การพัฒนาแอปพลิเคชันแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น

แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นสำหรับโทรศัพท์มือถือ

การปรับเปลี่ยนที่เกิดขึ้นกับโทรศัพท์ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงกับแผงวงจรพิมพ์ (PCB: printed circuit boards) ทั้งหมด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีการใช้แผงวงจรยืดหยุ่นหลายชิ้น อันดับแรก น้ำหนักที่เบาและความบางของโทรศัพท์มือถือทำให้แผงวงจรแข็งถูกแทนที่ด้วยแผงวงจรยืดหยุ่น อัตราส่วนพื้นที่ระหว่างส่วนแข็งและส่วนยืดหยุ่นที่โทรศัพท์เคยใช้ประโยชน์อยู่ที่ประมาณ 80:20 ในขณะที่จะกลายเป็น 20:80 นอกจากนี้ แผงวงจรแข็งที่ใช้สำหรับโทรศัพท์มือถือยังมีความบางแผงวงจรพิมพ์ HDI (การเชื่อมต่อความหนาแน่นสูง)โทรศัพท์มือถือที่ใช้แผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง (Rigid PCB) เป็นหลักมีความหนา 27 มม. ในขณะที่โทรศัพท์ที่ใช้แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) มีความหนาเพียง 16.8 มม.

แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นที่ใช้ในตำแหน่งต่าง ๆ ของโทรศัพท์มือถือทำให้เกิดโครงสร้างและความต้องการที่แตกต่างกัน

• แผงสวิตช์หลัก

แผงสวิตช์กุญแจเป็นแผงวงจรพิมพ์แบบสี่ชั้นที่มีความหนาน้อยกว่า 0.3 มม. ชิ้นส่วนแบบยืดหยุ่นนี้ติดตั้งด้วยอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น ไฟ LED และขั้วต่ออินพุต/เอาต์พุตบนพื้นผิวซึ่งไม่ต้องการความยืดหยุ่น จึงสามารถเคลือบซอลเดอร์มาสก์บนพื้นผิวได้ ส่วนที่โค้งงอของแผงวงจรยืดหยุ่นสี่ชั้นนี้เป็นตัวนำชั้นเดียวที่สามารถโค้งงอเป็นรูปตัว “S” ได้

• โมดูลจอแสดงผลคริสตัลเหลว (LCM)

LCM ประกอบด้วยแผงวงจรยืดหยุ่น LCD หลักและแผงวงจรยืดหยุ่น LCD รอง โดยแผงวงจรหลักเป็นแผงวงจรสองหน้า ในขณะที่แผงวงจรรองเป็นแผงวงจรหน้าเดียว ชิปเปล่าและตัวต้านทาน–ตัวเก็บประจุเสริมควรถูกประกอบลงบนแผงวงจรยืดหยุ่นโดยตรงเพื่อขับเคลื่อน LCD การเชื่อมต่อ IC ชิปเปล่าโดยทั่วไปขึ้นอยู่กับ ACF (Anisotropic Conductive Film) และแผงวงจรยืดหยุ่นจำเป็นต้องผ่านการให้ความร้อนและการกด ดังนั้นจึงควรใช้ฟิล์มโพลีอิไมด์ฟอยล์ทองแดงหน้าเดียวและสองหน้าแบบไม่มีชั้นกาว

แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) ที่ใช้สำหรับโทรศัพท์มือถือส่วนใหญ่ทำจากแผ่นโพลีอิไมด์ ซึ่งต้องมีคุณสมบัติบาง ปราศจากกาว และปราศจากฮาโลเจน นอกจากนี้ ควรปรับปรุงความทนทานต่อการโค้งงอของชั้นเคลือบทองแดง เคลือบนิกเกิล และเคลือบทอง ซึ่งจะเป็นประโยชน์ต่อการเพิ่มความทนทานต่อการโค้งงอของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นทั้งหมด

คลื่นดิจิทัลผลักดันการพัฒนาแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นหลายชั้น

ในช่วงระยะเริ่มต้นของการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นหลายชั้นถูกนำมาใช้ในแล็ปท็อป การ์ดหน่วยความจำ และกล้องถ่ายรูป เป็นต้น เมื่อกระแสดิจิทัลมาถึง แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นหลายชั้นจึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในจอแสดงผลคริสตัลเหลว (LCD) หัวอ่านออปติคัลของเครื่องเล่น DVD กล้องดิจิทัล กล้องวิดีโอดิจิทัล เป็นต้น ตัวอย่างเช่น ส่วนเชื่อมต่อของจอ LCD ประกอบด้วยแผงวงจรยืดหยุ่น 8 ชั้นที่มีความหนา 0.6 มม. ในขณะที่กล้องดิจิทัลใช้แผงวงจรยืดหยุ่น 6 ชั้น

การออกแบบแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นหลายชั้น (Multi-layer flexible PCB) มีพื้นฐานมาจากแนวคิดที่ว่าชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ขั้วต่อสายเคเบิล และส่วนที่ใช้เสียบเชื่อมต่อถูกรวมเข้าไว้ด้วยกัน โดยทั่วไปจะถูกออกแบบให้เป็นวงจรตั้งแต่สามถึงสิบชั้น ซึ่งมีความกว้างลายวงจร/ระยะห่างขั้นต่ำอยู่ที่ 0.075 มม./0.075 มม. ขนาดรูชุบผ่านขั้นต่ำคือ 0.25 มม. และขนาดรูของแผ่นเชื่อมต่อคือ 0.50 มม. แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นหลายชั้นยังสามารถผลิตด้วยเทคโนโลยี BUM (build up multilayer) และมีคุณลักษณะดังนี้blind/buried ผ่านซึ่งมีขนาดรูเปิด 0.1 มม. และแผ่นรองต่อเชื่อมที่มีขนาดรูเปิด 0.3 มม. เมื่อใช้โพลีอิไมด์เป็นวัสดุฐานรอง ความหนาของมันสามารถเป็น 25 ไมโครเมตร หรือ 12 ไมโครเมตร และชั้นกาวเชื่อมต่อเป็นอะคริลิกแอซิดพรีเพรก หรือพรีเพรกแบบแช่ล่วงหน้า

ปัญหาสำคัญที่แผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นหลายชั้นต้องเอาชนะในระหว่างกระบวนการผลิต ได้แก่ การจัดตำแหน่งใหม่ ความเรียบของผิวหน้า และความเชื่อถือได้ การจัดแนวชั้นเป็นดัชนีที่สำคัญสำหรับแผ่นวงจรพิมพ์ความหนาแน่นสูงหลายชั้น และมีแนวโน้มที่จะเกิดการเปลี่ยนแปลงขนาดเนื่องจากการดูดซึมความชื้นสูงของโพลีอิไมด์ซึ่งใช้เป็นวัสดุฐานของแผ่นวงจรยืดหยุ่น ดังนั้นการทำเสถียรภาพจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งทั้งก่อนและหลังการลามิเนต อุปกรณ์ติดตั้งบนพื้นผิว (SMDs) ถูกใช้งานเป็นหลักในการประกอบแผงวงจรพิมพ์ซึ่งต้องการความแบนราบสูง การทดสอบความน่าเชื่อถือที่เกี่ยวข้องกับแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นหลายชั้น (multi-layer flexible PCB) ส่วนใหญ่ประกอบด้วยการทดสอบที่อุณหภูมิสูง ความชื้นสูง และความดันสูง การทดสอบการสลับอุณหภูมิสูงและต่ำ (-65°C-125°C) และการทดสอบผลกระทบจากความเค้นทางความร้อน (300°C)

แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นหลายชั้นมีทั้งความสามารถในการโค้งงอของบอร์ดยืดหยุ่นและความสามารถในการรองรับการประกอบชิ้นส่วน นอกจากนี้ยังมีความบางกว่าและมีความน่าเชื่อถือมากกว่าแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็งดังนั้น แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นหลายชั้นจะได้รับการยอมรับอย่างแพร่หลายมากขึ้นโดยผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์รุ่นใหม่

แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็งสำหรับยานยนต์

ยานยนต์ประกอบด้วยชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมาก รวมถึงอุปกรณ์ควบคุมอิเล็กทรอนิกส์เฉพาะทาง 250 ชิ้น ซึ่งทั้งหมดจำเป็นต้องเชื่อมต่อกันด้วยแผงวงจรพิมพ์ (PCB) และสายเชื่อมต่อเพื่อให้ระบบทั้งหมดบูรณาการเป็นหนึ่งเดียว เพื่อให้ได้มาซึ่งการย่อส่วนและความเชื่อถือได้ ควรใช้แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง (flex-rigid PCB) ในการใช้งานปัจจุบันที่เกี่ยวข้องกับทรานสดิวเซอร์ปฏิบัติการ ชุดควบคุมเครื่องยนต์ อุปกรณ์ช่วยเบรก กระจกไฟฟ้า ระบบขับเคลื่อน และระบบอัจฉริยะ

เพื่อให้สอดคล้องกับข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพที่แตกต่างกันซึ่งกำหนดโดยตำแหน่งที่ต่างกัน จึงมีแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง (flex-rigid PCB) ให้เลือกใช้ 2 ประเภท ได้แก่ แผงวงจรยืดหยุ่น-แข็งแบบโค้งงอได้หลายครั้ง (multi-bendability flex-rigid PCB) และแผงวงจรยืดหยุ่น-แข็งแบบโค้งงอได้บางส่วน (half-bendability flex-rigid PCB)

• แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็งที่โค้งงอได้หลายทิศทาง

แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นกึ่งแข็งที่สามารถโค้งงอได้หลายจุด ใช้ประโยชน์จากฟิล์มยืดหยุ่น PI เป็นวัสดุฐาน ประกอบด้วยส่วนที่เป็นแข็งและส่วนที่ยืดหยุ่น

แผ่นวงจรพิมพ์แบบเฟล็กซ์-ริจิดที่สามารถโค้งงอได้หลายครั้งเหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องการการดัดงอหลายรอบ ในด้านสมรรถนะ ควรให้ความสำคัญกับความทนทานต่อความร้อนและความเสถียรด้านมิติ นอกจากนี้ ค่า CTE ตามแกน Z ของพรีเพรกควรมีค่าต่ำเพื่อป้องกันไม่ให้ผนังรูทะลุชุบโลหะแตกภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง นอกเหนือจากฟิล์มกาว PI แล้ว ยังสามารถใช้พรีเพรก FR4 แบบไม่ไหลได้เช่นกัน เมื่อใช้วัสดุ PEN หรือ PET แผ่นวงจรเฟล็กซ์-ริจิดจะสามารถคงโครงสร้างที่ค่อนข้างเสถียรได้ เพื่อให้ได้การส่งสัญญาณความเร็วสูงและความเชื่อถือได้สูง ยังสามารถเลือกใช้วัสดุ LCP ได้ด้วย แผ่นวงจรเฟล็กซ์-ริจิดที่ใช้วัสดุเหล่านี้สามารถผลิตได้โดยไม่จำเป็นต้องผ่านการอบแห้งก่อนการประกอบและการบัดกรี ซึ่งเป็นขั้นตอนที่จำเป็นเมื่อใช้วัสดุแผ่นรองพื้นแบบ PI

• แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นกึ่งงอได้ (Flex-Rigid PCB)

แผ่นวงจรพิมพ์แบบเฟล็กซ์-ริจิดกึ่งโค้งงอได้ (Half-bendable flex-rigid PCB) เป็นแผ่นวงจรชนิดหนึ่งที่จำเป็นต้องถูกดัดงอระหว่างกระบวนการประกอบ การแก้ไขงาน (rework) และการบำรุงรักษา ดังนั้นจึงควรเลือกใช้วัสดุแผ่นรอง (substrate) ที่สามารถโค้งงอได้แต่มีความยืดหยุ่นต่ำเพื่อช่วยลดต้นทุน ผลที่ตามมาคือมีการใช้แผ่นรอง FR-4 ชนิดอีพ็อกซีดัดแปลงแบบบางแทนฟิล์ม PI คล้ายกับแผ่นวงจรพิมพ์สองหน้า (double-side) หรือหลายชั้น (multi-layer) ทั่วไป แผ่นวงจรพิมพ์แบบเฟล็กซ์-ริจิดกึ่งโค้งงอได้จะให้ความสำคัญเพิ่มเติมเพียงในส่วนของการออกแบบลายวงจร (tracing design) และความหนาของบริเวณที่ต้องโค้งงอเท่านั้น

ในด้านประสิทธิภาพของแผ่นวงจรพิมพ์แบบเฟล็กซ์-ริจิดที่โค้งงอได้ครึ่งหนึ่ง ประเภทมาตรฐานจะมีเพียงหนึ่งชั้นของตัวนำ และส่วนที่โค้งงอได้มีความสูง 16 มม. พร้อมเส้นผ่านศูนย์กลางการโค้งงอต่ำสุด 5 มม. สามารถทนต่อการโค้งงอซ้ำได้มากกว่า 10 รอบ ความต้องการเพิ่มเติมสำหรับแผ่นวงจรพิมพ์แบบเฟล็กซ์-ริจิดประเภทนี้คือ ส่วนที่โค้งงอได้ควรมีตัวนำสองชั้น โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางการโค้งงอต่ำสุด 2 มม. และสามารถทนต่อการโค้งงอซ้ำได้ 10 ถึง 20 รอบ

แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นสำหรับแพ็กเกจ IC

วงจรรวม (IC: integrated circuit) ถูกผลิตขึ้นโดยการนำสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิคอนและเจอร์เมเนียม มาผลิตเป็นเวเฟอร์ แล้วจึงตัดออกเป็นชิปซึ่งจะถูกนำไปประกอบรวมเป็นวงจรต่อไป วงจรรวมทำให้เกิดแพ็กเกจหลากหลายประเภท และพัฒนาต่อเนื่องไปในทิศทางของการมีขนาดเล็กลงและมีความหนาแน่นสูงขึ้น เช่น DIP (double in-line package), QFP (quad flat package), PGA (pin grid array), BGA (ball grid array), CSP (chip-scale package), SiP (system in a package) และ MCP (multi-chip package) หรือ MCM (multi-chip module)

แผ่นวงจรพิมพ์สำหรับแพ็กเกจ IC หรือที่เรียกว่าแผ่นรองรับ IC (IC carrier board) เป็นแขนงหนึ่งของแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) แผ่นรองรับ IC แบ่งออกเป็นแบบแผ่นอนินทรีย์ (ฐานเซรามิก) และแบบแผ่นอินทรีย์ (ฐานเรซิน) โดยแผ่นอินทรีย์สามารถแบ่งออกเป็นแผ่นแข็งและแผ่นยืดหยุ่นได้ เมื่อมีการประกอบชิปลงบนแผ่นยืดหยุ่นโดยตรง จะเกิดเป็นเทปแผ่นรองรับ IC ชนิดหนึ่งที่เรียกว่า COF เมื่อแพ็กเกจ IC เข้าสู่ยุคของ BGA, CSP และ MCP การใช้แผ่นยืดหยุ่นจะเพิ่มสูงขึ้นอย่างมาก

บอร์ดแบบยืดหยุ่นกำลังเผชิญกับความหนาแน่นสูงและความเร็วสูง ซึ่งสะท้อนให้เห็นในเชิงเทคนิคอยู่ในสามด้าน ประการแรก ระยะพิทช์ของลายวงจรมีแนวโน้มลดลงอย่างต่อเนื่อง พิทช์ขั้นต่ำของลายวงจรบนเทป COF คือ 30μm (ลาย/ช่องว่างเป็น 15μm/15μm) ซึ่งแทบไม่สามารถทำได้ด้วยเทคโนโลยีการกัดฟอยล์ทองแดงแบบทั่วไป ดังนั้นจึงมักใช้กระบวนการกึ่งเติมเนื้อทองแดง (semi-additive process) ประการที่สอง ชั้นซอลเดอร์มาสก์บนผิวหน้าของแผ่นแพดต้องมีความเรียบและสม่ำเสมอ เหมาะสำหรับการบัดกรีบอลหรือการบัดกรีด้วยลวดทอง โดยทั่วไปจะใช้การชุบดีบุกหรือชุบนิกเกิล/ทอง และต้องเลือกชั้นการชุบที่มีคุณภาพดีเพื่อคงความยืดหยุ่นไว้ ประการที่สาม วัสดุฐานต้องมีคุณสมบัติความถี่สูงที่ดีเยี่ยม โดยมีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกและการสูญเสียไดอิเล็กทริกต่ำ

การประยุกต์ใช้งานแผงวงจรยืดหยุ่น-แข็งที่กว้างขวางมากขึ้น

แผงวงจรพิมพ์แบบเฟล็กซ์-ริจิดประกอบด้วยสองส่วน ได้แก่ แผงแข็งและแผงยืดหยุ่น แผงแข็งทำจากวัสดุฐานแข็งที่มีความแข็งแรงสูงและดัดโค้งได้ยาก สามารถติดตั้งชิ้นส่วน SMD ลงบนแผงแข็งได้อย่างมั่นคง ซึ่งแตกต่างจากบริเวณแข็งของแผงวงจรยืดหยุ่นหลายชั้นที่ขึ้นอยู่กับความหนา ประเด็นปัญหาที่แผงวงจรแบบริจิด-เฟล็กซ์ต้องเผชิญมีดังนี้:

•ส่วนที่ยืดหยุ่นจะถูกผลิตขึ้นก่อนโดยการเลือกวัสดุฐานที่มีการดูดซึมความชื้นต่ำและมีความเสถียรเชิงมิติที่ยอดเยี่ยม โพลิอิไมด์CCL (แผ่นลามิเนตเคลือบทองแดง)ที่มีโครงสร้างสองชั้นมีประสิทธิภาพดีกว่าแผ่นวงจรพิมพ์ฐานโพลิอิไมด์ (CCL) ที่มีโครงสร้างสามชั้น

•ส่วนแข็งผลิตขึ้นจากฐาน FR4 เป็นหลัก การเชื่อมต่อระหว่างส่วนแข็งและส่วนยืดหยุ่นทำได้โดยการใช้พรีเพรก เพื่อป้องกันไม่ให้เรซินอีพ็อกซีไหลล้นไปยังส่วนยืดหยุ่น จึงใช้วัสดุที่ผ่านการชุบล่วงหน้าซึ่งมีเรซินอีพ็อกซีไหลน้อยมากหรือแทบไม่มีเลย

ติดต่อ PCBCart เพื่อตอบสนองความต้องการการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็งอย่างมีประสิทธิภาพ

PCBCart ได้ผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบเฟล็กซ์-ริจิดมาหลายปีแล้ว ยินดีต้อนรับให้คุณติดต่อเราเพื่อพูดคุยเกี่ยวกับโครงการแผงวงจรพิมพ์แบบเฟล็กซ์-ริจิดของคุณ หรือคลิกปุ่มด้านล่างเพื่อขอราคาแผงวงจรพิมพ์แบบเฟล็กซ์-ริจิด

ขอใบเสนอราคาการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง

แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
•การแนะนำและบริการการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง
•การประยุกต์ใช้แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง
•ปรับปรุงความคล่องตัวในการประกอบและเพิ่มความเชื่อถือได้ด้วยแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นและแบบยืดหยุ่น-แข็ง