ตามแนวโน้มการพัฒนาของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ แนวโน้มความก้าวหน้าหลักของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ที่พัฒนาใหม่คือการมีขนาดเล็กลง การประกอบแบบสามมิติ (3D) และความน่าเชื่อถือสูง การขยายตัวของตลาดอิเล็กทรอนิกส์ทำให้แผงวงจรพิมพ์ (PCB) ทั่วโลกได้รับการอัปเกรดอย่างต่อเนื่องทั้งในด้านขนาดและเทคโนโลยี ภายหลัง ผู้ผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ได้พยายามอย่างต่อเนื่องในการสำรวจเทคโนโลยีจำนวนมากที่สอดคล้องกับแนวโน้มการพัฒนาดังกล่าว เนื่องจากข้อจำกัดด้านสภาพแวดล้อมและการใช้งาน การออกแบบแผงวงจรยืดหยุ่น (Flexible PCB) จึงได้ถือกำเนิดขึ้น และเพื่อให้มั่นใจยิ่งขึ้นในด้านความสามารถในการบัดกรีและความสามารถในการประกอบแบบสามมิติของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็งเกิดขึ้น
เทคโนโลยีการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง-ยืดหยุ่น (rigid-flex PCB) มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องควบคู่ไปกับความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและการพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่ซับซ้อนมากขึ้น สำหรับเทคโนโลยีการผลิตหลักของแผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง-ยืดหยุ่นแล้ว การทำหน้าต่าง (window fabrication) ถือเป็นหัวใจสำคัญ บทความนี้จะแสดงให้เห็นถึงเทคโนโลยีชั้นนำในการทำหน้าต่างของแผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง-ยืดหยุ่น รวมถึงวิธีการเปิดหน้าต่าง วิธีการกัดกรดฟอยล์ทองแดง วิธีการอัดเติม วิธีควบคุมความลึกเชิงบวกและเชิงลบ วิธีการตัดด้วยเลเซอร์ และวิธีการใช้กาวทนความร้อน
วิธีการเปิดหน้าต่าง
วิธีการเปิดหน้าต่างหมายถึงกระบวนการที่แผ่นวงจรพิมพ์แบบแข็ง-ยืดหยุ่น (rigid-flex PCB) ที่มีโครงสร้างบอร์ดแกน ใช้การกัดด้วยเครื่องจักรหรือการปั๊มด้วยแม่พิมพ์เพื่อกำจัดแกนแข็งในส่วนที่ยืดหยุ่นและแผ่นพรีเพรกแบบไม่ไหล (no-flow prepreg) เพื่อให้ได้แผ่นวงจรพิมพ์แบบแข็ง-ยืดหยุ่นผ่านกระบวนการอัดซ้อน (lamination) แผ่นวงจรพิมพ์แบบแข็ง-ยืดหยุ่น 6 ชั้นถูกใช้เป็นตัวอย่างเพื่ออธิบายเทคโนโลยีวิธีการเปิดหน้าต่างและกระบวนการผลิตของมัน
• โครงสร้างคณะกรรมการ
• กระบวนการผลิต
• การวิเคราะห์เทคโนโลยีหลัก
a. การเคลือบชั้นปกคลุม
การวิเคราะห์หน้าตัดถูกนำมาใช้กับรูทะลุมืดหลังจากการเคลือบเฉพาะจุดและการเคลือบทั้งชิ้น ซึ่งสามารถสรุปได้ว่าเทคโนโลยีการเคลือบเฉพาะจุดมีความสามารถในการแก้ไขปัญหาการหลุดล่อนของชั้นเคลือบเนื่องจากผลกระทบจากความร้อนและความล้มเหลวของการนำไฟฟ้า ทำให้ความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์ดีขึ้น
b. การเจาะรู PE สำหรับส่วนที่ยืดหยุ่น
เนื่องจากจะมีการปรับเปลี่ยนขนาดแผ่นวงจรแบบยืดหยุ่นระหว่างการเคลือบเลเยอร์ปกคลุม จึงควรทำการเจาะ PE หลังจากการผลิตเลเยอร์ปกคลุมเพื่อปรับปรุงความตรงกันของเลเยอร์
c. การผลิตหน้าต่าง PP แบบไม่ไหล
โดยอ้างอิงหลักการทดสอบของ IPC-TM-650 และคำนึงถึงกระบวนการอัดซ้อนจริง สามารถทดสอบปริมาณการล้นของกาว no-flow PP ได้ตามผู้ผลิตที่แตกต่างกันและจำนวนชิ้นงานที่ต่างกัน หลังจากดำเนินการออกแบบชดเชยบนหน้าต่างดั้งเดิมของลูกค้าแล้ว สามารถรับประกันความเรียบได้ที่บริเวณรอยต่อของแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง (flex-rigid PCB)
d. การผลิตหน้าต่างที่ส่วนแข็ง
ควรใช้การกัดด้วยเครื่องจักรหรือการเจาะด้วยแม่พิมพ์เพื่อกำจัดแกนแข็งที่เข้ากันได้กับส่วนที่ยืดหยุ่น การเจาะด้วยแม่พิมพ์เหมาะสมกว่าสำหรับการผลิตปริมาณมาก ในขณะที่การกัดด้วยเครื่องจักรเหมาะสำหรับการผลิตปริมาณปานกลางหรือต่ำ
วิธีการกัดกรดฟอยล์ทองแดง
วิธีการกัดกรดฟอยล์ทองแดงหมายถึงกระบวนการที่แผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง-ยืดหยุ่น (rigid-flex PCB) ที่มีโครงสร้างฟอยล์ทองแดงใช้สารละลายทางเคมีเพื่อทำให้หน้าต่างบริเวณส่วนที่ยืดหยุ่นถูกเปิดเผยออกมา สำหรับวิธีการกัดกรดฟอยล์ทองแดงนั้น จะใช้แผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง-ยืดหยุ่น 4 ชั้นเป็นตัวอย่างเพื่ออธิบายเทคโนโลยีวิธีการกัดกรดฟอยล์ทองแดงและกระบวนการผลิตของมัน
• โครงสร้างคณะกรรมการ
• กระบวนการผลิต
• การวิเคราะห์เทคโนโลยีหลัก
a. การเคลือบlamination
จากค่า CTE (สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน) ที่แตกต่างกันของวัสดุแต่ละชนิด การใช้โครงสร้างการวางเลเยอร์ลามิเนตแบบพิเศษทำให้แผ่นฟอยล์ทองแดงด้านนอกบน PCB ได้รับแรงดึงสม่ำเสมอระหว่างกระบวนการลามิเนต ส่งผลให้สามารถแก้ไขปัญหาต่าง ๆ ได้ เช่น การเติมกาว PP ได้ไม่ดี การย่นและความเสียหายของฟอยล์ทองแดง และความไม่เรียบของผิวแผ่นวงจร
b. การกัดลายกระจกหน้าต่าง
การกัดลายเชิงลบจะดำเนินการหลังจากการจ่ายกระแสไฟฟ้าเสร็จสิ้นบนแผ่นปิดผิวทองแดง และฟอยล์ทองแดงบริเวณส่วนโค้งงอจะต้องถูกกัดออกเพื่อให้แผ่นวงจรยืดหยุ่นถูกเปิดเผย
วิธีการเติม
วิธีการเติมหมายถึงกระบวนการที่ตัวเติมถูกวางไว้ที่หน้าต่างของแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง และตัวเติมรวมถึงส่วนผิวหน้าจะถูกกำจัดออกด้วยการมิลลิ่งแบบบอด สำหรับวิธีการเติมนี้ ใช้แผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง 6 ชั้นเป็นตัวอย่างเพื่ออธิบายเทคโนโลยีวิธีการเติมและกระบวนการผลิตของมัน
• โครงสร้างคณะกรรมการ
• กระบวนการผลิต
• การวิเคราะห์เทคโนโลยีหลัก
a. ก่อนการจัดเรียงเลเยอร์
ระหว่างกระบวนการซ้อนชั้น จะมีการใส่วัสดุเติมลงในช่องว่างให้เป็นโพรง โดยต้องเป็นไปตามข้อกำหนดต่อไปนี้:
① ฟิลเลอร์ควรมีความนุ่มและผิวสัมผัสที่เรียบเนียน
② วัสดุบรรจุควรทนต่ออุณหภูมิสูง และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ควรเท่ากับหรือต่ำกว่าวัสดุของแผ่นฐาน
③ รูปร่างของวัสดุอุดควรเหมือนกับของหน้าต่างและมีความเสถียรสูง
④ ความหนาของวัสดุอุดควรเท่ากับความหนาของวัสดุเติม
b. การขึ้นรูป
หน้าต่างที่ตำแหน่งตัดแยกบนแผ่นวงจรพิมพ์แบบเฟล็กซ์-ริจิดถูกผลิตขึ้นโดยการกัดเชิงกล และหน้าต่างที่ตำแหน่งเชื่อมต่อถูกผลิตขึ้นโดยการควบคุมความลึกเชิงกล เมื่อวัสดุเติมถูกนำออก พื้นที่ยืดหยุ่นจะถูกเปิดเผยทันที
วิธีการควบคุมความลึกเชิงบวกและเชิงลบ
วิธีการควบคุมความลึกแบบบวกและลบ หมายถึงกระบวนการที่มีการผลิตร่องบอดล่วงหน้าบนบอร์ดแข็งที่อยู่ติดกับบอร์ดเฟล็กซ์ หลังจากการจัดวางซ้อนชั้นและการอัดประสานแล้ว จะใช้วิธีการควบคุมความลึกเชิงกลร่วมกับร่องบอดในระหว่างกระบวนการขึ้นรูป จากนั้นบอร์ดแข็งจะถูกกำจัดออกที่ตำแหน่งหน้าต่างเพื่อให้ส่วนที่เป็นเฟล็กซ์ถูกเปิดเผย สำหรับวิธีการควบคุมความลึกแบบบวกและลบนี้ จะใช้ตัวอย่างเป็นแผ่นวงจรพิมพ์เฟล็กซ์-ริจิดแบบ 6 ชั้น เพื่ออธิบายเทคโนโลยีวิธีการควบคุมความลึกแบบบวกและลบและกระบวนการผลิตของมัน
• โครงสร้างคณะกรรมการ
• กระบวนการผลิต
• การวิเคราะห์เทคโนโลยีหลัก
a. การผลิตร่องตาบอดสำหรับแผ่นแข็ง
โดยปกติความลึกของร่องบอดแบบแข็งจะถูกควบคุมให้อยู่ในช่วง 1/3 ถึง 2/3 ของความหนาบอร์ดแกนแข็ง และไม่ควรเกินขีดความสามารถในการควบคุมความลึกเชิงกลในทางปฏิบัติเพื่อป้องกันไม่ให้การกัดทำลายบอร์ดแบบยืดหยุ่น ร่องบอดสามารถผลิตได้ด้วยวิธีต่อไปนี้:
① การกัดกลึงร่องตันด้วยวิธีเชิงกล ร่องตันถูกผลิตโดยใช้เครื่องกัดซีเอ็นซีควบคุมด้วยระบบดิจิทัล
② ร่องตาบอดด้วยเอกซเรย์ ใช้เครื่องเอกซเรย์คาร์บอนไดออกไซด์ในการทำร่องตาบอดในรูที่เชื่อมต่อกัน
③ ร่องตาบอดด้วยการตัดด้วยเลเซอร์ ร่องตาบอดถูกตัดโดยใช้เครื่องตัดเลเซอร์ยูวี
④ ร่องบอดแบบวีคัต ร่องบอดแบบวีคัตผลิตโดยใช้เครื่องวีคัต
บทความนี้แนะนำเทคโนโลยีหลักของการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์แบบแข็ง-ยืดหยุ่น (flex-rigid PCB) ได้แก่ การทำหน้าต่าง (window manufacturing) และวิธีการที่แตกต่างกันซึ่งเหมาะกับแผ่นวงจรพิมพ์แบบแข็ง-ยืดหยุ่นแต่ละประเภท วิธีการทั้งหมดสามารถนำมาใช้ร่วมกันเพื่อช่วยให้แผ่นวงจรพิมพ์แบบแข็ง-ยืดหยุ่นมีความน่าเชื่อถือสูงและมีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม
ติดต่อ PCBCart ผู้ให้บริการโซลูชันการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์แบบเฟล็กซ์-ริจิดระดับมืออาชีพจากประเทศจีน
