¿Cuándo debería usar cables de circuito impreso flexible?

Una pregunta común cuando se trata de diseño de PCB es "¿Cuándo debo usar un circuito flexible?" Esa pregunta podría venir de alguien que usa una solución de cables y alambres, alguien que usa materiales de PCB rígidos o incluso alguien completamente nuevo en el diseño de PCB. En un blog anterior, repasamos las ventajas de usar cables de circuito impreso flexible:

• Resuelve un problema de empaquetado
• Reduce el espacio y peso necesarios
• Costos de ensamblaje reducidos 
• Facilita el flexionado dinámico
• Gestión térmica 
• Mejora la estética del producto 
• Biocompatibilidad
• Mayor fiabilidad y disminución de la oportunidad de error por parte del operador 

Mientras hay muchas razones para cambiar a construcción de circuitos flexibles o rigid-flex, las dos razones predominantes son resolver un problema de empaquetado o reducir el espacio y peso del paquete electrónico, que a menudo están interrelacionados. El Espacio, Peso y Empaquetado, (SWaP por sus siglas en inglés) continuará siendo una fuerza impulsora en el diseño de cables de PCB flexibles. La construcción flex y rigid-flex puede eliminar conexiones voluminosas y pesadas de cables y soldadura, ahorrando a menudo un 60% o más en peso y espacio mientras reduce el tamaño general del paquete. No es difícil imaginar un circuito flex delgado y elegante como un beneficio para esta limitación.

Los materiales de cable de circuito flexible también están diseñados para ser doblados, plegados y flexionados. Esto permite a un diseñador colocar componentes electrónicos y otros elementos funcionales en la posición óptima dentro del sistema electrónico y usar el circuito flexible o la construcción rigid-flex para proporcionar conexión en 3 ejes, sin piezas discretas. Aquí es donde la imaginación de un diseñador de PCB se vuelve críticamente importante. El flex puede ser fabricado en casi cualquier forma, doblado y plegado alrededor de esquinas, y diseñado para moverse hacia arriba y sobre una característica en el sistema electrónico mientras reduce peso y espacio. 

Una de mis actividades favoritas es trabajar con diseñadores e ingenieros que están considerando usar circuitos flexibles o rígido-flexibles para sus aplicaciones. Como dice el dicho, una imagen vale más que mil palabras y yo afirmaría que el mismo concepto se puede aplicar a los cables de circuito impreso flexible. Debido a que la imaginación de un diseñador impulsa muchas de las aplicaciones "perfectas" de flex, las muestras de flex a menudo desencadenan ideas creativas. "¡Oh! Creo que algo así podría resolver el problema en el que estamos trabajando" es una declaración común. Además, el momento en que ves a alguien iluminarse con una idea, y sabes que algo interesante está a punto de surgir de la discusión. Algunas de las cosas comunes que impulsan estas ideas son colas de flex con formas únicas, dividiéndose en diferentes direcciones, (¿quién sabía que se podía hacer eso?) circuitos doblados en formas tridimensionales, y rígido-flex densamente enrutados con colas que reducen significativamente el espacio necesario en el empaquetado.

Pensé que sería interesante terminar este blog con diferentes ejemplos de aplicaciones que han utilizado circuitos flex y rígido-flex para resolver problemas de empaquetado y reducir espacio y peso con la esperanza de que estimulen algunos pensamientos creativos sobre maneras en que el flex podría ser utilizado en una aplicación próxima.

A menudo lidero una presentación sobre el diseño de circuitos flexibles con la historia de una búsqueda y rescate por parte de la policía, tratando de localizar a una niña pequeña que había corrido hacia un campo de maíz alto y denso. Las herramientas que utilizaron esa noche incluían el GPS del tractor que había plantado el campo, drones para volar sobre los campos, helicópteros con imágenes infrarrojas para una perspectiva más amplia, y todo comunicándose vía radios de 800 megahercios o teléfonos móviles.  La razón por la que uso ese ejemplo es que TODAS esas herramientas desplegadas contienen circuitos flexibles o rígido-flexibles dentro del sistema electrónico.  Es fácil imaginar cómo el flex fue beneficioso para el peso, el espacio y el empaquetado en esas aplicaciones.

Los dispositivos portátiles son otra forma fácil de imaginar una aplicación para materiales de cable de circuito flexible. Eso podría ser algo que se lleva en la ropa, utilizado para el seguimiento de la actividad física, o una aplicación médica portátil.  De nuevo, es fácil entender cómo un cable de circuito impreso flexible es perfecto para productos que van a ser llevados en el cuerpo, proporcionando un peso más ligero y la capacidad de absorber el movimiento de una manera que el cable de alambre y cable o las placas de circuito rígido-flexible no pueden.

Las aplicaciones portátiles son otro gran ejemplo. Los smartphones de hoy contienen algunas de las construcciones de cables rígido-flexibles más complejas que he visto y, sin embargo, están empaquetados en algo que todos podemos llevar fácilmente en nuestros bolsillos. Eso no sería posible sin materiales ligeros y flexibles que ayudan en el peso y el empaquetado.

Otro área de aplicación en la que la flexibilidad es crítica es en la industria automotriz. No solo el peso es el enemigo de la economía de combustible, sino que los vehículos de hoy contienen más electrónica de la que hemos visto nunca y se espera que esa tendencia continúe. Sensores, sistemas de navegación y la conexión de sensores ABS y de airbag, son solo algunas de las aplicaciones de cables de circuito impreso flexible en vehículos.

Para responder a esa pregunta original, “¿Cuándo debo usar un circuito flexible?”, hay respuestas obvias como cuando se intenta ajustar electrónica más compleja en un paquete más pequeño, cuando la capacidad de conectar en 3 dimensiones es crítica y cuando el peso es una preocupación. Estos son todos desafíos comunes que enfrenta un diseñador de PCB. Mi desafío para ti aquí es detenerte por unos minutos, activar tu imaginación y pensar en maneras en que los materiales flexibles podrían resolver tu próximo desafío de diseño.

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