การพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น

เทคโนโลยีการแกะสลัก PI

ตั้งแต่ช่วงต้นปี 2005 แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) ที่อาศัยแผ่นฐานทองแดงเคลือบลามิเนตแบบยืดหยุ่นชนิด 2 ชั้น (2-layer flexible CCL) สำหรับการใช้งานในโทรศัพท์มือถือ มีปริมาณการใช้งานมากกว่า 15,000 เมตร²เอาต์พุต โดยปกติการทำรูและร่องบนวัสดุแผ่นรอง PI (โพลิอิไมด์) ที่ใช้ใน CCL แบบยืดหยุ่นจะขึ้นอยู่กับกระบวนการผลิตเชิงกล เช่น การปั๊ม การเจาะ หรือการใช้เลเซอร์แบบใหม่ เมื่อพิจารณาถึงความหนาแน่นสูงของวงจร PCB แบบยืดหยุ่นและแผ่นรองที่บางลง การใช้เทคโนโลยีการบำบัดแบบเปียกจะเหมาะสมกว่าเพื่อให้สอดคล้องกับการผลิตปริมาณมากและการลดต้นทุน และเพื่อเปิดรูและร่องบนวัสดุแผ่นรอง PI ผ่านกระบวนการกัดกรด

กลไกของการกัดกรด PI (Kapton) จะถูกอธิบายในส่วนนี้ Kapton เกิดจากปฏิกิริยารวมกันระหว่างไพโรเมลลิทิกไดแอนไฮไดรต์ (PMDA) และ DADPE พร้อมด้วยหมู่ไอไมด์ ไฮดรอกซีในสารละลายกัดกรดจะทำปฏิกิริยากับหมู่ไอไมด์ ทำให้ PMDA และ DADPE ละลาย ส่งผลให้การกัดกรดสำเร็จ

ระหว่างกระบวนการกัด มีสารป้องกันการกัดสองประเภทที่ใช้สำหรับปกป้องลายภาพ ประเภทหนึ่งคือสารป้องกันการกัดทองแดง ซึ่งทำให้ลายตัวนำทองแดงปกป้องฟิล์ม PI ส่วนอีกประเภทคือฟิล์มสารป้องกันการกัดแบบรับภาพ ซึ่งปกป้องลายกราฟิกผ่านการเคลือบฟิล์ม การฉายแสง และการสร้างภาพ การเปรียบเทียบระหว่างสารป้องกันการกัดทั้งสองประเภทสรุปไว้ในตารางด้านล่าง

กระบวนการลบเนื้อวัสดุ, กระบวนการเติมเนื้อวัสดุแบบเต็มรูปแบบ และกระบวนการเติมเนื้อวัสดุแบบกึ่งเติม

PCB รวมถึงแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นมีแนวโน้มที่จะพัฒนาไปสู่การเชื่อมต่อความหนาแน่นสูง (HDI) ซึ่งมีลักษณะเด่นคือเส้นลายวงจรขนาดเล็ก ไมโครเวีย และหลายชั้น เส้นลายวงจรขนาดเล็กหมายถึงเส้นลายและระยะห่างระหว่างเส้นที่มีขนาดต่ำกว่า 0.1 มม. และระยะพิทช์ขนาดเล็กมีค่าต่ำกว่า 0.2 มม.

เมื่อพิจารณาการสร้างกราฟิกเส้นละเอียดความหนาแน่นสูง วิธีการทางเทคโนโลยีประกอบด้วยสามวิธีต่อไปนี้

• กระบวนการเชิงลบ

ในฐานะที่เป็นวิธีการกัดฟอยล์ทองแดงแบบดั้งเดิม กระบวนการลบเนื้อ (substractive process) ได้รับการยอมรับว่าเป็นเทคโนโลยีที่มีความสมบูรณ์และถูกใช้งานมานานหลายสิบปี อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้ยังคงได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องเนื่องจากมีข้อจำกัดเมื่อใช้กับวงจรลายเส้นละเอียดความหนาแน่นสูง ในบรรดากระบวนการลบเนื้อ การพิมพ์ซิลค์สกรีนเพื่อสร้างชั้นป้องกันการกัดกร่อนเป็นวิธีที่ใช้กันมากที่สุด เนื่องจากเหมาะสมกับการผลิตปริมาณมาก มีความสะดวกในการปฏิบัติงาน และมีต้นทุนต่ำ ตัวอย่างที่พบได้บ่อยที่สุดคือการใช้ฟิล์มแห้งป้องกันการกัดกร่อนที่สามารถสร้างภาพได้

เพื่อให้บรรลุเป้าหมายของลายเส้นละเอียดและเพื่อปรับปรุงความละเอียดของสารป้องกันการกัดกร่อน วิธีแรกคือการใช้ชั้นฟิล์มแห้งสารป้องกันการกัดกร่อนแบบบาง โดยมีความหนา 35μm, 25μm, 15μm จนถึง 10μm วิธีที่สองคือการใช้ฟิล์มเปียก (สารป้องกันการกัดกร่อนแบบของเหลวที่สามารถสร้างภาพได้) โดยความหนาของชั้นเคลือบอยู่ในช่วง 10μm ถึง 6μm นอกจากนี้ ควรปรับปรุงความสามารถในการกัดกร่อน โดยในด้านหนึ่งมีเป้าหมายเพื่อรักษาเสถียรภาพของความละเอียดในการกัดกร่อน และในอีกด้านหนึ่งมีเป้าหมายเพื่อปรับปรุงอุปกรณ์การกัดกร่อน นอกจากนี้ ควรใช้ฟอยล์ทองแดงบางที่มีความหนาในช่วง 18μm, 12μm, 9μm จนถึง 5μm เพื่อลดการกัดด้านข้างและรับประกันความแม่นยำในการกัดกร่อน

• กระบวนการแบบเติมเต็มทั้งหมด

กระบวนการเติมเต็มทั้งหมดประกอบด้วยรายการต่อไปนี้:
a. แผ่นรองฉนวน;
b. ชั้นเมล็ดที่ถูกสร้างขึ้นบนพื้นผิวของวัสดุฐานรอง
c. รีซิสต์สำหรับสารกัดกร่อนที่มองเห็นได้ด้วยภาพ;
d. กราฟิกการชุบโลหะด้วยไฟฟ้า;
e. ชั้นฉนวนและการผลิตวิอา;
f. ทองแดงแบบจุ่ม

เมื่อใช้ฟิล์ม PI เป็นวัสดุฐานสำหรับแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (flexible PCB) ชั้นฉนวนจะเป็นเรซิน PI ชนิดไวแสง จนถึงปัจจุบันสามารถสร้างลายวงจรละเอียดที่ความกว้างลายและระยะห่างระหว่างลายเท่ากันที่ 5μm และขนาดรู via สามารถเล็กได้ถึง 20μm หรือแม้แต่ 10μm

• กระบวนการแบบกึ่งเชิงบวก

กระบวนการกึ่งเติมแต่งอยู่ระหว่างกระบวนการลบเนื้อวัสดุและกระบวนการเติมแต่งเต็มรูปแบบ โดยประกอบด้วยขั้นตอนและรายการต่อไปนี้:
a. สามารถใช้ CCL แบบบางหรือแผ่นฉนวนได้;
b. สามารถใช้การเจาะแบบกลไกหรือการเจาะด้วยเลเซอร์ได้ จากนั้นการเคลือบทองแดงแบบไม่ใช้ไฟฟ้าจะทำให้มันกลายเป็นวิอา;
c. มีการเกิดลวดลายเชิงลบบนพื้นผิว;
d. จากนั้นทำการชุบกราฟิกด้วยทองแดง;
e. กำจัดสารป้องกันการกัดกร่อนที่สามารถสร้างภาพได้แล้ว;
f. ควรทำการกัดกรดทองแดงออก

การเปรียบเทียบระหว่างกระบวนการลบเนื้อวัสดุ กระบวนการเติมเต็มแบบสมบูรณ์ และกระบวนการเติมเต็มแบบกึ่งสมบูรณ์ สามารถสรุปได้ในตารางด้านล่าง

เทคโนโลยีบิลด์อัป

เทคโนโลยีการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์แบบแข็ง HDI ส่วนใหญ่พึ่งพากระบวนการ Build-up ซึ่งสามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นหลายชั้นและแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง

เทคโนโลยีการสร้างแบบเพิ่มชั้นที่สำคัญประกอบด้วยการสร้างแบบเพิ่มชั้นทีละชั้น การเชื่อมต่อแบบฝัง การเชื่อมต่อไมโครเวียเต็มรูปแบบ และ PALAP (กระบวนการวางเลย์อัพพรีเพรกแบบลายวงจร) วิธีการผลิตเวียสามารถจำแนกได้เป็น การเจาะด้วยกลไก การปั๊มด้วยกลไก การเจาะด้วยเลเซอร์ การกัดเวียด้วยพลาสมา การผลิตเวียแบบไวแสง และการกัดด้วยสารเคมี

การผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นยังอาศัยเทคโนโลยีการสร้างแบบซ้อนชั้น ส่งผลให้เกิดการบลายด์เวียและเบอรีด์เวียและได้บรรลุการซ้อนไมโครเวียความหนาแน่นสูงแล้ว การผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบเฟล็กซ์-ริจิด (flex-rigid PCB) อาศัยเทคโนโลยีบิลด์อัปมากกว่า และหนึ่งในแบบอย่างที่พบได้บ่อยเรียกว่า แผงวงจรพิมพ์แบบเฟล็กซ์-ริจิดชนิดหักแยกได้ (snap-off flex-rigid PCB) แผงวงจรพิมพ์แบบเฟล็กซ์-ริจิดแบบดั้งเดิมจะผลิตโดยการวางชั้นเฟล็กซิเบิลไว้ตรงกลาง จากนั้นจึงดำเนินกระบวนการผลิตแบบบิลด์อัป ซึ่งถือว่าไม่สะดวกนัก อย่างไรก็ตาม แผงวงจรพิมพ์แบบเฟล็กซ์-ริจิดชนิดหักแยกได้จะถูกสร้างขึ้นโดยเริ่มจากการผลิตแผ่นแกนแข็งแบบหลายชั้น จากนั้นจึงสร้างวงจรผิวโค้งงอได้บนชั้นบิลด์อัป และสุดท้ายจึงตัดแยกแผ่นแข็งออกหลังจากการประกอบชิ้นส่วนเสร็จสิ้น

การสร้างคัฟเวอร์เลย์

เมื่อกล่าวถึงกระบวนการผลิตฟิล์มปิดผิว (coverlay) สำหรับแผงวงจรยืดหยุ่น จะทำการลามิเนต PIC (photo-imageable coverlay) ลงบนผิวบอร์ด จากนั้นจึงทำให้แผ่นรองเชื่อมต่อของตัวนำไฟฟ้าถูกเปิดออกด้วยกระบวนการอัดฉายแสงและล้างลาย วิธีนี้ไม่จำเป็นต้องเจาะรูฟิล์มปิดผิวล่วงหน้าหรือเปิดหน้าต่างด้วยการเจาะรูผ่าน (via) จึงทำให้ตำแหน่งลายวงจรมีความแม่นยำสูง อีกหนึ่งเทคโนโลยีใหม่คือการกัดกรดโพลีอิไมด์ เพื่อทำให้เกิดรูผ่านบนฟิล์มปิดผิวโพลีอิไมด์หรือบนวัสดุฐานรอง

การดัดแปลงอุปกรณ์การผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น

ตามโหมดการผลิตที่แตกต่างกันของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) อุปกรณ์การผลิต Flexible PCB สามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท คือ แบบแผ่นเดี่ยว (Single Sheet) และแบบม้วนต่อม้วน (Roll to Roll) การผลิตแบบแผ่นเดี่ยวสำหรับ Flexible PCB มีหลักการทำงานเช่นเดียวกับการผลิตแผงวงจรแข็ง (Rigid PCB) โดยแผ่นฐานจะถูกตัดออกเป็นชิ้นเดี่ยว ๆ ก่อน แล้วจึงนำมาผลิตทีละชิ้น เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิต จึงมีการพึ่งพาการผลิตแบบม้วนต่อม้วนมากขึ้น นอกจากสายการผลิตแบบม้วนต่อม้วนแบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบสำหรับแผงวงจรยืดหยุ่นด้านเดียวแล้ว ยังมีอุปกรณ์การผลิตแบบม้วนต่อม้วนจำนวนมากที่รองรับกระบวนการเดี่ยว เพื่อให้สอดคล้องกับความต้องการในการผลิตแผงวงจรสองด้านและแผงวงจรหลายชั้น

ในแง่ของระดับเสรีภาพในการผลิต การผลิตแบบแผ่นเดี่ยวมีความสะดวกมากกว่า ดังนั้นจึงควรมุ่งเน้นและปรับปรุงอุปกรณ์การผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ยืดหยุ่นแบบแผ่นเดี่ยว งานสำคัญอยู่ที่การปรับปรุงอุปกรณ์ส่งผ่าน ซึ่งเหมาะสมกว่าสำหรับการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ยืดหยุ่นที่มีความบางมาก

ติดต่อ PCBCart เพื่อตอบสนองความต้องการการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นอย่างมีประสิทธิภาพ

PCBCart ให้บริการด้านการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นมาตั้งแต่ปี 2005 ยินดีต้อนรับให้คุณติดต่อเราเพื่อพูดคุยเกี่ยวกับความต้องการด้านการผลิตและการประกอบแผงวงจรยืดหยุ่นของคุณ หรือคลิกปุ่มด้านล่างเพื่อขอใบเสนอราคาแผงวงจรยืดหยุ่น

ขอใบเสนอราคาแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น

แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
•การประยุกต์ใช้แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น
•ปรับปรุงความคล่องตัวในการประกอบและเพิ่มความเชื่อถือได้ด้วยแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นและแบบยืดหยุ่น-แข็ง
•บริการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) จาก PCBCart
•PCBCart ให้บริการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่ยืดหยุ่น
•คู่มือการเลือกวัสดุบอร์ดวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น