วัสดุหลักของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB)

ปัจจุบัน แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) มีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว ทำให้ส่วนแบ่งทางการตลาดเพิ่มสูงขึ้น และมีความก้าวหน้าอย่างมากในด้านเทคโนโลยี การเกิดขึ้นของเทคโนโลยีการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นรูปแบบใหม่ ช่วยผลักดันให้แผงวงจรยืดหยุ่นมีจุดเด่นในด้านน้ำหนักเบา ความบาง และความยืดหยุ่น ส่งผลให้มีการนำไปใช้งานอย่างแพร่หลาย

คุณสมบัติพื้นฐานของแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของวัสดุฉนวนรองพื้น ดังนั้นการปรับปรุงประสิทธิภาพของวัสดุฉนวนรองพื้นจึงเป็นสิ่งสำคัญอันดับแรกในการยกระดับสมรรถนะทางเทคนิคของ PCB อย่างแท้จริง ซึ่งใช้ได้กับแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) เช่นกัน

การปรับปรุงสมรรถนะของวัสดุแผ่นฟิล์มพื้นฐานทั่วไป

หน้าที่ของวัสดุแผ่นฟิล์มรองพื้นอยู่ที่ความสามารถในการทำหน้าที่เป็นตัวพาหะของตัวนำไฟฟ้าและเป็นตัวกลางฉนวนระหว่างวงจร นอกจากนี้ยังต้องสามารถโค้งงอและม้วนงอได้

วัสดุแผ่นรองที่ใช้กันโดยทั่วไปสำหรับแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) ได้แก่ ฟิล์ม PI (โพลีอิไมด์) และฟิล์ม PET (โพลีเอสเตอร์) นอกจากนี้ยังมีฟิล์มโพลิเมอร์ชนิดอื่น ๆ เช่น PEN (โพลีเอทิลีนแนฟทาเลต), PTFE และอะรามิด เป็นต้น ควรเลือกใช้ฟิล์มวัสดุแผ่นรองตามสมรรถนะและต้นทุนของวัสดุนั้น ๆ

วัสดุแผ่นรองชั้นนำสำหรับแผ่นลามิเนตเคลือบทองแดงแบบยืดหยุ่น (FCCL)ครอบคลุมถึง PI ซึ่งเป็นเรซินเทอร์โมเซตชนิดหนึ่งที่อุณหภูมิจะไม่สูงจนทำให้อ่อนตัวหรือไหลได้ อย่างไรก็ตาม หลังการโพลิเมอไรซ์ด้วยความร้อนแล้ว ยังสามารถคงความยืดหยุ่นและความยืดหยุ่นคืนรูปไว้ได้ ซึ่งแตกต่างจากเรซินเทอร์โมเซตส่วนใหญ่ PI มีคุณสมบัติทนความร้อนได้สูงและมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม อย่างไรก็ตาม PI มีการดูดซึมความชื้นสูงและมีความทนต่อการฉีกขาดไม่ดี ซึ่งควรได้รับการปรับปรุง ฟิล์ม PI ที่ได้รับการปรับปรุงมีการดูดซึมความชื้นเพียง 0.7% ซึ่งต่ำกว่าค่าปกติที่ 1.6% อย่างมาก และยังมีเสถียรภาพเชิงมิติที่สูงขึ้น โดยเปลี่ยนจาก ±0.04% เป็น ±0.02%

ทั้ง CCL แบบยืดหยุ่นและ CCL แบบแข็งต่างก็มีข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมที่ต้องปราศจากฮาโลเจน ซึ่งเป็นแนวโน้มที่หลีกเลี่ยงไม่ได้และเข้มงวดของอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ตามข้อบังคับที่ออกโดยสหภาพยุโรป (EU) และหลายประเทศ สารอันตราย 6 ชนิดถูกห้ามไม่ให้มีอยู่ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ตั้งแต่เดือนกรกฎาคม 2006 และแผงวงจรพิมพ์ (PCB) รวมถึงแผงวงจรยืดหยุ่น (flexible PCB) ต้องปราศจากสารหน่วงไฟที่มีโบรมีน

เรซิน PET มีสมบัติเชิงกลและสมบัติทางไฟฟ้าที่น่าพอใจ แต่ข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดคือทนความร้อนได้ไม่ดี ทำให้ไม่สามารถบัดกรีและประกอบได้โดยตรง สมบัติของ PEN ดีกว่า PET แต่ด้อยกว่า PI ดังนั้นการใช้งานของ PEN จึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

ในโลกนี้ ประเภทของฟิล์มพลาสติกที่สามารถใช้งานได้มีมากกว่า 2000 ประเภท ซึ่งในจำนวนนั้นย่อมต้องมีบางประเภทที่เหมาะสมสำหรับการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) ดังนั้น เมื่อการใช้งานแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นขยายตัว วัสดุแผ่นรองสำหรับแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นชนิดใหม่ก็จะถูกนำมาใช้

กาวมีบทบาทในการยึดติดฟอยล์ทองแดงและฟิล์มวัสดุฐาน โดยการจำแนกประเภททั่วไปประกอบด้วยเรซิน PI, เรซิน PET, เรซินอีพ็อกซี่ดัดแปลง และเรซินอะคริลิก ซึ่งในบรรดานี้เรซินอีพ็อกซี่ดัดแปลงและเรซินอะคริลิกถูกใช้งานมากกว่าเนื่องจากมีแรงยึดเกาะสูง

วัสดุแผ่นรองพื้น PI แบบสองชั้น

โดยทั่วไปแล้วแผ่นฐานทองแดงเคลือบลามิเนตแบบยืดหยุ่น (Flexible CCL) จะประกอบด้วย 3 ชั้น ได้แก่ โพลีอิไมด์ กาว และฟอยล์ทองแดง เนื่องจากกาวมักทำให้ประสิทธิภาพของแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) ลดลง โดยเฉพาะสมรรถนะทางไฟฟ้าและเสถียรภาพเชิงมิติ จึงได้มีการพัฒนาแผ่นฐานทองแดงเคลือบลามิเนตแบบยืดหยุ่นสองชั้น (2L-FCCL) ที่ไม่ใช้กาวขึ้นมา นอกจากนี้ เนื่องจาก 2L-FCCL ไม่มีส่วนผสมของกาวที่อาจมีฮาโลเจน จึงเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และยังสามารถรองรับความต้องการของการบัดกรีแบบไร้สารตะกั่วได้ โดยการเพิ่มอุณหภูมิจาก 220°C เป็น 260°C และ 300°C การเปรียบเทียบสมรรถนะระหว่าง 2L-FCCL แบบไม่ใช้กาวและ 3L-FCCL แบบใช้กาวสามารถสรุปได้ในตารางที่ 1 ด้านล่างนี้

มีวิธีการผลิต 2L-FCCL อยู่สามประเภท ได้แก่:
• การชุบด้วยไฟฟ้า;
• การเคลือบฟิล์ม;
• การเคลือบลามิเนต;

จากการเปรียบเทียบทั้งสามวิธี สามารถสรุปได้ว่า การเคลือบชั้นโลหะชุบไฟฟ้าลงบนฟิล์มโพลิอิไมด์สามารถผลิตได้ง่ายด้วยกระบวนการรีด และสามารถใช้วัสดุแผ่นรองและแผ่นฟอยล์ทองแดงที่บางกว่าได้ด้วยต้นทุนต่ำ การเคลือบฟิล์มเหมาะสำหรับการผลิตในปริมาณมากด้วยต้นทุนต่ำ ส่วนการลามิเนตให้ผลดีกว่าสำหรับการผลิตแผ่นวงจรสองหน้า

วัสดุแผ่นรอง LCP

เพื่อแก้ไขข้อเสียเปรียบที่สำคัญของวัสดุแผ่นรองพื้นโพลิอิไมด์ ได้มีการพัฒนาพอลิเมอร์ผลึกเหลว (LCP) ขึ้นมาใหม่ เมื่อฟิล์ม LCP แบบเทอร์มอพลาสติกถูกเคลือบด้วยแผ่นฟอยล์ทองแดง จากนั้นจึงผ่านการกดร้อนอย่างต่อเนื่อง ก็จะได้เป็นแผ่นด้านเดียวหรือสองด้านCCLจะได้รับแผ่น CCL ประเภทนี้มีอัตราการดูดซึมน้ำเพียง 0.04% และค่าคงที่ไดอิเล็กทริกเท่ากับ 2.85 (1GHz) ซึ่งสอดคล้องกับความต้องการของวงจรดิจิทัลความถี่สูง

โพลิเมอร์มีลักษณะเป็นของเหลวและจะถูกหลอมละลายกลายเป็นโพลิเมอร์ผลึกเหลวชนิดหลอมร้อน (TLCP) สำหรับข้อดีของ TLCP นั้น สามารถขึ้นรูปด้วยการฉีดและผลิตโดยการอัดเป็นแผ่นฟิล์มบางซึ่งจะใช้เป็นวัสดุแผ่นรองสำหรับแผงวงจรพิมพ์ (PCB) และแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) นอกจากนี้ ยังสามารถผ่านกระบวนการแปรรูปขั้นที่สอง รีไซเคิล และนำกลับมาใช้ใหม่ได้ เนื่องจาก TLCP มีการดูดซึมความชื้นต่ำ เหมาะสำหรับความถี่สูง และมีเสถียรภาพเชิงมิติทางความร้อน จึงเริ่มถูกนำมาใช้ในแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น

วัสดุแผ่นรองยืดหยุ่นปลอดฮาโลเจนที่สอดคล้องกับข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อม

ตั้งแต่ปี 2003 สหภาพยุโรปได้ประกาศใช้ RoHS และ WEEE เพื่อห้ามการใช้สารอันตราย 6 ประเภท และการจัดการขยะอุปกรณ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์RoHSเกี่ยวข้องกับโบรมีนที่ใช้เป็นสารหน่วงไฟในแผงวงจรพิมพ์ (PCB) และตะกั่วในสารเคลือบผิว

ได้มีการพัฒนาวัสดุฐานปลอดฮาโลเจนและนำไปใช้ทั้งในแผงวงจรพิมพ์แข็ง (rigid PCB) และแผงวงจรพิมพ์ยืดหยุ่น (flexible PCB) วัสดุฐานแบบยืดหยุ่น เช่น FCCL ฟิล์มครอบ (coverlay) พรีเพรก (prepreg) มาสก์ประสาน (solder mask) และแผ่นเสริมความแข็งแรง จะต้องมีคุณสมบัติทนไฟและปราศจากฮาโลเจน

แผ่นฟอยล์ทองแดงชนิดใหม่

วัสดุนำไฟฟ้าหลักของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) คือทองแดงหรือฟอยล์ทองแดง และบางครั้งก็มีการใช้โลหะผสมอื่น ๆ ด้วย เช่น อะลูมิเนียม นิกเกิล ทอง และเงิน เป็นต้น นอกจากการนำไฟฟ้าแล้ว ชั้นตัวนำยังต้องทนต่อการโค้งงอได้ด้วย ตามวิธีการผลิตที่แตกต่างกัน ฟอยล์ทองแดงจะแบ่งออกเป็นฟอยล์ทองแดงแบบอิเล็กโทรดีพอซิต (ED) และฟอยล์ทองแดงแบบรีดและอบอ่อน (RA) ความแตกต่างระหว่างฟอยล์ทองแดงสองประเภทนี้อยู่ที่โครงสร้างผลึกที่ต่างกัน: ฟอยล์ทองแดงแบบ RA มีโครงสร้างผลึกเป็นแนวเสา ทำให้โครงสร้างมีความสม่ำเสมอและเรียบ เหมาะสำหรับการทำผิวหยาบและการกัดลาย ส่วนฟอยล์ทองแดงแบบ ED มีลักษณะผลึกคล้ายเกล็ดปลา ทำให้ได้ฟอยล์ทองแดงผิวเรียบ มีความเหนียวดี แต่ไม่เหมาะสำหรับการทำผิวหยาบหรือการกัดลาย สำหรับแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นที่ต้องการความยืดหยุ่นสูง มักนิยมใช้ฟอยล์ทองแดงแบบ RA

ปัจจุบัน แผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นความหนาแน่นสูง (Flexible PCB) ส่วนใหญ่ยังคงพึ่งพาฟอยล์ทองแดงชนิด ED เพื่อให้สามารถรองรับความต้องการการผลิต PCB ปริมาณมากที่มีระยะพิทช์อยู่ในช่วง 40μm ถึง 50μm ได้ จึงเกิดความต้องการใหม่ขึ้น ได้แก่ ผิวหน้าของฟอยล์ทองแดงต้องมีความขรุขระต่ำ และฟอยล์ทองแดงต้องมีความบางเป็นพิเศษ

กาวเงินนำไฟฟ้า

ระหว่างช่วงกระบวนการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB)หมึกนำไฟฟ้าจะถูกพิมพ์ลงบนฟิล์มฉนวน โดยสร้างเป็นลวดหรือตัวชั้นป้องกันสัญญาณรบกวน และหมึกนำไฟฟ้าประเภทนี้ส่วนใหญ่เป็นซิลเวอร์เพสต์นำไฟฟ้า ชั้นนำไฟฟ้าที่พิมพ์แล้วจำเป็นต้องมีความต้านทานต่ำ การเชื่อมต่อที่มั่นคง และมีความยืดหยุ่น นอกจากนี้ การพิมพ์ควรทำได้ง่ายและการบ่มควรทำได้อย่างรวดเร็ว

ยางเงินนำไฟฟ้าแบบใหม่สามารถตอบสนองความต้องการด้านความต้านทานต่ำและความยืดหยุ่นสูง และสามารถใช้สร้างลวดลายตัวนำไฟฟ้าบนฟิล์มโพลิเมอร์เทอร์โมเซตหรือเทอร์โมพลาสติก ผ้า และกระดาษได้ นอกจากนี้ยังสามารถใช้สร้างกราฟิกที่ใช้ในผลิตภัณฑ์ RFID ได้อีกด้วย ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปที่ใช้ยางเงินนำไฟฟ้าผ่านการทดสอบการเก็บรักษาที่อุณหภูมิสูง การทดสอบความชื้น และสมรรถนะการทนต่อวัฏจักรอุณหภูมิสูงและต่ำ น้ำมันนำไฟฟ้ายังเป็นเทคโนโลยีประเภทหนึ่งที่สอดคล้องกับข้อกำหนดด้านการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมและต้นทุนต่ำ

ฟิล์มคลุม PI ไวแสง

ฟิล์มปิดผิวแบบดั้งเดิมชนิด PI/กาว ไม่สามารถตอบสนองความต้องการของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) ได้ เช่น ความหนาแน่นสูง ความเสถียรเชิงมิติสูง และการปกป้องสิ่งแวดล้อม ดังนั้นจึงได้มีการพัฒนา PIC (photo-imageable coverlay) ซึ่งมีความทนทานต่อการโค้งงอสูง และมีลักษณะคล้ายกับน้ำมันมาสก์ประสาน (solder mask)

จนถึงปัจจุบัน PIC ชนิดของเหลวหรือชนิดฟิล์มที่ขึ้นอยู่กับเรซินอีพ็อกซีดัดแปรหรือเรซินอะคริลิก ได้รับการวิจัยและนำไปใช้อย่างกว้างขวางเนื่องจากมีความละเอียดสูง แรงยึดเกาะที่ยอดเยี่ยม และมีความยืดหยุ่น ข้อเสียของ PIC ที่ขึ้นอยู่กับเรซินอีพ็อกซีดัดแปรหรือเรซินอะคริลิกคือมีเสถียรภาพเชิงมิติที่ต่ำเมื่อใช้กับแผงวงจรพิมพ์ความหนาแน่นสูง (HD PCB) มีค่า Tg ต่ำ และมีความทนทานต่อความร้อนต่ำ

ติดต่อ PCBCart เพื่อตอบสนองความต้องการการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นอย่างมีประสิทธิภาพ

PCBCart ให้บริการด้านการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นมาตั้งแต่ปี 2005 ยินดีต้อนรับให้คุณติดต่อเราเพื่อพูดคุยเกี่ยวกับความต้องการด้านการผลิตและการประกอบแผงวงจรยืดหยุ่นของคุณ หรือคลิกปุ่มด้านล่างเพื่อขอใบเสนอราคาสำหรับ PCB แบบยืดหยุ่น

ขอใบเสนอราคาแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น

แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
•การประยุกต์ใช้งานแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง
•ปรับปรุงความคล่องตัวในการประกอบและเพิ่มความเชื่อถือได้ด้วยแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นและแบบยืดหยุ่น-แข็ง
•บริการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) จาก PCBCart
•PCBCart ให้บริการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่ยืดหยุ่น
•คู่มือการเลือกวัสดุแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง