En un libro blanco actual, Unimicron Alemania presenta las ventajas y posibles aplicaciones de una bobina planar basada en FR4 en comparación con un componente convencional.
Si observamos los innovadores sistemas electrónicos actuales, nos damos cuenta de que, por un lado, son cada vez más potentes y, por otro, cada vez más compactos. La carcasa y los componentes son cada vez más pequeños, mientras que las prestaciones aumentan. Ya no hay espacio suficiente en la placa de circuito impreso para garantizar la funcionalidad requerida.
Fig. 2: Bobina de WPC para transmitir energía y datosEsteequilibrio plantea grandes retos a muchos desarrolladores. La incrustación puede ser una posible solución. Se trata de integrar componentes pasivos o activos en la placa de circuito impreso. El concepto descrito en el libro blanco permite transformar una placa de circuito impreso pasiva en un componente activo basado en una multicapa definida.
Cuando las bobinas de alambre alcanzan sus límites
Basados en la interacción de campos eléctricos, muchos sensores y actuadores se realizan con inductores convencionales de bobinado de alambre. Si un conjunto electrónico está sometido a requisitos más exigentes, por ejemplo en el ámbito de la temperatura ambiente y las fluctuaciones de temperatura, los componentes convencionales suelen tener un efecto limitador en cuanto a clases de aislamiento y coeficiente de dilatación. En cambio, el uso alternativo de bobinas planas incrustadas en FR4 abre perspectivas inimaginables. Gracias a la avanzada tecnología de conductores ultrafinos, los nuevos materiales de base y las herramientas optimizadas de cálculo y simulación, se pueden realizar tanto los inductores planares más pequeños como aplicaciones de bobinas de alta resistencia a la corriente para la carga inalámbrica de energía (WPC), por ejemplo.
Cuando el FR4, la pista conductora de cobre y el núcleo se convierten en un solo componente
Fig.: 3: Transformadores y transformadores
Fig. 4: Micrografía de una bobina plana de FR4
Fig. 5: Tecnología de sensores para bobinas planas
Las bobinas personalizadas se fabrican en una moderna planta de producción orientada a la tecnología de conductores ultrafinos. Todos los parámetros necesarios se incorporan al cálculo digital y a la preparación de datos de la bobina. En una producción con un alto grado de automatización y salas blancas de clase 10.000, las pistas conductoras se registran y contactan con precisión en las capas interiores. Gracias al posicionamiento exacto y a la producción digitalizada, se consiguen valores de bobina óptimos, tolerancias mínimas y una reproducibilidad extremadamente alta. Con la innovadora tecnología de bobinas basadas en FR4, se pueden producir bobinados con un mayor nivel de relleno de cobre y simetrías precisas. Las bobinas planas de FR4 se caracterizan, en particular, por su elevada capacidad de transporte de corriente, su baja capacitancia parásita y su resistencia óhmica minimizada. También presentan mejores valores en cuanto a clase de aislamiento y coeficiente de dilatación, lo que aumenta la fiabilidad de los conjuntos. Las bobinas planas FR4 ofrecen una mayor flexibilidad en cuanto a tamaño y posibles variantes de contacto (pastillas, medios agujeros o clavijas).
La elevada densidad de integración y el alto nivel de relleno de cobre de las bobinas planas FR4 también tienen un efecto positivo en la integridad de la señal y la gestión térmica.
Cuando las ventajas superan a los inconvenientes
El uso de bobinas planas basadas en FR4 ofrece las siguientes ventajas sobre los inductores convencionales:
Fabricación:
- Tamaño reducido y altura plana
- Alto nivel de relleno de cobre en el mismo espacio
- Elevada capacidad de transporte de corriente
- Alta resistencia a vibraciones y oscilaciones
- Menos efectos peliculares gracias a los trayectos planos de los conductores
- Menor inductancia de fuga gracias a los trayectos cortos
- Alta precisión de las capas y producibilidad exacta
- Reproducibilidad en cualquier cantidad
- Combinación con otras tecnologías de PCB
Montaje:
- Bajo centro de gravedad del ensamblaje
- Sin puntos de transición con metales distintos del cobre debido a la incrustación en multicapa
- Utilización de procesos de montaje y ensamblaje normalizados
Reproducibilidad:
- Preparación y producción de datos totalmente digitales
- Ventana de tolerancia más estrecha relacionada con el proceso en un lote de producción y en pedidos posteriores
- Reglas de diseño y estructuras de capas definidas
Conclusión
Si el desarrollo actual de un sistema electrónico, ya sea nuevo o rediseñado, implica el uso de inductores y existen requisitos adicionales en términos de miniaturización o disipación del calor, el uso de la tecnología de bobinas basadas en FR4 puede ofrecer una solución óptima. Las bobinas planas de FR4 pueden incrustarse en una multicapa para ahorrar espacio, proporcionan valores óptimos y son muy fiables. Como componentes individuales, pueden colocarse en bandejas y encintarse para facilitar su procesamiento en el proceso estándar de montaje y ensamblaje. Los componentes FR4 son versátiles y pueden combinarse con otras tecnologías de placas de circuito impreso, como HDI Microvia o Semiflex. Si es necesario, se recomienda la coordinación durante la fase de desarrollo.
Ejemplos de aplicación
La tecnología de bobinas FR4 es versátil y puede utilizarse en una gran variedad de aplicaciones. Puede encontrar algunas aplicaciones prácticas en el libro blanco, que puede descargarse en el siguiente enlace.
https://unimicron.de/white-paper-download-planarspulen-auf-fr4-basis.html
Unimicron Germany (antes Ruwel) es un fabricante tradicional de placas de circuitos impresos en Alemania. La planta de capas internas, altamente automatizada, es una de las más modernas de Europa. La amplia gama de productos abarca desde placas de circuito impreso de tecnología estándar, como placas de circuito impreso de doble cara y multicapas de hasta 30 capas, hasta tecnologías más sofisticadas, como HDI, tecnologías de cobre grueso, placas de circuito impreso de alta frecuencia o semiflex. Unimicron fabrica muestras, lotes pequeños y medianos o grandes cantidades. Como unidad de negocio de alta fiabilidad del grupo tecnológico Unimicron, fabricante mundial de placas de circuito impreso, Unimicron Alemania tiene acceso directo a las plantas asiáticas asociadas.
