แนวโน้มการพัฒนาไปสู่การย่อขนาดและการทำงานได้หลายฟังก์ชันของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ ได้ผลักดันให้เทคโนโลยีการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB: printed circuit board) ก้าวหน้าไปสู่ความหนาแน่นสูง ความแม่นยำสูง การย่อขนาด และความเร็วสูง เนื่องจากแผงวงจรยืดหยุ่น (flexible PCB) ใช้วัสดุฐานที่มีความยืดหยุ่นและสามารถโค้งงอได้ ทำให้แผงวงจรยืดหยุ่นมีน้ำหนักเบาและมีขนาดเล็ก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา จึงมีการนำไปใช้มากขึ้นเรื่อย ๆ ในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ พร้อมกันนั้น ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีการผลิตแผงวงจรยืดหยุ่น แผงวงจรขั้นสูง เช่น แผงวงจรแข็ง-ยืดหยุ่น (flex-rigid PCB) และแผงวงจรยืดหยุ่นแบบ HDI (high density interconnect) ก็มีความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วในด้านเทคโนโลยีการผลิตเช่นกัน
นอกจากนี้ การเพิ่มขึ้นและความรุ่งเรืองของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ปลายทางอัจฉริยะ เช่น สมาร์ตโฟนและแท็บเล็ตพีซี ยังทำให้เห็นการเติบโตของความต้องการอย่างชัดเจนสำหรับแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง (Flex-rigid PCB) และแผงวงจรพิมพ์ความหนาแน่นสูง (HDI PCB) สามารถคาดการณ์ได้ว่าแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นจะกลายเป็นจุดร้อนในอุตสาหกรรมแผงวงจรพิมพ์ การพัฒนาแผงวงจรพิมพ์มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการพัฒนาวัสดุและเทคโนโลยี ดังนั้นบทความนี้จะกล่าวถึงโอกาสในการพัฒนาและความท้าทายที่แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นต้องเผชิญในด้านวัสดุใหม่และเทคโนโลยีใหม่ และจะกล่าวถึงแนวโน้มการพัฒนาของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง
แนวโน้มการพัฒนาวัสดุใหม่และเทคโนโลยีใหม่
นวัตกรรมของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) ขึ้นอยู่กับการเติบโตของวัสดุชนิดใหม่เป็นอย่างมาก การพัฒนาวัสดุที่ใช้เป็นฉนวนของแผ่นฐาน กาว ฟอยล์โลหะ ชั้นปกป้อง และแผ่นเสริมความแข็งแรง ล้วนช่วยผลักดันให้แผงวงจรมีสมรรถนะสูงขึ้น เนื่องจากการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นมีข้อกำหนดที่สูงขึ้นต่อวัสดุทุกประเภท ระบบวัสดุที่หลากหลายจึงจะสามารถมอบตัวเลือกและการผสมผสานที่หลากหลายให้แก่ผู้ผลิตได้ สมรรถนะของวัสดุจะแสดงออกหลัก ๆ ในด้านค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) การดูดซึมน้ำ ระดับความยืดหยุ่น และอายุการใช้งานด้านความยืดหยุ่น
ในอุตสาหกรรมแผงวงจรพิมพ์ (PCB) วัสดุใหม่และเทคโนโลยีใหม่มักส่งเสริมกันและกัน ซึ่งเห็นผลได้อย่างชัดเจนในแผงวงจรยืดหยุ่น (Flexible PCB) เนื่องจากมีข้อกำหนดด้านสมรรถนะที่สูงกว่า ยกตัวอย่างเช่น ในฐานะที่เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีหลักสำหรับนวัตกรรม PCB เทคโนโลยีการผลิตไมโครเวีย (microvia) มีการพัฒนาเร็วกว่าเทคโนโลยีอื่น ๆ ทั้งการกัดลาย (etching) การชุบโลหะ (plating) และการเชื่อมต่อ (connection) ระหว่างกระบวนการผลิตไมโครเวียในแผงวงจรยืดหยุ่น ต้องพิจารณาความแข็งแรงเชิงกลและค่าสัมประสิทธิ์การเสียรูปของวัสดุที่แตกต่างกันในแต่ละชั้นอย่างรอบคอบ และต้องประเมินการเสียรูปที่อาจเกิดขึ้นจากการผลิตเวีย สุดท้ายจึงจะสามารถผลิตไมโครเวียที่มีความแม่นยำได้สำเร็จ
เนื่องจากเทคโนโลยีแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) ใช้ประโยชน์จากวัสดุแผ่นรองที่มีความยืดหยุ่น จึงมีความเข้ากันได้และเสริมกันกับเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์แบบพิมพ์ ซึ่งได้แพร่หลายมากขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ดังนั้น วิธีการใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ในกระบวนการเติมเนื้อวัสดุ (additive process) เพื่อผลิตแผงวงจร จึงกลายเป็นประเด็นใหม่ที่อุตสาหกรรม Flexible PCB ควรให้ความสำคัญ ดังนั้นจึงมีความต้องการที่เข้มงวดต่อความเข้ากันได้ระหว่างวัสดุ PCB กับเทคโนโลยีการผลิต PCB รวมถึงหมึกพิมพ์และวัสดุแผ่นรอง สำหรับการประยุกต์ใช้ในอิเล็กทรอนิกส์แบบพิมพ์
ความก้าวหน้าในด้านวัสดุและเทคโนโลยีสามารถขยายขอบเขตการประยุกต์ใช้ของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) ได้มากยิ่งขึ้น ตัวอย่างเช่น แผงวงจรพิมพ์สำหรับ LED ซึ่งมีบทบาทนำในตลาดปัจจุบันนั้นขึ้นอยู่กับการออกแบบแผงวงจรแข็งร่วมกับแผ่นรองหลังโลหะ เมื่อคุณสมบัติทนความร้อนของวัสดุได้รับการปรับให้เหมาะสม แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นจะถูกนำไปใช้ในผลิตภัณฑ์ LED ที่บางและเบา อีกหนึ่งการประยุกต์ใช้ที่โดดเด่นของแผงวงจรยืดหยุ่นคือแผงวงจรพิมพ์ยานยนต์จนถึงปัจจุบัน ชิ้นส่วนไฟฟ้าของยานยนต์ยังคงใช้การเชื่อมต่อด้วยสายไฟเป็นหลัก และแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) ที่มีความบางเทียบเท่ากันนั้นมีน้ำหนักเบากว่าสายไฟถึง 70% ความก้าวหน้าในการวิจัยและพัฒนาวัสดุพอลิเมอร์ขั้นสูงช่วยยกระดับช่วงอุณหภูมิการทำงานที่มีเสถียรภาพจาก 100°C ถึง 125°C ในปัจจุบันให้สูงขึ้นเป็น 200°C หรือมากกว่านั้น นอกเหนือจากประสิทธิภาพการเหนี่ยวนำไฟฟ้าและการควบคุมที่มีประสิทธิภาพสูงและยอดเยี่ยมแล้ว แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นจะถูกนำมาใช้ในยานยนต์มากยิ่งขึ้นและมีบทบาทสำคัญ
แนวโน้มการพัฒนาของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง
ด้วยข้อดีที่ผสานกันของบอร์ดแบบยืดหยุ่นและบอร์ดแบบแข็ง ทำให้แผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง (flex-rigid PCB) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ ประเด็นด้านการพัฒนาที่ได้กล่าวถึงในส่วนก่อนหน้าของบทความนี้ซึ่งเกี่ยวข้องกับแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นนั้น สามารถประยุกต์ใช้กับเทคโนโลยีการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็งได้เช่นกัน นอกจากนี้ เนื่องจากในแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็งมีความแตกต่างของวัสดุที่ต้องคำนึงถึงมากกว่า ความท้าทายทางเทคนิคส่วนใหญ่จึงเกิดจากการเลือกผสมผสานวัสดุ ตัวอย่างเช่น ในระหว่างกระบวนการลามิเนตหลายชั้น จะต้องพิจารณาความแตกต่างของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ในทุกทิศทางของแต่ละชั้นของวัสดุอย่างรอบคอบร่วมกับการใช้แผ่นเสริมแรง เพื่อให้สามารถชดเชยการบิดเบี้ยวได้ และทำให้การลามิเนตด้วยการจัดแนวที่มีความแม่นยำสูงเป็นไปได้
ในขณะเดียวกัน การออกแบบโครงสร้างของแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง (flex-rigid PCB) ก็เป็นจุดร้อนสำหรับการพัฒนาของมันเช่นกัน โดยทั่วไปแล้ว แผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็งที่มีฟังก์ชันเทียบเท่ากันอาจมีรูปแบบการออกแบบจำนวนมาก การออกแบบในทางปฏิบัติควรเริ่มจากการพิจารณาอย่างรอบด้าน รวมถึงความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์ พื้นที่ที่ใช้ น้ำหนัก และความซับซ้อนของการประกอบ นอกจากนี้ ความสามารถในการผลิตของผู้ผลิตและปัจจัยด้านวัสดุก็ควรถูกนำมาพิจารณาเพื่อให้ได้การออกแบบที่เหมาะสมที่สุด โดยเลือกใช้โครงการที่มีต้นทุนต่ำที่สุด ตัวอย่างเช่น แผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็งทั่วไปตั้งแต่ 3 ชั้นถึง 8 ชั้นอาจใช้ประโยชน์จากแผ่นลามิเนตเคลือบทองแดง (CCL) แบบยืดหยุ่นไม่ว่าจะมีการใช้หรือไม่ใช้ชั้นกาวก็ตาม ในทำนองเดียวกัน ชั้นปกคลุมของบริเวณที่ยืดหยุ่นในแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง (flex-rigid PCB) ก็มีโครงสร้างที่แตกต่างกัน
อีกหนึ่งแนวโน้มการพัฒนางานวิจัยของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็งอยู่ที่การผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ฝังตัวของคอมโพเนนต์ในสถานการณ์ส่วนใหญ่ การฝังตัวต้านทานและตัวเก็บประจุจำเป็นต้องดำเนินการในบริเวณแข็ง โดยไม่ให้ประสิทธิภาพของบริเวณยืดหยุ่นได้รับผลกระทบ การใช้งานนี้จึงตั้งข้อกำหนดที่เข้มงวดต่อวัสดุเป็นครั้งที่สอง นอกจากนี้ แผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นยังทำงานได้เหมาะสมกับเทคโนโลยี CSP (chip-scale package) และโครงสร้างแผ่นวงจรพิมพ์แบบฝังชิ้นส่วนยังนำเสนอความท้าทายและข้อกำหนดต่อเทคโนโลยีการบรรจุหีบห่ออีกด้วย
ความคาดหวังในอนาคตสำหรับแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น
แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) จะพัฒนาไปสู่ความบางเป็นพิเศษและความหนาแน่นสูง ซึ่งจะกระตุ้นให้เกิดความก้าวหน้าต่อไปในด้านวัสดุ เทคโนโลยี และอุปกรณ์ โดยมีการส่งเสริมเทคโนโลยีใหม่ ๆ สามารถคาดการณ์ได้ว่าการพัฒนาแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นในระยะสั้นหรือระยะยาวในอนาคตจะมุ่งเน้นไปที่ประเด็นต่อไปนี้:
• โครงสร้างแผงวงจรพิมพ์ที่บางและเบากว่า;
• ความเร็วในการประมวลผลข้อมูลที่สูงขึ้น;
• อุณหภูมิการทำงานที่สูงกว่า
• ความหนาแน่นที่สูงขึ้นและฟังก์ชันการใช้งานที่หลากหลาย
• แผงวงจรพิมพ์ที่มีพื้นที่ขนาดใหญ่กว่าและทนต่อการงอหรือการโค้งงอได้ดียิ่งขึ้น;
• การฝังตัวของคอมโพเนนต์;
• แผงวงจรไฮบริดสำหรับวงจรและเส้นทางแสง;
• เข้ากันได้กับอิเล็กทรอนิกส์แบบพิมพ์
เมื่อมีโอกาสที่ได้รับ การคาดหวังทั้งหมดต่อการใช้งานได้นำมาซึ่งความท้าทายอย่างยิ่งในด้านของวัสดุแผงวงจรพิมพ์ดังนั้น การยึดมั่นในนวัตกรรมทางเทคนิคและการวิจัยพัฒนา (R&D) ด้วยตนเองจึงเป็นหลักการที่ขาดไม่ได้ หากเราต้องการก้าวไปให้ไกลในอุตสาหกรรม PCB
ติดต่อ PCBCart เพื่อตอบสนองความต้องการการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นอย่างมีประสิทธิภาพ
