electrónica flexible

• Posibilidad de sustituir varias placas o conectores rígidos.
• Los circuitos de una sola cara son ideales para aplicaciones dinámicas o de alta flexibilidad.
• FPC apilados en diversas configuraciones

• Aumento de costes respecto a las placas de circuito impreso rígidas
• Mayor riesgo de daños durante la manipulación o el uso.
• Proceso de ensamblaje más difícil
• La reparación y el retrabajo pueden ser difíciles o imposibles.
• Generalmente, una peor utilización del panel resulta en un mayor costo.

Una aplicación común de los circuitos flexibles se encuentra en dispositivos de entrada como los teclados de ordenador; la mayoría de los teclados utilizan circuitos flexibles para la matriz de conmutación .

Las baterías flexibles son baterías, tanto primarias como secundarias, diseñadas para ser adaptables y flexibles, a diferencia de las baterías rígidas tradicionales.

En el sector automovilístico, los circuitos flexibles se utilizan en paneles de instrumentos, controles bajo el capó, circuitos que se ocultan en el revestimiento del techo del habitáculo, así como en sistemas ABS .

En los periféricos informáticos, los circuitos flexibles se utilizan en el cabezal de impresión móvil de las impresoras y para conectar señales al brazo móvil que transporta los cabezales de lectura/escritura de las unidades de disco.

Se han desarrollado células solares flexibles de película delgada para alimentar satélites . Estas células son ligeras, se pueden enrollar para su lanzamiento y son fáciles de desplegar, lo que las hace ideales para esta aplicación. También se pueden coser en mochilas o prendas de vestir exteriores, ^{[ 2 ]} entre muchos otros tipos de aplicaciones orientadas al consumidor.

Los crecientes mercados relacionados con la electrónica flexible y/o portátil, como los sistemas IoT autoalimentados , han impulsado el desarrollo de células fotovoltaicas (FV) de película delgada flexibles con el fin de mejorar la autonomía energética de estos dispositivos fuera de la red. ^{[ 3 ]} Se ha demostrado que esta clase de tecnologías FV ya es capaz de alcanzar altas eficiencias de conversión de energía solar en electricidad, al nivel de las células solares rígidas basadas en obleas, particularmente cuando se integran con estructuras efectivas de captura de luz. Estos esquemas fotónicos permiten una alta absorción de banda ancha en los materiales absorbentes FV delgados, a pesar de su menor espesor requerido para la flexibilidad mecánica. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

En diciembre de 2021, ingenieros de la Universidad de Keio en Tokio y de la Universidad de Stanford anunciaron la creación de circuitos semiconductores elásticos y con apariencia de piel. En el futuro, estos dispositivos electrónicos portátiles podrían utilizarse para enviar datos de salud a los médicos de forma inalámbrica. ^{[ 6 ]}

La electrónica impresa se utiliza o se está considerando, incluyendo sensores inalámbricos en envases, parches cutáneos que se comunican con internet y edificios que detectan fugas para permitir el mantenimiento preventivo . La mayoría de estas aplicaciones aún se encuentran en las etapas de prototipado y desarrollo. ^{[ 7 ]} Existe un interés particularmente creciente en los sistemas electrónicos inteligentes flexibles, incluyendo dispositivos fotovoltaicos, de detección y de procesamiento, impulsado por el deseo de extender e integrar los últimos avances en tecnologías (opto)electrónicas en una amplia gama de productos de consumo de bajo costo (incluso desechables) de la vida cotidiana, y como herramientas para unir los mundos digital y físico. ^{[ 8 ]}

La empresa noruega ThinFilm demostró la memoria orgánica impresa rollo a rollo en 2009. ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

Otra empresa, Rotimpres, con sede en España, ha introducido con éxito aplicaciones en diferentes mercados, como por ejemplo: calentadores para muebles inteligentes o para evitar el empañamiento y interruptores capacitivos para teclados en electrodomésticos y máquinas industriales. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

Los circuitos flexibles de una sola cara tienen una capa conductora hecha de un metal o un polímero conductor (con relleno de metal) sobre una película dieléctrica flexible . Las características de terminación de los componentes son accesibles solo desde un lado. Se pueden formar orificios en la película base para permitir el paso de los cables de los componentes para la interconexión, normalmente mediante soldadura . Los circuitos flexibles de una sola cara se pueden fabricar con o sin recubrimientos protectores, como capas de recubrimiento o cubiertas, aunque el uso de un recubrimiento protector sobre los circuitos es la práctica más común. El desarrollo de dispositivos de montaje superficial sobre películas conductoras depositadas por pulverización catódica ha permitido la producción de películas LED transparentes, que se utilizan en vidrios LED , pero también en compuestos de iluminación automotriz flexibles.

Los circuitos flexibles de doble acceso, también conocidos como circuitos flexibles con la parte posterior al descubierto, son circuitos flexibles que poseen una sola capa conductora, pero permiten el acceso a ciertas características del patrón conductor desde ambos lados. Si bien este tipo de circuito presenta ventajas, los requisitos de procesamiento especializados para acceder a dichas características limitan su uso.

La fabricación de circuitos flexibles con formas específicas implica un método especial de grabado en varias etapas que da como resultado un circuito flexible con conductores de cobre acabados , cuyo grosor varía en diferentes puntos a lo largo de su longitud (es decir, los conductores son delgados en las zonas flexibles y gruesos en los puntos de interconexión).

Los circuitos flexibles de doble cara tienen dos capas conductoras. Se pueden fabricar con o sin orificios metalizados pasantes , aunque la variante con orificios metalizados pasantes es mucho más común. Cuando se construyen sin orificios metalizados pasantes pasantes, las características de conexión se acceden desde un solo lado, y el circuito se define como un "Tipo V (5)" según las especificaciones militares. Debido a los orificios metalizados pasantes pasantes, se proporcionan terminaciones en ambos lados del circuito, lo que permite colocar componentes en cualquiera de los lados. Dependiendo de los requisitos de diseño, los circuitos flexibles de doble cara se pueden fabricar con capas de recubrimiento protectoras en uno, ambos o ninguno de los lados del circuito completo, pero lo más común es producirlos con la capa protectora en ambos lados. Una ventaja importante es que permite conexiones cruzadas fáciles. Muchos circuitos de una sola cara se construyen sobre un sustrato de doble cara debido a las conexiones cruzadas. Un ejemplo de este uso es el circuito que conecta una alfombrilla de ratón a la placa base. Todas las conexiones de ese circuito se encuentran solo en un lado del sustrato, excepto una pequeña conexión cruzada que utiliza el otro lado.

Los circuitos flexibles con tres o más capas de conductores se conocen como circuitos flexibles multicapa. Generalmente, las capas se interconectan mediante orificios metalizados, aunque esto no es obligatorio, ya que es posible crear aberturas para acceder a componentes de nivel inferior del circuito. Las capas pueden estar laminadas de forma continua o discontinua a lo largo de toda la estructura, con excepción de las zonas ocupadas por los orificios. La laminación discontinua es común cuando se requiere máxima flexibilidad. Esto se logra dejando sin unir las zonas donde se producirá la flexión o el doblado.

Los circuitos rígido-flexibles son híbridos, ya que combinan sustratos rígidos y flexibles laminados en una sola estructura. No se trata de circuitos flexibles rigidizados, que son circuitos flexibles a los que se les añade un refuerzo para soportar el peso de los componentes. Un circuito flexible rigidizado o reforzado puede tener una o más capas conductoras. Estos términos se refieren a productos muy diferentes.

Las capas suelen estar interconectadas mediante orificios metalizados. Los circuitos rígido-flexibles son frecuentemente elegidos por diseñadores de productos militares y, cada vez más, en productos comerciales. Compaq Computer optó por este enfoque para las placas de sus computadoras portátiles en la década de 1990. Si bien la placa de circuito impreso (PCBA) rígido-flexible principal de la computadora no se flexionaba durante su uso, los diseños posteriores de Compaq utilizaron circuitos rígido-flexibles para el cable de la pantalla articulada, superando decenas de miles de flexiones durante las pruebas. Para 2013, el uso de circuitos rígido-flexibles en computadoras portátiles de consumo se había generalizado.

Los tableros rígido-flexibles suelen ser estructuras multicapa; sin embargo, en ocasiones se utilizan construcciones de dos capas metálicas. ^{[ 17 ]}

Los circuitos flexibles de película gruesa de polímero (PTF) imprimen elementos de circuito sobre una película de polímero. Generalmente son estructuras de una sola capa conductora, aunque se pueden imprimir dos o más capas metálicas secuencialmente, separadas por capas aislantes impresas. Si bien su conductividad es menor y, por lo tanto, se limitan a ciertas aplicaciones, los circuitos PTF se han consolidado en aplicaciones de baja potencia con voltajes ligeramente superiores. Los teclados son un ejemplo común.

El material base es la película de polímero flexible que sirve de soporte para el laminado. En circunstancias normales, el material base del circuito flexible proporciona la mayoría de las propiedades físicas y eléctricas primarias del mismo. En el caso de circuitos sin adhesivo, el material base proporciona todas las propiedades características.

Si bien es posible una amplia gama de espesores, la mayoría de las películas flexibles se ofrecen en un rango estrecho de dimensiones relativamente delgadas, de 12  μm a 125  μm (1/2 mil a 5 mils), aunque también es posible obtener materiales más delgados y más gruesos. Los materiales más delgados son, por supuesto, más flexibles y, en la mayoría de los casos, el aumento de rigidez es proporcional al cubo del espesor. Así, por ejemplo, si el espesor se duplica, el material se vuelve ocho veces más rígido y solo se deformará 1/8 de la deformación anterior bajo la misma carga.

Existen diversos materiales utilizados como películas base, entre ellos: poliéster (PET, tereftalato de polietileno), poliimida (PI), naftalato de polietileno (PEN), polieterimida (PEI), además de varios fluoropolímeros (FEP) y copolímeros. Las películas de poliimida son las más comunes debido a su combinación de ventajosas propiedades eléctricas, mecánicas, químicas y térmicas. El PET también es común debido a su bajo costo. El PET no es tan resistente (requiere películas más gruesas) y tiene menor resistencia térmica. Por otro lado, no es tan sensible a la humedad y puede fabricarse completamente transparente. ^{[ 18 ]}

Los adhesivos se utilizan como medio de unión para la fabricación de laminados. En lo que respecta a la resistencia a la temperatura, el adhesivo suele ser el factor limitante del rendimiento de un laminado, especialmente cuando la poliimida es el material base. Debido a las dificultades iniciales asociadas con los adhesivos de poliimida, muchos circuitos flexibles de poliimida emplean actualmente sistemas adhesivos de diferentes familias de polímeros. Sin embargo, algunos adhesivos termoplásticos de poliimida más recientes están logrando avances significativos.

Al igual que las películas base, los adhesivos vienen en diferentes grosores. La selección del grosor suele depender de la aplicación. Por ejemplo, se suelen utilizar diferentes grosores de adhesivo para crear capas de recubrimiento que se adapten a los distintos grosores de lámina de cobre que puedan encontrarse.

Una lámina metálica se utiliza comúnmente como elemento conductor de un laminado flexible. Esta lámina es el material a partir del cual se graban las pistas del circuito. Existe una amplia variedad de láminas metálicas de diferentes espesores para elegir y crear un circuito flexible; sin embargo, las láminas de cobre son las más utilizadas en la gran mayoría de las aplicaciones de circuitos flexibles. El excelente equilibrio entre costo y rendimiento físico y eléctrico del cobre lo convierte en una opción ideal. De hecho, existen muchos tipos diferentes de lámina de cobre. El IPC identifica ocho tipos diferentes de lámina de cobre para circuitos impresos, divididos en dos categorías mucho más amplias: electrodepositada y forjada, cada una con cuatro subtipos. Como resultado, hay varios tipos de lámina de cobre disponibles para aplicaciones de circuitos flexibles, que se adaptan a los diversos propósitos de los diferentes productos finales. En la mayoría de las láminas de cobre, se suele aplicar un tratamiento superficial delgado en una de sus caras para mejorar su adhesión a la película base. Las láminas de cobre son de dos tipos básicos: forjadas (laminadas) y electrodepositadas, y sus propiedades son bastante diferentes. Las láminas laminadas y recocidas son la opción más común; sin embargo, las películas más delgadas que se someten a galvanoplastia están ganando cada vez más popularidad.

En ciertos casos no estándar, el fabricante del circuito puede verse obligado a crear un laminado especial utilizando una lámina metálica alternativa específica, como una aleación de cobre especial u otra lámina metálica en la construcción. Esto se logra laminando la lámina a una película base con o sin adhesivo, según la naturaleza y las propiedades de dicha película base.