แผงวงจรพิมพ์ แบบแข็ง-ยืดหยุ่น (Rigid- Flex PCB)เป็นแผงวงจรพิมพ์ชนิดใหม่ที่ผสมผสานความทนทานของแผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง (Rigid PCB) และความยืดหยุ่นของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB หรือ FPC) ในบรรดาแผงวงจรทุกประเภท แผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง-ยืดหยุ่นมีความทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงได้ดีที่สุด ทำให้เป็นที่นิยมในหมู่ผู้ผลิตอุปกรณ์ควบคุมอุตสาหกรรม อุปกรณ์ทางการแพทย์ และอุปกรณ์ทางทหาร WonderfulPCB ก็กำลังค่อยๆ เพิ่มสัดส่วนของแผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง-ยืดหยุ่นในการผลิตโดยรวมเช่นกัน
ข้อดีของแผงวงจรพิมพ์แบบแข็งและยืดหยุ่น (rigid-flex PCB) คือคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมจากทั้งแผงวงจรพิมพ์แบบแข็งและแบบยืดหยุ่น สามารถพับ งอ และประหยัดพื้นที่ได้ ในขณะเดียวกันก็ยังสามารถเชื่อมต่อชิ้นส่วนที่ซับซ้อนได้ เมื่อเทียบกับสายเคเบิลแบบดั้งเดิมแล้ว แผงวงจรพิมพ์แบบแข็งและยืดหยุ่นมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า มีเสถียรภาพที่เชื่อถือได้มากกว่า และมีโอกาสแตกหัก เกิดออกซิเดชัน หรือหลุดลอกน้อยกว่า ซึ่งช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ได้อย่างมาก อย่างไรก็ตาม แผงวงจรพิมพ์แบบแข็งและยืดหยุ่นก็มีข้อเสียอยู่บ้าง เช่น กระบวนการผลิตที่ซับซ้อน ผลิตยาก อัตราผลผลิตต่ำ ต้องใช้ปริมาณวัสดุและแรงงานจำนวนมาก ทำให้มีราคาแพงและมีวงจรการผลิตที่ยาวนาน
การใช้งานของ Rigid-Flex มีอะไรบ้าง PCB?
1. การใช้งานในภาคอุตสาหกรรม – ซึ่งรวมถึงการใช้งานในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การทหารและการแพทย์ ชิ้นส่วนอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ต้องการความแม่นยำ ความปลอดภัย และความทนทาน ทำให้ PCB แบบแข็งและยืดหยุ่น (rigid-flex PCB) ต้องมีคุณสมบัติที่สำคัญ ได้แก่ ความน่าเชื่อถือสูง ความแม่นยำสูง การสูญเสียอิมพีแดนซ์ต่ำ คุณภาพการส่งสัญญาณที่ดีเยี่ยม และความทนทาน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากกระบวนการผลิตมีความซับซ้อน ปริมาณการผลิตจึงมีน้อย และราคาต่อหน่วยค่อนข้างสูง
2. โทรศัพท์มือถือ – การใช้งานPCB แบบแข็งและยืดหยุ่น ที่พบได้ทั่วไป ในโทรศัพท์มือถือ ได้แก่ บานพับของโทรศัพท์พับได้ โมดูลกล้อง แป้นพิมพ์ และโมดูล RF
3. อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค – ในผลิตภัณฑ์สำหรับผู้บริโภค กล้องดิจิทัล (DSC) และวิดีโอดิจิทัล (DV) เป็นอุปกรณ์ที่เป็นตัวอย่างที่ผลักดันการพัฒนาแผงวงจรพิมพ์แบบแข็งและยืดหยุ่น (rigid-flex PCB) อุปกรณ์เหล่านี้เชื่อมต่อแผงวงจรพิมพ์แข็งและส่วนประกอบต่างๆ ในสามมิติ ทำให้พื้นที่ใช้งานทั้งหมดของแผงวงจรพิมพ์เพิ่มขึ้น ในขณะที่ยังคงความหนาแน่นของวงจรเท่าเดิม ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของวงจร ลดข้อจำกัดในการส่งสัญญาณ และลดอัตราความผิดพลาดในการประกอบ นอกจากนี้ เนื่องจากแผงวงจรแบบแข็งและยืดหยุ่นมีน้ำหนักเบา บาง และยืดหยุ่น จึงช่วยลดขนาดและน้ำหนักของผลิตภัณฑ์ได้
4. ยานยนต์ – ในรถยนต์ แผงวงจรพิมพ์แบบแข็งและยืดหยุ่น (rigid-flex PCB) ถูกนำไปใช้ในงานต่างๆ เช่น การเชื่อมต่อปุ่มบนพวงมาลัยเข้ากับเมนบอร์ด การเชื่อมต่อหน้าจอและแผงควบคุมในระบบวิดีโอของรถยนต์ การควบคุมปุ่มบนแผงประตูรถ ระบบเรดาร์ถอยหลัง เซ็นเซอร์ (คุณภาพอากาศ อุณหภูมิ ความชื้น และการควบคุมก๊าซพิเศษ) ระบบสื่อสาร ระบบนำทางด้วยดาวเทียม แผงควบคุมเบาะหลัง และระบบตรวจจับภายนอกรถยนต์
จุดสำคัญในการผลิต PCB แบบ Rigid-Flex
การสร้างและพัฒนาแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (FPC) และแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ทำให้เกิดแผ่นวงจรพิมพ์แบบแข็ง-ยืดหยุ่น (rigid-flex PCB) ซึ่งเกิดจากการรวมแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นและแผ่นวงจรพิมพ์แบบแข็งเข้าด้วยกันผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การเคลือบ การเคลือบเป็นจุดสำคัญในการผลิต rigid-flex PCB โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่จุดเชื่อมต่อระหว่างส่วนที่ยืดหยุ่นและส่วนที่แข็ง ในขณะที่กระบวนการเคลือบ PCB หรือ FPC แบบเดี่ยวๆ นั้นมีความสมบูรณ์แล้ว การรวมแผ่นวงจรทั้งสองประเภทนี้เข้าด้วยกันในแผ่นวงจร rigid-flex ยังคงเป็นความท้าทายสำหรับผู้ผลิต
- การใช้เครื่องเคลือบสูญญากาศช่วยให้เกิดแรงกดและอุณหภูมิอย่างต่อเนื่องเพื่อการยึดเกาะและการยึดติดวัสดุที่เหมาะสมที่สุด
- จะต้องเลือกวัสดุคลุมที่เหมาะสม วัสดุคลุมที่นิ่มอาจมีรอยและลวดลายโลหะบนพื้นผิว ในขณะที่วัสดุที่แข็งเกินไปอาจทำให้เกิดแรงดันต่ำและเกิดฟองอากาศได้
ความท้าทายในการผลิต PCB แบบ Rigid-Flex
PCB แบบแข็ง-ยืดหยุ่นเกี่ยวข้องกับกระบวนการที่ซับซ้อน และเทคโนโลยีสำคัญบางประการและความท้าทายที่ควบคุมได้ยาก ความแตกต่างในโครงสร้างและวัสดุระหว่างบอร์ดแบบยืดหยุ่นและแบบแข็งส่งผลให้ความเสถียรของมิติแตกต่างกันอย่างมาก ทำให้การเลือกวัสดุที่เหมาะสมมีความสำคัญต่อการจัดตำแหน่งที่เหมาะสม
สำหรับส่วนที่ยืดหยุ่น:
- วัสดุที่อ่อนต้องใช้แผ่นพาหะในการนำผ่านสายการผลิตเพื่อหลีกเลี่ยงการติดขัดและการสิ้นเปลือง
- การจัดการชั้นแต่ละชั้นอย่างแม่นยำถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการจัดตำแหน่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องมาจากวัสดุโพลีอิไมด์มีความไวต่อสารละลายที่มีฤทธิ์เป็นด่างสูง ซึ่งอาจทำให้เกิดการบวมได้
- คุณภาพการเคลือบสามารถปรับปรุงได้โดยใช้วัสดุบัฟเฟอร์ที่เหมาะสม เช่น ฟิล์มโพลีโพรพีลีนหรือแผ่น PTFE เพื่อปรับปรุงการยึดเกาะระหว่างชั้นต่างๆ
สำหรับส่วนแข็ง:
- รับประกันทิศทางลายไม้ที่สม่ำเสมอของผ้าใยแก้วและขจัดความเครียดจากความร้อนระหว่างการเคลือบเพื่อป้องกันการบิดงอ
- การควบคุมการขยายตัวและหดตัวในระหว่างการเคลือบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับส่วนที่ยืดหยุ่น
- หน้าต่างยืดหยุ่นสามารถประมวลผลได้โดยใช้ทั้งวิธีการกัดล่วงหน้าหรือหลังกัด ขึ้นอยู่กับโครงสร้างและความหนาของแผ่น
ผลกระทบของการเพิ่มขึ้นของราคาวัตถุดิบต่อต้นทุน PCB แบบ Rigid-Flex
ตั้งแต่เดือนกันยายน 2020 เป็นต้นมา ราคา CCL (แผ่นลามิเนตเคลือบทองแดง) เพิ่มขึ้นอย่างมาก ซึ่งเกิดจากการขาดแคลนวัตถุดิบและความต้องการผลิตภัณฑ์ปลายน้ำที่เพิ่มขึ้น ต้นทุนวัตถุดิบที่เพิ่มขึ้น โดยเฉพาะทองแดง ไฟเบอร์กลาส และเรซิน ทำให้ราคา CCL พุ่งสูงขึ้นถึง 100% อย่างไรก็ตาม การปรับขึ้นราคานี้ส่งผลกระทบเพียงเล็กน้อยต่อต้นทุน PCB แบบแข็ง-ยืดหยุ่น เนื่องจากต้นทุนวัสดุคิดเป็นสัดส่วนที่น้อยกว่าของต้นทุนรวมเมื่อเทียบกับ PCB ทั่วไป
จุดควบคุมคุณภาพในการผลิต PCB แบบ Rigid-Flex ของโมดูลกล้อง
การผลิต PCB แบบแข็งและยืดหยุ่นสำหรับโมดูลกล้องนั้นยากเป็นพิเศษ เนื่องจากระยะห่างระหว่าง PAD แบบ COB (ชิปออนบอร์ด) กับความจำเป็นในการเคลือบผิว เช่น ENEPIG (อิเล็กโทรเลส นิกเกิล อิเล็กโทรเลส พาลาเดียม อิมเมอร์ชั่น โกลด์) นั้นค่อนข้างแคบ (2-3 มิล) ซึ่งอาจทำให้เกิดการกัดกร่อนด้านข้างได้ เพื่อแก้ไขปัญหานี้ จำเป็นต้องแก้ไขปัญหาสองประการ:
- การแกะเส้นละเอียด – ในการจัดการกับขนาด COB PAD ขนาดเล็ก ควรใช้เครื่องฉายแสง LDI (การสร้างภาพด้วยเลเซอร์โดยตรง) เนื่องจากเครื่องดังกล่าวมีความละเอียดสูงกว่าเครื่องแบบดั้งเดิม ซึ่งจะช่วยหลีกเลี่ยงการเกิดการจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้องระหว่างการฉายแสง
- การควบคุมการกัดด้านข้างของหน้ากากประสาน – ควรใช้หมึกหน้ากากประสานที่ละเอียดกว่าเพื่อลดรูพรุนในหมึก ซึ่งมิฉะนั้นจะส่งผลให้เกิดอัตราการชุบด้านข้างที่สูงและไฟฟ้าลัดวงจรในระหว่างการบำบัดพื้นผิว
โดยสรุปแล้วการสร้างต้นแบบและการผลิตแผงวงจรพิมพ์ แบบแข็งและยืดหยุ่น นั้นมีความท้าทายเฉพาะตัวเนื่องจากโครงสร้างของวัสดุและการใช้งาน ซึ่งจำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนในทุกขั้นตอนการผลิตเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการและพารามิเตอร์ต่างๆ
