เนื่องจากแนวโน้มการพัฒนาของผลิตภัณฑ์อากาศยานที่มุ่งสู่ความมีน้ำหนักเบา ขนาดเล็กลง การทำงานได้หลายฟังก์ชัน และการประกอบที่มีความหนาแน่นสูง จึงทำให้มีการกำหนดข้อกำหนดที่สูงขึ้นสำหรับเทคโนโลยีและกระบวนการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB)แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นเป็นแผงวงจรชนิดหนึ่งที่ทำจากวัสดุแผ่นรองที่ยืดหยุ่นได้ และมีข้อดีมากกว่าแผงวงจรแข็ง (PCB) ทั่วไป:
• ความหนาน้อยลง
• น้ำหนักเบากว่า
• สามารถโค้งงอได้อย่างยืดหยุ่น
• เข้าถึงได้สำหรับการประกอบการเชื่อมต่อแบบสามมิติ
• มีอิสระมากขึ้นในการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์และการออกแบบทางกล
• ประหยัดพื้นที่มากขึ้น
นอกจากนี้ สัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้ายังสามารถส่งผ่านได้อย่างรวดเร็วและราบรื่นบนแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (flex PCB) เนื่องจากประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและการจัดการความร้อนที่ยอดเยี่ยมของวัสดุแผ่นรองรับแบบยืดหยุ่น ทำให้แผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในหลายอุตสาหกรรม เช่น เครื่องมือวัด ยานยนต์ การแพทย์ การทหาร และอวกาศ
จากการพัฒนาและการปรับให้เหมาะสมของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) อย่างต่อเนื่อง ขั้นตอนถัดไปของพวกมันควรจะเป็นแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง (Flex-Rigid PCB) วงจรยืดหยุ่นแบบฝังตัว (Embedded Flexible Circuit) และแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นความหนาแน่นสูง (HDI Flex PCB) ซึ่งในบรรดาเหล่านี้แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็งดึงดูดความสนใจและการสมัครมากที่สุด ดังนั้นบทความนี้จะกล่าวถึงคุณสมบัติและขอบเขตการประยุกต์ใช้ของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง โดยอิงจากวัสดุและเทคโนโลยีการผลิตของพวกมัน
วัสดุของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง
ประสิทธิภาพการทำงานของแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง (flex-rigid PCB) ขึ้นอยู่กับวัสดุฐานของแผ่นวงจร ซึ่งประกอบด้วยฟิล์มไดอิเล็กทริกแบบยืดหยุ่นและฟิล์มกาวแบบยืดหยุ่นเป็นหลัก ในฐานะที่เป็นวัสดุฐานแบบยืดหยุ่นชนิดหลัก ฟิล์มไดอิเล็กทริกแบบยืดหยุ่นประกอบด้วยโพลีเอสเตอร์ (Mylar) ซึ่งมักใช้ในผลิตภัณฑ์ระดับล่าง โพลีอิไมด์ (Kapton) ซึ่งเป็นชนิดที่พบได้บ่อยที่สุด และฟลูออโรโพลีเมอร์ (PTFE) ซึ่งมักใช้ในผลิตภัณฑ์ทางการทหารและอวกาศ
เมื่อเปรียบเทียบวัสดุยืดหยุ่นทั้งสามประเภทนี้แล้ว โพลีอิไมด์มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสูงที่สุด พร้อมด้วยสมบัติทางไฟฟ้าและทางกลที่ยอดเยี่ยม และทนต่ออุณหภูมิสูง แต่มีราคาสูงและดูดซับความชื้นได้ง่าย โพลีเอสเตอร์มีสมรรถนะใกล้เคียงกับโพลีอิไมด์ แต่มีความทนทานต่ออุณหภูมิสูงที่ไม่ดี โพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีนถูกใช้เป็นหลักในผลิตภัณฑ์ความถี่สูงที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกต่ำ ตารางต่อไปนี้แสดงการเปรียบเทียบสมรรถนะระหว่างฟิล์มไดอิเล็กทริกแบบยืดหยุ่นทั้งสามประเภทข้างต้น
|
รายการประสิทธิภาพ
|
โพลีเอสเตอร์
|
โพลิอิไมด์
|
โพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีน
|
| จำกัดความตึง/N*มม-2
|
๑๗๒ |
172 |
20.7 |
| การยืดตัวจำกัด/% |
๑๒๐ |
70 |
300 |
| การเปลี่ยนแปลงขนาดหลังการกัดกรด/มม.*ม-1
|
5.0 |
2.5 |
5.0 |
| ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสัมพัทธ์/103เฮิรตซ์ |
3.2 |
3.5 |
22.1 |
| แทนเจนต์ของมุมการสูญเสีย/103เฮิรตซ์ |
0.005 |
0.0025 |
0.0001 |
| ความต้านทานปริมาตร/เมกะโอห์ม*ซม.-1
|
1012 |
1012 |
1012 |
| ความไวไฟ |
ไวไฟ |
ดับได้เอง |
ไวไฟ |
| ความเป็นฉนวนไฟฟ้า/มิลลิโวลต์*ม |
300 |
๒๗๕ |
17 |
| การดูดซับความชื้น/% |
<0.8 |
2.7 |
0.01 |
| ทนความร้อน/°C |
150 |
๔๐๐ |
260 |
| การทดสอบการบัดกรี |
ผ่าน |
ผ่าน |
ผ่าน |
วัสดุหลักที่ใช้ในการผลิตฟิล์มกาวแบบยืดหยุ่นประกอบด้วยกรดอะคริลิก อีพ็อกซี และโพลีเอสเตอร์ กรดอะคริลิกและโพลีเอสเตอร์อิไมด์มีคุณสมบัติการยึดเกาะที่ยอดเยี่ยม มีความยืดหยุ่นสูง และมีความทนทานต่อสารเคมีและความร้อนได้ค่อนข้างดี อย่างไรก็ตาม วัสดุนี้มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนค่อนข้างสูง ดังนั้นความหนาภายในจึงไม่ควรเกิน 0.05 มม. เรซินอีพ็อกซีมีคุณสมบัติการยึดเกาะไม่ดีนัก และส่วนใหญ่ใช้สำหรับยึดชั้นปกคลุมและชั้นภายใน นอกจากนี้ยังมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำมาก ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการปรับปรุงความทนทานต่อช็อกความร้อนของรูทะลุชุบโลหะ
เทคโนโลยีการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง
เทคโนโลยีการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบเฟล็กซ์-ริจิดจะแตกต่างกันไปตามประเภทของแผงวงจรพิมพ์ที่ต่างกัน โดยเทคโนโลยีหลักที่ทำให้เกิดความแตกต่างคือเทคโนโลยีการผลิตลายวงจรละเอียดและเทคโนโลยีการผลิตไมโครเวีย เมื่อผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์มีแนวโน้มพัฒนาไปสู่ความเบาและขนาดเล็กลง มีฟังก์ชันหลากหลายและความหนาแน่นในการประกอบสูง แผงวงจรพิมพ์ขั้นสูงที่ได้รับความสนใจมากที่สุดได้แก่ แผงวงจรพิมพ์แบบเฟล็กซ์-ริจิดชนิด HDI และแผงวงจรพิมพ์แบบเฟล็กซ์-ริจิดฝังตัว
• เทคโนโลยีการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง
แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็งถูกผลิตขึ้นผ่านกระบวนการที่เป็นระเบียบและเลือกสรรโครงสร้างซ้อนชั้นของเลเยอร์ของแผ่นวงจรพิมพ์แบบแข็งและแบบยืดหยุ่นที่มีรูชุบโลหะซึ่งทำหน้าที่เชื่อมต่อระหว่างชั้น ด้านล่างเป็นรูปที่แสดงโครงสร้างพื้นฐานของแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง
การมาถึงของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง (flex-rigid PCB) สามารถลดขนาดและน้ำหนักของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยการทดแทนสายรัดและขั้วต่อที่มักใช้ในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ นอกจากนี้ flex-rigid PCB ยังสามารถแก้ปัญหาการสัมผัสและความร้อนสูงที่เกิดจากสายรัดและขั้วต่อ ช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ได้อย่างมาก
ตั้งแต่ช่วงต้นทศวรรษ 1970 แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็งถูกผลิตขึ้นโดยการซ้อนแผงวงจรแข็งเข้ากับแผงวงจรยืดหยุ่น ความก้าวหน้าและการปรับให้เหมาะสมอย่างต่อเนื่องได้ก่อให้เกิดแผงวงจรยืดหยุ่น-แข็งรูปแบบใหม่จำนวนมากการผลิตแผงวงจรพิมพ์เทคโนโลยีต่างๆ จนถึงปัจจุบัน เทคโนโลยีการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็งที่มีความสมบูรณ์และใช้งานได้จริงมากที่สุด คือการใช้เรซินอีพ็อกซีเสริมใยแก้ว (FR4) เป็นแผ่นแข็งด้านนอกและหน้ากากบัดกรีถูกนำมาใช้เพื่อปกป้องลายวงจรแบบแข็ง สำหรับวัสดุแผ่นรองแบบยืดหยุ่น จะใช้แผ่นโพลีอิไมด์ (PI) แบบสองชั้นเคลือบทองแดงเป็นแกนยืดหยุ่น และใช้ฟิล์มโพลีอิไมด์/อะคริลิกเพื่อปกป้องลายวงจรแบบยืดหยุ่น การยึดเกาะขึ้นอยู่กับพรีเพรกแบบไหลต่ำ (Low-flow prepreg) องค์ประกอบทั้งหมดเหล่านี้จะถูกอัดซ้อน (laminate) เข้าด้วยกันเพื่อให้ได้แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง (flex-rigid PCB) รูปด้านล่างแสดงกระบวนการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง 6 ชั้น
แผงวงจรพิมพ์แบบเฟล็กซ์-ริจิดสามารถแก้ปัญหาการสัมผัสหลวมและการกระจายความร้อนได้ด้วยการเข้ามาแทนที่สายฮาร์เนสและคอนเน็กเตอร์ ทำให้ความเชื่อถือได้ของอุปกรณ์เพิ่มสูงขึ้น ส่วนที่ยืดหยุ่นสามารถโค้งงอได้อย่างอิสระในทุกมุม และแผงวงจรทั้งหมดมีประสิทธิภาพยอดเยี่ยมทั้งด้านสมรรถนะทางไฟฟ้าและคุณสมบัติเชิงกล ดังนั้น แผงวงจรเฟล็กซ์-ริจิดจึงสามารถรองรับการประกอบแบบสามมิติได้ และเพิ่มระดับอิสระในการออกแบบผลิตภัณฑ์ พร้อมทั้งลดขนาดและน้ำหนักของอุปกรณ์ ทำให้ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องมีการโค้งงอซ้ำแล้วซ้ำเล่า วัสดุแผ่นรองยืดหยุ่นมีเสถียรภาพทางไดอิเล็กทริกที่ยอดเยี่ยม จึงเหมาะสำหรับการส่งสัญญาณความถี่สูงและการควบคุมอิมพีแดนซ์ และยังสามารถทนต่อรังสี การกระชากอุณหภูมิ และสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ช่วยให้การทำงานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นไปอย่างราบรื่น
แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็งแบบดั้งเดิมผลิตได้ยาก มีอัตราผลิตได้สำเร็จค่อนข้างต่ำและความหนาแน่นสูง และซ่อมแซมได้ยากหลังจากเกิดความเสียหาย ระหว่างกระบวนการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB)จำเป็นต้องฝังฐานแข็งลงในวัสดุแผ่นรองยืดหยุ่นที่มีราคาแพงเพื่อให้ค่าวัสดุสิ้นเปลืองยังคงสูง และทำให้ความยากของเทคโนโลยีการผลิตสูงตามไปด้วย วัสดุแผ่นรองยืดหยุ่นมีคุณลักษณะคือมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนค่อนข้างสูงและมีอัตราการดูดซึมความชื้นสูง ทำให้เมื่อใช้วัสดุแผ่นรองยืดหยุ่นพื้นที่ขนาดใหญ่จะเกิดการสะสมของค่าความคลาดเคลื่อนด้านขนาด ซึ่งจะส่งผลกระทบต่อรูปแบบวงจร การซ้อนชั้น การเจาะ การชุบ และการทำความสะอาดรูทะลุ และนำไปสู่อัตราผลิตได้ต่ำ อย่างไรก็ตาม วงจรยืดหยุ่นแบบฝังสามารถช่วยลดและหลีกเลี่ยงปัญหาเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
• เทคโนโลยีการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นฝังตัว
แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นฝังตัวถูกผลิตขึ้นโดยการฝังหน่วยวงจรยืดหยุ่นเข้าไปในแผงแข็งภายใน จากนั้นจึงผ่านกระบวนการสร้างชั้น (Building Up Process) การเชื่อมต่อระหว่างวงจรยืดหยุ่นกับวงจรแข็งจะไม่สามารถทำได้ในชั้นที่เทียบเท่ากัน และการเชื่อมต่อของพวกมันขึ้นอยู่กับรูวายบอดและรูวายฝัง. แผงวงจรพิมพ์แบบฝังเฟล็กซ์-ริจิดสามารถทำให้วงจรยืดหยุ่นมีขนาดลดลงอย่างมาก และยังมีข้อดีของแผงวงจร HDI และแผงวงจรแข็ง พร้อมทั้งช่วยลดอัตราการสูญเสียของวัสดุฐานรอง
เมื่อเทียบกับแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็งแบบดั้งเดิม แผงวงจรพิมพ์แบบฝังยืดหยุ่นจะถูกผลิตโดยการฝังวงจรยืดหยุ่นเข้าไปในบอร์ดแข็งแล้วจึงทำการซ้อนชั้น พื้นที่ยืดหยุ่นมีขนาดใหญ่กว่าวงจรยืดหยุ่นเดี่ยว ทำให้อัตราการใช้วัสดุแผ่นฐานยืดหยุ่นเพิ่มขึ้น เนื่องจากไม่มีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างวงจรยืดหยุ่นกับวงจรแข็งในชั้นเดียวกัน เทคโนโลยีการผลิตขั้นสูงบางอย่างจึงสามารถนำมาใช้ได้ง่ายผ่านการเชื่อมต่อระหว่างรูชุบโลหะทะลุผ่านและวงจรแข็ง
ในระดับหนึ่ง แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นฝังตัว (embedded flex PCB) สามารถช่วยแก้ปัญหาจำนวนมากในเทคโนโลยีการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง (flex-rigid PCB) ได้ หน่วยฝังตัวช่วยลดอัตราการสูญเสียของวัสดุแผ่นรองลงอย่างมาก และเพิ่มอัตราการใช้ประโยชน์ของวัสดุแผ่นรองแบบยืดหยุ่นได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปัญหาด้านสมรรถนะของวัสดุแผ่นรองแบบยืดหยุ่นสามารถมองข้ามได้ และสามารถนำเทคโนโลยีการผลิตแผงวงจรแข็งที่มีความสมบูรณ์และใช้กันอย่างแพร่หลายมาใช้ได้โดยตรง ทำให้เทคโนโลยี HDI สามารถพัฒนาต่อไปได้ในกระบวนการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง
PCBCart มอบบริการแผงวงจรยืดหยุ่น (Flex) และแผงวงจรยืดหยุ่น-แข็ง (Flex-Rigid) คุณภาพสูงในราคาประหยัด
ด้วยประสบการณ์มากกว่า 20 ปีในอุตสาหกรรมนี้ PCBCart มุ่งเน้นการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ขั้นสูง รวมถึงแผ่นวงจรยืดหยุ่น (Flex PCB) แผ่นวงจรยืดหยุ่น-แข็ง (Flex-Rigid PCB) แผ่นวงจรความหนาแน่นสูง (HDI PCB) แผ่นวงจรฐานโลหะ (MCPCB) เป็นต้น ด้วยปริมาณการผลิตที่หลากหลายตั้งแต่ต้นแบบ ปริมาณต่ำถึงปานกลาง ไปจนถึงการผลิตปริมาณสูง เพื่อรองรับความต้องการที่หลากหลายของคุณติดต่อเราตอนนี้ด้วยความต้องการเฉพาะของคุณ และเราจะทำให้ผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสมที่สุดอยู่ในมือคุณ
แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
•กระบวนการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็งหลายชั้น
•โครงสร้างวัสดุและการประกอบสร้างของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง
•ปรับปรุงความคล่องตัวในการประกอบและเพิ่มความเชื่อถือได้ด้วยแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นและแบบยืดหยุ่น-แข็ง
