Consideraciones importantes para la instalación de placas de circuito flexible (FPC) durante la fase de diseño

Placas de circuito impreso flexibles (FPC) Se utilizan cada vez más en smartphones, dispositivos wearables, pantallas para automóviles y electrónica médica debido a sus ventajas únicas, como la flexibilidad, el grosor reducido y la capacidad de plegado. Sin embargo, el proceso de tecnología de montaje superficial (SMT) de los FPC es mucho más complejo que el de la tecnología de montaje superficial de las placas de circuito impreso rígidas tradicionales. Esto se debe principalmente a que el propio sustrato flexible carece de un soporte rígido, lo que lo hace muy susceptible a la deformación, el alabeo y el desplazamiento bajo tensión y calor. Si no se tienen plenamente en cuenta los requisitos específicos del proceso de montaje superficial durante la fase de diseño, incluso si el diseño del circuito en sí es correcto, pueden producirse graves consecuencias, como la flexión de la placa, el desprendimiento de componentes o incluso el desecho total de la placa durante la fase de producción de SMT. Por lo tanto, comprender las consideraciones clave durante la fase de diseño de la tecnología de montaje superficial de los FPC es fundamental para garantizar la fabricabilidad del producto y su calidad final. Este artículo resume las soluciones a los problemas que surgen durante la fase de diseño de la tecnología de montaje superficial de los FPC, basándose en proyectos llevados a cabo por el equipo de ingeniería de Geyuan Electronics a lo largo de los años.

¿Qué es la tecnología de montaje en superficie (SMT) para placas de circuito impreso flexibles (FPC)?

Las placas de circuito impreso flexibles (FPC) se utilizan ampliamente en productos electrónicos como teléfonos móviles, ordenadores portátiles y dispositivos wearables inteligentes debido a su delgadez, flexibilidad y resistencia a altas y bajas temperaturas. La tecnología de montaje superficial (SMD) en placas FPC consiste en un proceso mediante el cual se sueldan con precisión componentes de montaje superficial (SMD), como resistencias, condensadores y chips, sobre las almohadillas de una placa FPC. Se trata de un paso crucial en el montaje de dispositivos electrónicos, que influye directamente en el rendimiento y la estabilidad del producto.

Proceso de fabricación de parches FPC (Fiber-Chip)

Fase de preparación	En primer lugar, la placa de circuito impreso flexible (FPC) debe someterse a un control de calidad para garantizar que no presente defectos ni daños y que cumpla los requisitos de procesamiento. A continuación, se llevan a cabo los pretratamientos necesarios, como la limpieza y el secado, para garantizar que los componentes de montaje superficial se adhieran firmemente a la FPC.
Preparación de los componentes	Prepara los componentes electrónicos necesarios, como resistencias, condensadores y circuitos integrados, de acuerdo con los requisitos de producción. Comprueba la calidad y las especificaciones de los componentes para asegurarte de que cumplen las normas de producción.
Configuración del programa de prácticas	Configura el programa de colocación en la máquina de montaje, incluyendo la posición, el ángulo y la secuencia de los componentes. A continuación, calibra la máquina de montaje para garantizar la precisión de la colocación.
Procesamiento SMT	La placa FPC se fija a la mesa de trabajo de la máquina de montaje automático. La máquina de montaje automático coloca con precisión los componentes electrónicos en las posiciones designadas de la placa FPC.
Soldadura y curado	La placa de circuito impreso (FPC), con los componentes montados, se suelda mediante técnicas como la soldadura por reflujo o la soldadura por ola. Tras la soldadura, se lleva a cabo el tratamiento de curado necesario para garantizar la estabilidad y la fiabilidad de las uniones soldadas.
Control de calidad	Las placas FPC terminadas se someten a un control de calidad, que incluye la calidad de las uniones de soldadura y la precisión en la colocación de los componentes. Los productos defectuosos se reparan o se desechan de inmediato.
Posprocesamiento	Realizar las tareas de limpieza y secado necesarias en las placas FPC que cumplan los requisitos. Llevar a cabo pruebas de funcionamiento para garantizar que las placas FPC funcionan correctamente.

¿Por qué es necesario abordar el problema de los parches del FPC durante la fase de diseño?

El proceso de tecnología de montaje superficial (SMT) para circuitos impresos flexibles (FPC) es un proyecto complejo de ingeniería de sistemas que requiere una atención meticulosa a cada detalle desde la fase de diseño. El pretratamiento por secado aborda la absorción de humedad inherente al material; los soportes y plantillas de transporte proporcionan sujeción al sustrato flexible; el diseño de refuerzos resuelve el conflicto entre la rigidez localizada y la viabilidad del SMT; el diseño de las pastillas y los circuitos garantiza la fiabilidad de la soldadura y la vida útil de las uniones soldadas; y la panelización y la optimización del proceso abordan la eficiencia de la producción y el rendimiento. Estas etapas están interrelacionadas, y cualquier descuido en una de ellas puede derivar en graves problemas de calidad durante la producción en serie. Los ingenieros que diseñan FPC deben liberarse del pensamiento convencional de las PCB rígidas, comprender plenamente las propiedades únicas de los materiales flexibles y aplicar de forma coherente los principios del Diseño para la Fabricabilidad (DFM). Solo así los FPC podrán aprovechar verdaderamente sus ventajas de flexibilidad, en lugar de convertirse en una “bomba de relojería” en el desarrollo del producto.

Aspectos a tener en cuenta en la instalación de placas de circuito flexible (FPC) durante la fase de diseño

Las placas de circuito impreso flexibles (FPC) son propensas a sufrir problemas como un posicionamiento impreciso, una impresión deficiente de la pasta de soldadura, la formación de burbujas o el desprendimiento de componentes durante el proceso de tecnología de montaje superficial (SMT), debido a que su material es blando y se deforma con facilidad. Por lo tanto, es fundamental tener plenamente en cuenta los procesos posteriores de montaje y fabricación durante la fase de diseño. A continuación se enumeran algunas consideraciones clave que no pueden pasarse por alto:

Pretratamiento de horneado

El precalentamiento de los FPC antes de la tecnología de montaje en superficie (SMT) es un paso crucial que debe tenerse en cuenta durante la fase de diseño. Dado que los sustratos de los FPC están fabricados principalmente con poliimida (PI), un material altamente higroscópico, si se introducen directamente en el entorno de soldadura por reflujo a alta temperatura sin un horneado suficiente, la humedad absorbida en el interior del sustrato se vaporizará rápidamente y se expandirá a altas temperaturas, lo que provocará defectos graves, como la rotura de la placa o la formación de ampollas en las almohadillas. Las condiciones de precalentamiento recomendadas por la industria suelen ser de 120-150 °C durante 2-4 horas, aunque el tiempo concreto debe ajustarse de forma flexible en función del grosor del FPC y del entorno de almacenamiento. Los ingenieros de diseño deben ser plenamente conscientes de que el precalentamiento no es un proceso opcional, sino la primera línea de defensa para garantizar la calidad del SMT. Tras el horneado, el FPC debe incorporarse a la producción de SMT lo antes posible y almacenarse adecuadamente en una caja a prueba de humedad para evitar una absorción secundaria de humedad.

Soporte para vehículos

El diseño del soporte de fijación es el aspecto más fundamental, aunque a menudo se pasa por alto, de la fabricación mediante tecnología de montaje superficial (SMT) de los circuitos impresos flexibles (FPC). Los FPC son intrínsecamente flexibles y no pueden colocarse directamente sobre la cinta de soldadura por reflujo ni sobre las pistas habituales, como ocurre con los PCB rígidos; por ello, es imprescindible utilizar soportes especializados que les proporcionen una base rígida. Las soluciones de montaje más habituales en la actualidad incluyen soportes magnéticos, soportes con adhesivo de silicona y soportes de succión al vacío. Durante la fase de diseño, los ingenieros deben prever suficientes puntos de referencia ópticos y orificios de posicionamiento para el FPC. Normalmente, se requieren cuatro marcas ópticas SMT de 1 mm de diámetro, con el centro de cada marca a 3,85 mm del borde de la placa, y una de ellas desplazada 5 mm para evitar errores de identificación. La ubicación de los orificios de posicionamiento es igualmente importante; normalmente se añaden cuatro orificios de posicionamiento de 2 mm de diámetro a lo largo del borde de proceso, uno de ellos desplazado 5 mm para evitar errores. Estas marcas de posicionamiento son la base para la alineación visual por parte de la máquina de colocación; un diseño inadecuado provocará directamente una desalineación en la impresión de la pasta de soldadura y una desviación en la colocación de los componentes. El diseño del soporte también debe incluir un margen de compensación de la expansión térmica para garantizar que el FPC no se desplace debido a la expansión y contracción térmicas durante la colocación y el reflujo.

Diseño de la placa de refuerzo

El diseño de las placas de refuerzo es el aspecto más problemático de la tecnología de montaje superficial (SMT) en placas flexibles (FPC). Las placas de refuerzo se utilizan para proporcionar soporte a las zonas que requieren rigidez localizada, como los conectores y los “dedos de oro”. Sin embargo, un diseño inadecuado del refuerzo puede tener consecuencias desastrosas para el SMT. El principio fundamental es el siguiente: lo ideal es diseñar el refuerzo en la parte posterior de las almohadillas de montaje superficial y evitar diseñarlo en el lado de los componentes. Dado que las placas de refuerzo tienen un cierto grosor, crean un escalón con respecto a la superficie de la placa FPC. Si el refuerzo se diseña en el mismo lado que el componente de montaje superficial, provocará una aplicación irregular de la pasta de soldadura durante su aplicación, lo que imposibilitará la colocación adecuada de los componentes y resultará extremadamente inconveniente para reparaciones posteriores. Si las limitaciones estructurales obligan a colocar el refuerzo en el lado del componente, es esencial asegurarse de que el refuerzo no interfiera con la carcasa del componente, y el pedido debe especificar claramente «refuerzo a aplicar después del SMT», al tiempo que se acepta el uso de cinta adhesiva de doble cara de 3M para la fijación. También existen requisitos cuantitativos claros respecto a la distancia entre los refuerzos y las almohadillas: los refuerzos con un grosor de 0,2 mm o menos deben estar a más de 3 mm de la almohadilla; los refuerzos con un grosor de entre 0,25 y 0,3 mm deben estar a más de 10 mm de distancia; y los refuerzos con un grosor de entre 0,3 y 0,5 mm deben estar a más de 20 mm de distancia. En el caso de refuerzos de más de 0,5 mm de espesor, no se recomienda diseñar almohadillas SMT en ese lado. Es especialmente importante tener en cuenta que nunca deben diseñarse refuerzos entre dos conjuntos de pines de chip, ya que, de lo contrario, el dispositivo flotará tras la soldadura. En el caso de los refuerzos de PI en la zona de los dedos de oro, debe respetarse el orden de colocación de los refuerzos: primero los refuerzos, luego el SMT.

Diseño y disposición del refuerzo

Materiales de refuerzo y su selección	El FPC en sí mismo es demasiado blando para incorporarse directamente a la línea de producción SMT. Es necesario diseñar un refuerzo rígido (como una lámina de acero, FR4 o PI) en la parte posterior de la zona de colocación.
El refuerzo evita las zonas de soldadura	Los bordes de las zonas de refuerzo, como las láminas de acero, deben estar a una distancia mínima de 0,3 mm de las almohadillas de soldadura; de lo contrario, las láminas de acero podrían levantarse durante la colocación o la expansión térmica durante la soldadura por reflujo podría provocar un mal acabado de las uniones soldadas.
Distancia entre las barras de armadura y espesor	Cuando se ensamblen varios paneles, la distancia entre las placas de refuerzo de acero debe ser ≥ 3 mm para evitar interferencias al separar los paneles; el material de refuerzo, el grosor y el tipo de adhesivo (como la cinta de doble cara de 3M) deben indicarse claramente en el diseño.

Diseño de almohadillas y circuitos

El diseño de las almohadillas y las pistas determina directamente la tasa de éxito de la tecnología de montaje en superficie (SMT) y la fiabilidad a largo plazo de las uniones de soldadura. Los FPC utilizan una película protectora como capa de máscara de soldadura, lo que difiere fundamentalmente de la máscara de soldadura verde que se utiliza en los PCB rígidos. La película de recubrimiento debe abrirse antes de la laminación, por lo que debe mantenerse una separación de al menos 0,2 mm entre las almohadillas y las pistas. Cuando sea necesario mantener un puente de máscara de soldadura entre dos almohadillas, la separación entre ambas debe ser de al menos 0,5 mm para garantizar dicho puente; de lo contrario, debe crearse una ventana abierta y deben aceptarse las pistas expuestas. Las almohadillas de los FPC son especialmente propensas al desprendimiento, una debilidad inherente a los sustratos flexibles. En el diseño se debe dar prioridad a las almohadillas SMD, en las que la película protectora ejerce presión sobre el perímetro de la almohadilla, proporcionando soporte y evitando el desprendimiento. Para las almohadillas sometidas a una gran tensión, como los zócalos de los conectores, se recomienda un diseño de “almohadilla de presión”, que amplíe la almohadilla adecuadamente de modo que la película de recubrimiento ejerza presión sobre ella al menos 0,3 mm. Las almohadillas de ambos lados no deben solaparse en la medida de lo posible; de lo contrario, el sustrato de 25 micras situado en el centro no proporcionará una resistencia de unión suficiente. El diámetro de las almohadillas BGA no debe ser inferior a 0,25 mm; si es demasiado pequeño, es muy fácil que las almohadillas se desprendan. Además, deben evitarse las grandes superficies de cobre en los FPC, ya que es difícil que el aire se escape al laminar grandes superficies de cobre. La humedad del aire reaccionará con la superficie de cobre bajo altas temperaturas y presiones, lo que dará lugar a un acabado deficiente. Si no puede evitarse, se recomienda diseñar una capa de cobre en forma de rejilla.

Diseño de estructuras de pistas y almohadillas

Evita las almohadillas aisladas.	Dado que el sustrato aislante intercalar (PI) de los FPC es relativamente fino, las almohadillas individuales se desprenden con facilidad cuando se calientan o se someten a tensión. Durante el diseño, se debe maximizar la cobertura de cobre y añadir líneas de conexión alrededor de cada almohadilla individual para fijarla a la superficie de cobre. Además, las almohadillas de la cara delantera y trasera deben estar escalonadas.
Refuerzo de la almohadilla del conector	Los conectores de los FPC (como los zócalos para FPC y los receptáculos para FFC) requieren una gran fuerza de inserción y extracción, y las almohadillas de soldadura se desprenden con mucha facilidad. Por lo tanto, es necesario adoptar un diseño con almohadillas de presión o añadir elementos en forma de lágrima.
Amplia superficie de cobre y rejilla	Las grandes superficies de cobre macizo son propensas a acumular residuos de aire durante el proceso de laminación, lo que puede provocar la aparición de burbujas u oxidación a altas temperaturas. En el caso de las grandes superficies de cobre, se recomienda diseñarlas en forma de láminas de cobre con una rejilla de 45° o incorporar aberturas adecuadas (ventanas).
Puente de máscara de soldadura	La distancia entre las almohadillas de soldadura debe garantizar que el puente de la máscara de soldadura sea ≥ 0,5 mm; de lo contrario, es probable que se produzcan puentes de soldadura (cortocircuitos) durante la producción.

Diseño de los paneles y especificaciones del proceso

El diseño del panel y las especificaciones de los bordes de proceso son igualmente importantes. La panelización de FPC no admite los procesos de corte en V (V-CUT) ni de perforación; solo puede utilizar puentes de conexión para la separación de los paneles. La longitud recomendada para los puentes de conexión suele ser de 0,7 a 1,0 mm. Lo ideal es que los puentes de conexión en las zonas reforzadas con acero tengan una longitud de 1 mm, y que se aumente el número de puentes de forma adecuada para evitar que el peso excesivo de las láminas de acero provoque deformaciones por expansión y contracción del FPC, lo que afectaría al posterior montaje de componentes superficiales (SMT). La separación entre placas suele ser de 2 mm, pero en las zonas con refuerzo de acero es necesario aumentarla a 3 mm. Debe dejarse un ancho de 5 mm alrededor del borde de proceso, y los orificios de posicionamiento y los puntos ópticos deben colocarse en dicho borde. El tamaño máximo del panel suele limitarse a 250 mm × 500 mm, y el mínimo es de 70 mm × 70 mm. En el caso de las placas que requieran sustitución, debe añadirse un punto óptico de placa defectuosa junto a cada placa pequeña. Cuando una placa pequeña se descarta durante la producción, el fabricante de la placa tinta de negro el punto óptico correspondiente, y la máquina de colocación omite automáticamente dicha placa, lo que permite ahorrar costes.

Diseño de paneles y orificios de posicionamiento

Punto de posicionamiento óptico (FIDUCIAL)	Se deben diseñar al menos tres puntos de posicionamiento fotolitográficos (normalmente puntos de cobre sin recubrimiento u oro por inmersión con un diámetro de entre 1,0 y 1,5 mm) en toda la placa FPC y a lo largo de la diagonal del panel, con el fin de facilitar el reconocimiento óptico de la alineación para las máquinas de colocación SMT.
Procesar bordes y puntos de conexión (pestaña)	Los bordes de los FPC deben diseñarse con bordes de proceso. Se recomienda que haya al menos dos puntos de conexión (puntos de separación) en cada lado entre un único FPC y el borde de proceso o el panel. La anchura de los puntos de conexión suele ser de unos 0,8 mm. Un número insuficiente de puntos de conexión puede provocar fácilmente que la placa se desprenda durante el transporte, mientras que un número excesivo dificultará la separación de las placas.
Montaje de placas de pequeño tamaño	En el caso de los FPC extremadamente pequeños, de menos de 20 × 20 mm, la panelización debe ser obligatoria para su entrega, a fin de evitar que salgan volando o sean aspirados durante el funcionamiento de la máquina de montaje por picado y colocación o durante la eliminación de polvo con láser.

Queda estrictamente prohibido el uso de «Via-in-Pad».

Las placas flexibles FPC no pueden rellenarse con resina en las vías. Si se taladran vías en las almohadillas (a través de la almohadilla), la pasta de soldadura se filtrará en las vías durante la impresión de la pasta de soldadura SMT y la soldadura por reflujo, lo que provocará directamente una soldadura insuficiente, uniones de soldadura abiertas o cortocircuitos. Las vías deben estar a una distancia mínima de 0,2 mm de las aberturas de la máscara de soldadura.

Teniendo en cuenta la dilatación y la contracción térmicas y el margen para la deformación

El coeficiente de dilatación térmica de los materiales de los FPC a la alta temperatura de la soldadura por reflujo es diferente al de las placas de circuito impreso rígidas convencionales. Durante el diseño, se debe aplicar un diseño de alivio de tensiones en las pistas situadas alrededor de los QFP de paso fino, los BGA o los conectores de gran tamaño, con el fin de evitar el agrietamiento de las uniones de soldadura debido a la deformación térmica.

Proveedor profesional de soluciones de montaje superficial para placas de circuito impreso flexibles (FPC)

En el ámbito de la fabricación de placas de circuito flexible (FPC) y la tecnología de montaje en superficie (SMT), Geyuan Electronics, gracias a sus años de experiencia técnica y en el sector, ofrece a sus clientes un servicio integral, desde el asesoramiento inicial en el diseño, la fabricación de FPC, la fabricación de plantillas, la soldadura SMT hasta la inspección y la corrección de defectos. La empresa cuenta con un conjunto completo de equipos profesionales, entre los que se incluyen máquinas SMT de alta precisión, hornos de reflujo sin plomo y equipos de inspección AOI/rayos X, y dispone de un equipo técnico con amplia experiencia. Controlamos rigurosamente cada proceso: desde el pretratamiento de las placas de circuito flexible hasta la colocación de componentes, desde la optimización del perfil de temperatura hasta la corrección de productos defectuosos, dando siempre prioridad a la “precisión, eficiencia y fiabilidad” para satisfacer las necesidades de SMT de FPC en diversos campos, como la electrónica de consumo, la electrónica de automoción y los dispositivos médicos. Geyuan Electronics se rige por un enfoque centrado en el cliente, personalizando soluciones SMT en función de las diferentes especificaciones de las placas de circuito flexible (FPC) y sus componentes, lo que garantiza un rendimiento estable del producto superior al 99,51 % y ofrece a los clientes servicios SMT de alta calidad y rentables, ayudándoles a llevar rápidamente sus productos a la producción en serie. Si necesita una fabricación a medida de grandes cantidades de FPC, póngase en contacto con nosotros para que le ayudemos.

Resumir

La tecnología de montaje superficial (SMT) de los circuitos flexibles (FPC) es un proceso muy utilizado en la fabricación de productos electrónicos, que desempeña un papel crucial a la hora de conectar componentes electrónicos y hacer que los circuitos funcionen. Conocer los métodos y procesos de montaje superficial de los FPC ayuda a los fabricantes a comprender y dominar mejor el proceso de fabricación, mejorando así la calidad y la fiabilidad del producto. Y lo que es más importante, para obtener FPC de alta calidad, es necesario tener en cuenta en la fase de diseño los posibles problemas que puedan afectar a los FPC. Este artículo resume los problemas que se plantean en nuestros proyectos diarios y describe cómo evitarlos durante el desarrollo final del montaje en superficie. Si necesita un fabricante profesional para la producción en serie de productos FPC personalizados, póngase en contacto con nosotros para solicitar nuestros servicios.