Proceso de producción de PCB rígido-flexible multicapa: Guía paso a paso e información de la industria

Los PCB rígidos flexibles multicapa representan una innovación híbrida en electrónica, que combina la estabilidad estructural de los PCB rígidos con la flexibilidad de los circuitos flexibles.Este diseño único permite que los dispositivos se doblen, plegar o ajustarse a espacios reducidos, críticos para aplicaciones modernas como teléfonos inteligentes plegables, sensores de automóviles e implantes médicos, al tiempo que soportan circuitos densos y multicapa.su proceso de producción es mucho más complejo que el de los PCB rígidos o flexibles tradicionales, que requiere materiales especializados, laminación de precisión y manipulación cuidadosa de segmentos flexibles.

Esta guía desmitifica el proceso de producción de PCB rígidos-flexibles multicapa, desde la selección del material hasta la prueba final.y las mejores prácticas críticas para garantizar la fiabilidadSi usted es un ingeniero que diseña para la miniaturización o un fabricante que amplía la producción,Comprender este proceso le ayudará a aprovechar todo el potencial de la tecnología de rígido-flex multicapa.

¿Qué son los PCB rígidos y flexibles de múltiples capas?
Antes de sumergirse en la producción, es esencial definir los PCB rígidos flexibles multicapa y su valor único:

1Estructura: Consisten en capas rígidas alternas (normalmente FR-4) y capas flexibles (por ejemplo, poliimida), conectadas a través de vías revestidas para formar un solo circuito integrado.
2.Ventaja clave: a diferencia de los PCB rígidos (forma fija) o los PCB flexibles (número de capas limitado), los diseños de rígido flexible multicapa admiten 4 ∼20 capas de circuitos al tiempo que permiten la flexión en áreas específicas (por ejemplo,una bisagra de teléfono plegable).
3.Usos comunes: electrónica plegable, módulos ADAS automotrices, dispositivos médicos portátiles y sensores aeroespaciales: aplicaciones donde el espacio, el peso y la durabilidad no son negociables.

Su proceso de producción debe equilibrar dos necesidades contradictorias: la precisión requerida para los circuitos multicapa y la flexibilidad para evitar dañar las capas flexibles durante la fabricación.

Paso 1: Selección del material La base de PCB rígidos-flexibles confiables
La elección del material es decisiva para los PCB rígidos flexibles multicapa, ya que cada componente debe soportar el calor de la laminación, los ciclos de flexión y los entornos de uso final.A continuación se muestra un desglose de los materiales críticos y sus especificaciones:

Consideraciones esenciales
1Compatibilidad flexible-rígida: los adhesivos deben coincidir con el coeficiente de expansión térmica (CTE) de los sustratos flexibles y rígidos para evitar la deformación durante la laminación.Los núcleos flexibles de poliimida se combinan mejor con adhesivos epoxi (CTE ~ 20 ppm/°C) para minimizar el estrés.
2.Durabilidad de la capa flexible: Utilice cobre requejado laminado (RA) para rastros flexibles. Su ductilidad soporta más de 10.000 ciclos de flexión, en comparación con 1.000 ∼ 2.000 ciclos para el cobre electrodepositado (ED).
3Aplicaciones de alta temperatura: para el uso automotriz o aeroespacial, seleccione sustratos flexibles LCP (polímero de cristal líquido), que mantengan la flexibilidad a 200 °C+ y resistan a los productos químicos.

Paso 2: Proceso de producción rígido-flexible de múltiples capas paso a paso
El proceso de producción integra la fabricación de PCB rígidos (laminado, perforación) con técnicas de PCB flexibles (manejo de sustratos delicados, evitando pliegues).

Fase 1: Preproducción y preparación del material
Antes del patrón de circuito, los materiales se preparan para garantizar la uniformidad y la adhesión:

1.Preparación del núcleo flexible:
a. Los sustratos flexibles (por ejemplo, poliimida de 50 μm) se limpian con alcohol isopropílico para eliminar los aceites y los contaminantes de polvo que causan fallas del adhesivo.
La lámina de cobre (12μ35μm de cobre RA) se lamina a ambos lados del núcleo flexible utilizando calor (180 °C) y presión (300 psi), formando un laminado revestido de cobre flexible (CCL).
2.Preparación de núcleos rígidos:
a. Los sustratos rígidos (por ejemplo, FR-4 de 1,6 mm) se cortan hasta alcanzar el tamaño del panel (normalmente 18 ′′ x 24 ′′) y se aburren para eliminar los bordes afilados.
b. La lámina de cobre (35 ‰ 70 μm de cobre ED) se une al núcleo rígido mediante laminación térmica, creando la base para las capas de circuito rígido.

Fase 2: Diseño de circuitos (capas flexibles y rígidas)
El patrón crea rastros conductores en capas flexibles y rígidas, utilizando fotolitografía y grabado:

1.Fotoresistente Aplicación:
a. Se aplica una resistencia fotosensible (película líquida o seca) a los laminados flex y rígidos revestidos de cobre. Para las capas flex, se utiliza una resistencia flexible para evitar las grietas durante la manipulación.
2Exposición y desarrollo:
a.La resistencia se expone a la luz UV a través de una fotomáscara (con el patrón del circuito).La resistencia no expuesta se lava con una solución de desarrollo, dejando los rastros de cobre a ser grabados expuestos.
3- El grabado:
a. Capas flexibles: sumergidas en un incrustador suave (persulfato de amonio) para eliminar el cobre no deseado, el tiempo de incrustación se reduce en un 20% en comparación con las capas rígidas para evitar dañar el sustrato de poliimida.
b. Capas rígidas: grabadas con cloruro férrico o cloruro de cobre, estándar para FR-4.
4- Resista el desnudamiento:
a. El fotoresistente restante se elimina con un disolvente (por ejemplo, hidróxido de sodio), revelando el patrón del circuito final tanto en las capas flexibles como en las rígidas.

Fase 3: Laminación ️ Enlaces de capas flexibles y rígidas
La laminación es el paso más crítico en la producción rígida-flex, ya que debe unir capas sin arrugar los segmentos flexibles o dañar los circuitos:

1.Corte por adhesivo:
a. Las láminas adhesivas (por ejemplo, a base de epoxi) se cortan con láser para que coincidan con el tamaño del panel, con aberturas para vías y áreas flexibles (para evitar la unión de segmentos flexibles a capas rígidas).
2.Capa de acoplamiento:
a. Las capas se alinean utilizando marcas fiduciarias (círculos de cobre de 1 mm) para garantizar el registro de vía y rastreo (tolerancia ± 0,02 mm).Capas rígidas → adhesivas → flexibles → adhesivas → rígidas.
3.Laminado controlado:
a.La pila se presiona en un laminador al vacío a 160-180 °C y 400-500 psi durante 30-60 minutos. El vacío elimina las burbujas de aire, mientras que la presión gradual evita el arrugamiento de la capa flexible.
b. Para los diseños de alta capa (10+ capas), se utiliza la laminación secuencial: se añaden capas una a la vez, con curado intermedio para mantener la alineación.

Fase 4: Perforación Crear vías para la conectividad de capas
Las vías (agujeros que conectan las capas) se perforan después de la laminación, con técnicas adaptadas a las zonas flexibles y rígidas:

1- Planificación de la perforación:
a.Los archivos Gerber especifican a través de ubicaciones: agujeros a través (conectar todas las capas), vías ciegas (conectar capas externas a internas) y vías enterradas (conectar solo capas internas).2 mm) para evitar el agrietamiento.
2.Métodos de perforación:
a. Perforación mecánica: se utiliza para capas rígidas (con un diámetro ≥ 0,2 mm) con taladros de carburo (30.000 RPM) para asegurar agujeros limpios.
b.Perforación por láser: se utiliza para capas flexibles y microvias (≤ 0,15 mm) con láseres UV. Minimiza el daño térmico a los sustratos de poliimida.
3- Desaburrir y desmanchar:
a. Capas flexibles: el grabado con plasma elimina los manchas de resina de las paredes (evitando cortocircuitos) sin abrusar el delicado sustrato.
b. Capas rígidas: limpieza química (utilizando permanganato de potasio) a través de las paredes para el revestimiento.

Fase 5: Aplicación de chapa
Revestimiento de las capas a través de las paredes con cobre para conectar capas y añade acabados superficiales para la solderabilidad:

1.Cobre con revestimiento sin electro:
a. Una capa fina de cobre (0,5 μm) se deposita en las paredes y en los circuitos a través de una reacción química (sin electricidad), creando una base para el galvanizado.
2- El electroplacado:
a. El panel se sumerge en un baño de sulfato de cobre, con una corriente eléctrica (2 ′4 A/dm2) que eleva el grosor del cobre a 15 ′25 μm, lo cual es crítico para una baja resistencia mediante conexiones.Las zonas flexibles utilizan una menor densidad de corriente (1.5·2 A/dm2) para evitar el agrietamiento del cobre.
3Aplicación de acabados de superficie:
a.ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold): preferido para zonas flexibles ̇ la ductilidad del oro resiste la flexión; el níquel previene la difusión del cobre.
b. HASL (nivelación por soldadura con aire caliente): se utiliza para zonas rígidas (efectivo en términos de costes, buena solderabilidad).
c.OSP (conservante orgánico de soldadura): ideal para productos electrónicos de consumo de gran volumen (bajo costo, superficie plana).

Fase 6: Máscara de soldadura y serigrafía
La máscara de soldadura protege las huellas, mientras que la serigrafía agrega etiquetas de componentes. Ambas deben acomodar áreas flexibles:

1.Aplicación de máscaras de soldadura:
a. La máscara de soldadura de poliimida fotográfica líquida (LPI) se imprime en pantalla en el panel. Las zonas flexibles utilizan una formulación de máscara más flexible (elongación ≥100%) para evitar grietas durante la flexión.
b. La exposición y el desarrollo a los rayos UV definen las aberturas de las almohadillas y las vías; la máscara se endurece a 150 °C durante 60 minutos.
2Impresión en serigrafía:
a.La tinta a base de poliuretano se imprime en áreas rígidas (las áreas flexibles evitan la serigrafía, ya que la tinta se agrieta durante la flexión).

Fase 7: Enrutamiento y aislamiento de los PCB individuales
El enrutamiento corta el panel en PCB individuales rígidos y flexibles, con especial cuidado para los segmentos flexibles:

1. Instalaciones de los paneles:
a. El panel está montado en un marco rígido para estabilizar las áreas flexibles durante el enrutamiento, evitando el desgarro.
2. Enrutamiento CNC:
a.Un router CNC con un molino de extremo de 0,8 mm corta alrededor del perímetro del PCB. Las áreas flexibles se dirigen con una velocidad de alimentación más lenta (50 mm/min vs 100 mm/min para rígidos) para evitar el desgaste.
3.Singularidad:
a.Para la producción de grandes volúmenes, el enrutamiento láser se utiliza para las áreas flexibles, creando bordes limpios sin esfuerzo mecánico.

Fase 8: Pruebas y control de calidad
Los PCB rígidos y flexibles se someten a pruebas rigurosas para garantizar su fiabilidad eléctrica y mecánica:

Análisis comparativo de los tipos de PCB rígidos y flexibles multicapa frente a otros tipos de PCB
Para comprender por qué se elige el flexible rígido para aplicaciones específicas, comparemos su producción y rendimiento con las alternativas:

Desafíos y soluciones de producción críticos
La producción multicapa rígida-flex se enfrenta a obstáculos únicos que se abordan con técnicas especializadas:

1.Flexibilidad de las capas durante la laminación
a. Desafío: la presión desigual hace que los segmentos flexibles se pongan, dañando huellas.
b.Solución: utilizar laminadores al vacío con rampas de presión programables (aumento gradual de 100 a 500 psi) y almohadillas de silicona para distribuir la presión de manera uniforme.
2.Via la uniformidad de la chapa en las zonas flexibles
a.Desafío: las vías pequeñas (≤ 0,15 mm) en las capas flexibles sufren de recubrimiento delgado.
b.Solución: Aumentar la temperatura del baño de cobre sin electrolicio a 45°C (frente a 40°C para el rígido) y añadir tensioactivos para mejorar el flujo de la solución en vías pequeñas.
3.Delaminación en límites flexibles y rígidos
a. Desafío: Fallo de adhesión entre capas flexibles y rígidas debido a la falta de correspondencia de CTE.
b.Solución: utilizar adhesivos híbridos acrílico-epoxi (CTE ~ 18 ppm/°C) y precurar las capas flexibles a 120°C antes de la laminación final.
4.Retrato de grietas durante la flexión
a.Desafío: las huellas de cobre en las zonas flexibles se agrietan después de doblarse repetidamente.
b.Solución: utilizar el cobre RA (dúctil) y diseñar ángulos de traza de 45° (no 90°) para distribuir la tensión; añadir bucles de alivio de tensión en los segmentos flexibles.

Ventajas de los PCB rígidos flexibles multicapa (impulsados por el proceso de producción)
El proceso de producción especializado ofrece ventajas únicas sobre los PCB tradicionales:

a.Ahorro de espacio: integra múltiples PCB rígidos en un diseño, reduciendo el número de conectores en un 50~70% (por ejemplo, una bisagra de un teléfono plegable utiliza 1 PCB rígido-flex en lugar de 3 PCB rígidos separados).
b.Reducción de peso: 30~40% más ligero que los PCB rígidos equivalentes, crítico para los dispositivos aeroespaciales y portátiles.
c.Aumento de la confiabilidad: Menos conectores significan menos puntos de falla  Las tasas de falla en el campo son un 60% más bajas que las PCB rígidas con conexiones por cable, según los datos IPC.
d. Libertad de diseño: permite el embalaje 3D (por ejemplo, envolver un motor) y los factores de forma plegables imposibles con PCB rígidos.

Aplicaciones industriales de los PCB rígidos flexibles multicapa
El proceso de producción está adaptado a las necesidades de los sectores clave:
1Electrónica de consumo
a.Teléfonos plegables (por ejemplo, Samsung Galaxy Z Fold): los PCB rígidos flexibles de múltiples capas en bisagras admiten más de 20 capas de circuitos, lo que permite más de 200.000 ciclos de flexión.
b.Dispositivos portátiles (por ejemplo, Apple Watch): diseños rígidos y flexibles delgados (0,5 mm) que se adaptan a las muñecas y albergan 6 ∼8 capas de sensores y procesadores.

2. Automotrices
a. Sensores ADAS: las PCB rígidas y flexibles se doblan alrededor de los marcos del vehículo, conectando cámaras, radar y LiDAR, a pesar de las temperaturas de -40°C a 125°C.
b.Sistemas de gestión de baterías de vehículos eléctricos (BMS): los segmentos flexibles recorren la energía entre las células de la batería, reduciendo el peso en un 35% en comparación con los PCB rígidos.

3. Dispositivos médicos
a.Pacemakers implantables: capas flexibles de poliimida biocompatibles y 4 a 6 capas de circuitos que encajan en volúmenes de 1 cm3, resistentes a los fluidos corporales.
b. sondas de ultrasonido portátiles: las PCB rígidas y flexibles se doblan para que coincidan con las formas de las sondas, manteniendo la integridad de la señal para obtener imágenes de alta resolución.

4Aeroespacial y Defensa
a. Antenas de satélite: PCB rígidos flexibles ligeros (30 g por tabla) que se pliegan en los vehículos de lanzamiento y se despliegan en el espacio, resistiendo la radiación y el frío extremo.
b.Headsets militares: Los segmentos flexibles se adaptan a los oídos del usuario, mientras que las capas rígidas albergan chips de comunicación que cumplen con las normas de vibración MIL-STD-883.

Preguntas frecuentes
P: ¿Cuál es el número máximo de capas en un PCB rígido-flex multicapa?
R: La mayoría de los fabricantes producen diseños de 4 a 12 capas, pero los procesos avanzados (laminado secuencial) pueden lograr más de 20 capas para aplicaciones aeroespaciales y médicas.

P: ¿Cuánto tiempo se tarda en producir PCB rígidos-flexibles multicapa?
R: Los prototipos tardan 2-3 semanas (debido a la laminación y las pruebas especializadas); la producción en gran volumen (10k+ unidades) tarda 4-6 semanas.

P: ¿Pueden los PCB rígidos y flexibles utilizar componentes de montaje superficial (SMD) en áreas flexibles?
R: Sí, pero los componentes deben ser "flexibles" (por ejemplo, resistencias de chips ≤ 0603, sin IC grandes) para evitar agrietarse durante la flexión.El volumen de la pasta de soldadura se reduce en un 30% en las áreas flexibles para evitar el estrés articular.

P: ¿Cuál es el radio de curvatura mínimo para un PCB rígido-flex multicapa?
R: Por lo general, el grosor de la capa flexible es 5×10x (por ejemplo, una capa de poliimida de 50μm tiene un radio de curvatura mínimo de 250×500μm).

P: ¿Son los PCB rígidos flexibles de múltiples capas compatibles con la Directiva RoHS?
R: Sí, se utilizan materiales como soldadura libre de plomo, adhesivos libres de halógenos y poliimida compatible con RoHS.

Conclusión
El proceso de producción de PCB rígidos-flexibles multicapa es una maravilla técnica, que equilibra la precisión de la fabricación rígida multicapa con la delicadeza del manejo de circuitos flexibles.De la selección del material (poliimida para flexibilidad, FR-4 para rígido) a la laminación controlada y el enrutamiento láser, cada paso está optimizado para crear tablas que son compactas, duraderas y versátiles.

Aunque los costes de producción son más elevados que los de los PCB tradicionales, los beneficios son ahorros de espacio, reducción de peso,El uso de PCB rígidos-flexos en múltiples capas es indispensable para la innovación en los PCB plegables.Para los fabricantes, la industria automotriz, la médica y la aeroespacial.La asociación con especialistas con experiencia en la producción de material rígido flexible (y el seguimiento de un estricto control de calidad) es clave para aprovechar estos beneficios.

A medida que los dispositivos continúan reduciéndose y demandan más funcionalidad, el papel de los PCB rígidos flexibles multicapa sólo crecerá impulsado por los avances en las técnicas de producción que reducen los costes y mejoran el rendimiento.