocar vías cerca de curvas en zonas con gran densidad de componentes.

Diseño llamativo

Las vías térmicas se utilizan para la disipación del calor:

• Apertura: 0,3-0,5 mm

• Distancia entre orificios: 0,8-1,2 mm

• Pasta de cobre o material de relleno para galvanoplastia

• Situado debajo de la resistencia

• La unión de láminas de cobre aumenta la superficie de disipación del calor

¿Cómo se determina la apertura?

Interconexión convencional	0,2-0,3 mm
Alimentación a través de	0,3-0,5 mm
Tendencia en	0,3-0,5 mm
Microporos de HDI	0,1-0,2 mm
Orificio pasante del conector	Según las especificaciones del conector

¿Se encuentra la vía en una zona segura?

Distancia entre el orificio pasante y la zona de curvatura	>1 mm de margen de seguridad
Distancia entre el orificio pasante y la zona de curvatura	Entre 0,5 y 1 mm: requiere evaluación
por la zona de la curva	prohibir
La zona con mayor densidad de vías se encuentra cerca de la curva.	No recomendado

¿Son suficientes las dimensiones de las almohadillas?

Diámetro de la almohadilla	≥Una apertura de +0,3 mm es aceptable
Espaciado entre caracteres y líneas	Es aceptable un valor ≥0,15 mm
Distancia entre hoyos	Es aceptable un valor ≥0,5 mm
Distancia entre el orificio y el borde de la placa	Es aceptable un valor ≥0,5 mm

Normas básicas para el diseño de medio orificio en el borde de una placa

1.Parámetros básicos

apertura	≥0,3 mm (en el caso de los medios orificios independientes, se recomienda utilizar almohadillas elípticas, y la anchura de las almohadillas restantes en la placa debe ser ≥0,3 mm).
diseño	El centro del orificio debe estar alineado con el contorno de la capa GM/GKO, con una desviación de ≤±0,05 mm.
Diseño «Goldfinger»	Cada almohadilla cuenta con dos vías (medio orificio en el borde de la placa + vía en el interior de la placa), escalonadas en ≥0,3 mm, para evitar una disposición en fila (con el fin de prevenir la rotura de la placa).

2.Puntos clave del proceso

Redondea el borde del semicirculo (radio ≥ 0,1 mm) para eliminar las rebabas; el eje mayor de la almohadilla elíptica es ≥ 0,6 mm y el eje menor es ≥ 0,4 mm.

Diseño de placa antirrotura para el trazado de orificios pasantes

Artículos prohibidos

• Las vías deben disponerse en filas (desplazadas vertical u horizontalmente entre 0,3 y 0,5 mm);

• Las almohadillas de medio orificio/ventana se encuentran en la zona de curvatura (a una distancia ≥0,5 mm del centro de la curvatura);

• El orificio de posicionamiento se encuentra a menos de 0,5 mm del borde de la placa (el borde del orificio de posicionamiento está a una distancia ≥ 0,5 mm del marco de la placa).

puntos de soldadura y máscara de soldadura

• El diámetro exterior del orificio pasante debe ser mayor o igual que el diámetro interior más 0,2 mm; el diámetro exterior del orificio de inserción debe ser mayor o igual que el diámetro interior más 0,4 mm.

• Diámetro exterior de la zona abierta + 0,05-0,1 mm.

• Las vías deben quedar completamente cubiertas por la película protectora; queda prohibido dejarlas parcialmente al descubierto (para evitar la oxidación y que se rompan).

Definición de capas en un pozo de sondeo

• Orificio metalizado (PTH): Diseñado en la capa del orificio, con una tolerancia de diámetro de ±10%.

• (Orificios/ranuras no metalizados: deben diseñarse en la capa GM/GKO, en la misma capa que la línea del contorno de la placa, y no se permiten líneas superfluas (para evitar omisiones).

Lista de comprobación de DFM

• ¿Se ha etiquetado el tipo de vía?

• ¿El tamaño de la abertura y de la almohadilla se ajusta a las especificaciones?

• ¿Se encuentra la vía en la zona de la curva?

• ¿Es la distancia entre el orificio pasante y la zona de curvatura ≥ 1 mm?

• ¿El espesor del cobre de la vía es ≥20 μm?

• ¿Se ha confirmado el proceso de vías ciegas y vías enterradas?

• ¿Se ha confirmado el proceso de descalcificación de las perforaciones?

• ¿Se han rellenado con cobre las vías calientes?

• ¿Se ha programado la prueba eléctrica 100%?

Errores habituales

La zona de doblado queda al descubierto a través del orificio	Las vías son puntos de concentración de tensiones; al doblarse, la lámina de cobre se agrieta a la altura de la vía. Se debe evitar la presencia de vías en la zona de doblado.
Espesor insuficiente del cobre en el orificio	La fractura bajo tensión térmica se produce cuando el diámetro del orificio de cobre es inferior a 20 μm, lo que requiere confirmar la capacidad del proceso de galvanoplastia.
Las almohadillas son demasiado pequeñas	Una galvanoplastia deficiente, cuando el diámetro de la almohadilla es inferior al diámetro del orificio más 0,25 mm, provoca circuitos abiertos entre capas.
No se perforaron los agujeros ciegos para eliminar los residuos de la perforación.	Los restos de adhesivo en las paredes de los agujeros ciegos de láser, si no se eliminan, provocarán problemas de aislamiento entre capas.
Vías calientes sin relleno de cobre	Los orificios presentan una alta resistencia térmica y una disipación del calor deficiente; las vías térmicas deben rellenarse con cobre o pasta de cobre.
No se ha detectado el desplazamiento de vía	La desalineación en el taladrado provocó un cortocircuito entre la vía y el cableado, lo que requirió una inspección AOI.

Guía de diseño para el diseño de vías en placas flexibles (FPC) en aplicaciones prácticas

En las aplicaciones prácticas, el diseño de las vías requiere tener en cuenta de forma exhaustiva múltiples factores, entre los que se incluyen el rendimiento eléctrico, las características térmicas, la fiabilidad mecánica y la viabilidad del proceso. Por ejemplo, en los dispositivos wearables, las vías deben garantizar una transmisión estable de la señal al tiempo que se adaptan a entornos mecánicos con flexiones frecuentes; en la electrónica de automoción, las vías deben soportar mayores variaciones de temperatura y sacudidas por vibraciones; y en aplicaciones de alta frecuencia, las características electromagnéticas de las vías se convierten en una consideración primordial. Este análisis de acoplamiento multifísico convierte el diseño moderno de vías para FPC en un complejo proyecto de ingeniería de sistemas, que requiere herramientas de simulación avanzadas y una amplia experiencia en ingeniería para su optimización.

Resumir

A medida que los dispositivos electrónicos siguen evolucionando hacia la miniaturización y un mayor rendimiento, la tecnología de vías de los FPC también innova constantemente. Están surgiendo nuevas técnicas de fabricación de microvías, materiales conductores y soluciones de interconexión de alta densidad, lo que impulsa el desarrollo de vías cada vez más pequeñas, con mayor fiabilidad y un rendimiento electrotérmico superior. Estos avances tecnológicos no solo amplían los límites de aplicación de los FPC, sino que también ofrecen más posibilidades para el diseño de dispositivos electrónicos de próxima generación, lo que demuestra plenamente el inmenso valor de esta diminuta estructura en la ingeniería electrónica moderna. Si necesita fabricar grandes volúmenes de FPC, póngase en contacto con Geyuan Electronics para obtener ayuda.