Quins reptes sorgeixen en soldar materials de PCB flexibles?

Les plaques de circuits impresos flexibles (FPC) ara es consideren essencials en diversos sectors de la fabricació electrònica degut al seu pes lleuger, mida compacta i flexibilitat sense danys als circuits. Aquesta és la raó per la qual s’han adoptat àmpliament en dispositius portables, equipaments mèdics, electrònica automotriu i altres aparells electrònics de consum. No obstant això, la soldadura de materials FPC representa un repte força diferent en comparació amb la soldadura de plaques de circuits rígides tradicionals. Per garantir que els productes siguin fiables i rendiment òptim, els fabricants han d’aplicar processos especialitzats i tècniques de manipulació adequades.

Sensibilitat tèrmica dels materials flexibles

Els problemes que sovint troben les PCB flexibles durant la soldadura són l’exposició a un nivell elevat de calor. De fet, normalment les PCB flexibles utilitzen poliimida o polièster com a sustrats, materials que, en general, són més prims i més sensibles a la calor que el material FR-4, molt habitual en les plaques de circuits rígids.

Per exemple, una temperatura excessiva pot provocar diversos problemes durant la soldadura, com ara:

• Deformació plàstica del sustrat
• Desplaçament o desenganxament de les capes de la placa
• Danys als materials adhesius
• Corbament del circuit flexible

Com que les PCB flexibles no són tan solides ni tan gruixudes com les tradicionals, no poden dissipar la calor de manera adequada. Per tant, el control precís de la temperatura esdevé realment imprescindible.

Per fer-ho, empreses com King Field depenen de perfils de refluït finament ajustats i de sistemes de monitorització de la temperatura que eviten la sobrecalentament del producte, tot i permetent la formació de bones unions soldades.

Inestabilitat mecànica durant la soldadura

A més de la calor, la debilitat mecànica representa un problema quan es solden materials de PCB flexibles. Mentre que les plaques rígides romanen planes durant tot el procés de muntatge i són molt fàcils de soldar, les flexibles, en canvi, poden corbar-se, torsionar-se o fins i tot desplaçar-se de la seva posició original durant la soldadura.

Els problemes diferents que poden aparèixer a la producció són:

• Desalineació dels components
• Unions de soldadura irregulars
• Dificultat en el muntatge automatitzat
• Precisió reduïda en la soldadura

L’ús de plaques portadores o reforços durant el muntatge és probablement el mètode més habitual que utilitzen els fabricants per resoldre aquest problema. D’aquesta manera, durant la soldadura, la PCB flexible es manté en posició plana, cosa que permet una col·locació precisa i unions de soldadura uniformes.

A més, King Field empra eines i fixacions especials dissenyades per mantenir els circuits flexibles en la seva posició durant la soldadura sense afectar la fiabilitat del muntatge.

Tensió als components i fiabilitat de les unions de soldadura

Una de les principals preocupacions derivades d’algunes muntatges de PCB flexibles que utilitzen la funció de flexió en el seu funcionament és l’esforç mecànic causat als unions de soldadura, ja que aquestes es solen flexionar repetidament, fent que les zones soldades dels components a la placa es dobleguin una i altra vegada. Aquesta és una preocupació real en la soldadura de muntatges de PCB flexibles dissenyats per a entorns dinàmics o canviant, com ara l’electrònica vestible o els sistemes automotius.

Això és el que la flexió contínua pot fer als unions de soldadura:

• Microfissuració dels unions de soldadura
• Pèrdua de components
• Discontinuïtat elèctrica

El fabricant, per exemple King Field, analitza amb molta atenció el disseny dels unions de soldadura i la disposició dels components com a dos factors que poden reduir l’esforç aplicat sobre aquests unions i, al mateix temps, garantir-ne la fiabilitat al llarg del temps.

Oxidació superficial i contaminació

Un altre problema del qual poden patir els materials de PCB flexibles durant el procés de soldadura és l’oxidació superficial. Aquests PCB flexibles tenen diferents acabats de superfície, com ara:

• ENIG (or per immersió sobre níquel autocatalític)
• OSP (preservant d'enganxada orgànic)
• Estany d'immersió o plata

La contaminació durant la manipulació o l'emmagatzematge serà una causa de reducció de la soldabilitat.

Una humectació inadequada pot provocar una soldadura molt feble, que pot causar ponts, connexions incompletes i unions soldades febles.

Els fabricants han implementat rigorosament controls ambientals i processos de neteja abans de la soldadura. Per exemple, King Field disposa de procediments de control de qualitat per garantir superfícies netes de PCB flexibles aptes per a la soldadura durant tot el procés productiu.

Manipulació i risc de danys

Degut al seu gruix reduït i a la seva fragilitat en comparació amb les plaques rígides, les PCB flexibles es poden danyar molt fàcilment, fins i tot de forma involuntària durant la soldadura. De fet, una manipulació inadequada pot provocar:

• Arrugaments o fissures al substrat
• Danys als traçats de coure
• Deteriorament de les pastilles de soldadura

Els procediments estrictes de manipulació són imprescindibles, especialment durant la soldadura, i han de ser seguits pels operaris i tècnics. A més, els robots que formen part de la línia de producció poden ser reconfigurats per tenir en compte també la naturalesa fràgil dels circuits flexibles.

Els procediments de manipulació clarament establerts i la formació dels operaris són les principals característiques del procés de fabricació de PCB flexibles a King Field.

Estructures complexes multicapa

A l’era de l’avanç de l’electrònica, hi ha molts PCB flexibles multicapa que poden incorporar més funcions; no obstant això, la soldadura de PCB flexibles multicapa també és un dels nous reptes associats a aquests PCB després de la soldadura:

• La calor no es distribueix uniformement
• Major risc de separació de la placa en capes
• Tensió interna entre capes.

Com que l’estructura multicapa en si mateixa és molt complexa, calen controls de procés excel·lents i els millors materials per garantir la integritat estructural de la placa.

No es veurà afectat durant la soldadura.

Des del principi, King Field no només ha posat un gran esforç en dominar els materials i els processos de producció de les plaques de circuits flexibles, sinó que també ha insistit constantment en la millora contínua dels seus mètodes per maximitzar la fiabilitat dels processos de soldadura en dissenys complexos de circuits flexibles.

Limitacions de disseny que afecten la soldadura

De fet, soldar correctament muntatges de PCB flexibles no és només un pas del procediment; comença, de fet, amb un disseny adequat. Només l’enfocament de disseny correcte pot fer que la feina de l’enginyer de soldadura sigui alhora senzilla i còmoda.

Elecció de la mida i la separació de les pastilles (pads)

Traçat de les pistes a prop de la zona on es farà la flexió

Desplaçament de la col·locació dels components fora de les zones flexibles

Ús d’un reforçador (stiffener) per als components grans

Sigui o no l’enginyer qui realitzi manualment la soldadura, la consideració d’aquests factors en la fase de disseny determina la qualitat de la soldadura obtinguda i la durabilitat global del producte.

Els fabricants King Field són famosos entre els clients com un equip excel·lent que treballa amb el client per assegurar-se que la disposició de les PCB flexibles es realitza d’una manera que faciliti processos de soldadura eficients i fiables.

Conclusió

Els PCB flexibles són un tipus de placa de circuit imprès que podria canviar completament l’aspecte i el funcionament dels dispositius electrònics. Permeten dissenys de dispositius molt més petits i extremadament flexibles. No obstant això, les tècniques de soldadura per a materials de PCB flexibles s’han desenvolupat de forma força diferent de les utilitzades per a les plaques rígides i, per tant, presenten un conjunt completament diferent de problemes que exigeixen habilitats especialitzades, tractament cuidadosos i controls rigorosos del procés. Els principals problemes són la sensibilitat tèrmica del material, la inestabilitat mecànica, la fiabilitat de les unions soldades, la contaminació de la superfície, els riscos durant la manipulació, la complexitat de les estructures multicapa i les limitacions de disseny. A més de recórrer a fabricants experts, també és necessari disposar d’equipaments de producció moderns i dels millors mètodes de soldadura per superar aquests problemes.

King Field té uns coneixements excepcionalment bons sobre la producció i el muntatge de circuits flexibles. Per tant, no només és capaç de proporcionar solucions de PCB flexibles d’alta qualitat, sinó que també pot acompanyar els clients en qualsevol pas del seu recorregut per la indústria electrònica, que evoluciona ràpidament. L’empresa sempre ha mantingut els estàndards de qualitat més elevats, al mateix temps que ha desenvolupat intensament la innovació de productes, i per això sempre ha estat capaç de dur a terme projectes fiables de PCB flexibles, garantint-ne la sostenibilitat a llarg termini.

Els propers anys, fins que l’electrònica flexible es desenvolupi cada cop més, serà la cosa més essencial per als fabricants de materials per a PCB flexibles dominar tant l’art com la ciència de la soldadura d’aquests materials si volen produir els millors nous productes electrònics.