แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นคืออะไร? ประเภท ข้อดี และการใช้งาน

ความต้องการแผงวงจรที่กะทัดรัด เบา และปรับตัวได้สูงขึ้นไม่เคยมีมาก่อน เข้าสู่โลกของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่เปลี่ยนแปลงวิธีการออกแบบและผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ด้วยความสามารถในการงอ พับ และปรับให้เข้ากับรูปร่างต่าง ๆ แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นได้เปิดโลกแห่งความเป็นไปได้สำหรับวิศวกรและนักออกแบบ ในคู่มือนี้ เราจะเจาะลึกถึงความซับซ้อนของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น สำรวจลักษณะเฉพาะ ประเภท ข้อดี และการใช้งานที่หลากหลายในอุตสาหกรรมต่าง ๆ

แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นคืออะไร

แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น หรือที่เรียกว่าระบบวงจรแบบยืดหยุ่นหรือแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น เป็นชนิดพิเศษของแผงวงจรพิมพ์ที่ประกอบด้วยวัสดุฐานบางและยืดหยุ่นได้ พร้อมร่องรอยนำไฟฟ้าที่แกะสลักบนพื้นผิว แตกต่างจากแผงวงจรแบบแข็งทั่วไป ซึ่งทำจากวัสดุที่เป็นของแข็งและไม่ยืดหยุ่น เช่น ไฟเบอร์กลาส แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นใช้วัสดุโพลิเมอร์ที่ยืดหยุ่นได้ เช่น โพลิไอไมด์หรือโพลีเอสเตอร์ ความยืดหยุ่นนี้ทำให้แผงวงจรสามารถโค้งงอ พับ และปรับให้เข้ากับรูปร่างต่าง ๆ ได้ ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีพื้นที่จำกัดหรือเมื่ออุปกรณ์ต้องปรับตัวให้เข้ากับพื้นผิวที่ไม่เรียบ

โครงสร้างพื้นฐานของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นประกอบด้วยสามส่วนหลัก: ฟิล์มวัสดุฉนวน, ชั้นนำไฟฟ้า และฝาครอบป้องกัน โครงสร้างพื้นฐานของฟิล์มวัสดุฉนวน ซึ่งมักทำจากโพลีอิมิด (PI) หรือโพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลต (PET) ให้ฉนวนไฟฟ้าและสนับสนุนทางกลสำหรับชั้นนำไฟฟ้า ชั้นนำไฟฟ้า ซึ่งโดยทั่วไปทำจากทองแดง ถูกกัดบนแผ่นรองเพื่อสร้างรูปแบบวงจรที่ต้องการ ทองแดงสามารถถูกชุบด้วยไฟฟ้าหรือรีดอ่อนตามความต้องการของการใช้งาน วัสดุฉนวนบาง ๆ เช่น โพลีอิมิดหรือแผ่นป้องกันบัดกรีแบบยืดหยุ่น ถูกนำมาใช้คลุมชั้นนำไฟฟ้าเพื่อป้องกันความเสียหายและปัจจัยสิ่งแวดล้อม

นอกจากส่วนประกอบพื้นฐานเหล่านี้แล้ว แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นอาจรวมถึงวัสดุกาวสำหรับเชื่อมชั้นต่าง ๆ เข้าด้วยกัน รวมถึงตัวเสริมความแข็งแรงในบางพื้นที่เพื่อสนับสนุนส่วนประกอบหรือคอนเนคเตอร์ คุณสมบัติสำคัญที่ทำให้แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นแตกต่างจากแบบแข็งคือความยืดหยุ่น ความบาง และน้ำหนักเบา คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้วงจรแบบยืดหยุ่นสามารถใช้งานในสถานการณ์ที่แผงวงจรแบบแข็งธรรมดาจะไม่เหมาะสมหรือเป็นไปไม่ได้ แผงวงจรแบบยืดหยุ่นสามารถทนต่อการงอและพับซ้ำ ๆ ได้โดยไม่ลดทอนประสิทธิภาพไฟฟ้า ทำให้มีความทนทานและเชื่อถือได้สูงในสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว

โปรดทราบว่า แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นสามารถรวมกับแผงวงจรพิมพ์แบบแข็งเพื่อสร้างดีไซน์แบบไฮบริดที่เรียกว่าริกล-เฟล็กซ์ แผงวงจรเหล่านี้ประกอบด้วยส่วนที่ยืดหยุ่นและแข็ง ซึ่งช่วยให้การออกแบบมีความยืดหยุ่นและฟังก์ชันมากขึ้น แผงวงจรแบบริกล-เฟล็กซ์มีประโยชน์อย่างยิ่งในงานที่ต้องการให้แผงวงจรเปลี่ยนระหว่างส่วนที่คงที่และส่วนที่เคลื่อนไหว เช่น สมาร์ทโฟนพับได้ หรืออุปกรณ์ทางการแพทย์

ประเภทของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น

แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นมีหลายรูปแบบ แต่ละแบบออกแบบมาเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะด้าน สามารถแบ่งตามการกำหนดค่าชั้นและการออกแบบ

การกำหนดค่าชั้น

แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นสามารถเป็นแบบด้านเดียว แบบสองด้าน หรือหลายชั้น วงจรแบบด้านเดียวเป็นชนิดที่ง่ายที่สุดและคุ้มค่าที่สุด ประกอบด้วยชั้นนำไฟฟ้าชั้นเดียวบนด้านหนึ่งของแผ่นรองแบบยืดหยุ่น เหมาะสำหรับงานที่ต้องการความหนาแน่นของส่วนประกอบต่ำและความซับซ้อนน้อย เช่น เซ็นเซอร์ง่าย ๆ หรือการเชื่อมต่อแบบง่าย ๆ วงจรแบบสองด้านมีชั้นนำไฟฟ้าทั้งสองด้านของแผ่นรอง ซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยรูผ่านชุบ (PTH) ให้ความหนาแน่นของวงจรและความสามารถในการจัดการพลังงานที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับแบบด้านเดียว และมักใช้ในกล้องดิจิทัล อุปกรณ์เคลื่อนที่ และอุปกรณ์ต่อพ่วงคอมพิวเตอร์ วงจรแบบหลายชั้นประกอบด้วยชั้นนำไฟฟ้ามากกว่าสามชั้น ซึ่งแยกด้วยชั้นฉนวนและเชื่อมต่อกันด้วย PTH ออกแบบมาสำหรับงานที่ต้องการความหนาแน่นของวงจรสูง เช่น งานอวกาศ งานทหาร และอุปกรณ์ทางการแพทย์ขั้นสูง ในขณะที่ให้ประสิทธิภาพที่เหนือกว่า วงจรแบบหลายชั้นก็มีราคาสูงและซับซ้อนในการผลิตมากกว่ารุ่นด้านเดียวหรือสองด้าน

การกำหนดค่าการออกแบบ

แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCBs) ยังสามารถแบ่งตามการออกแบบ เช่น แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง (rigid-flex PCBs) และแผงวงจรความหนาแน่นสูง (High Density Interconnect หรือ HDI) แผงวงจรแบบยืดหยุ่น-แข็งผสมผสานข้อดีของทั้งแผงวงจรแข็งและยืดหยุ่น โดยประกอบด้วยส่วนของแผงวงจรแข็งหนึ่งหรือมากกว่านั้นที่เชื่อมต่อกันด้วยส่วนของแผงวงจรยืดหยุ่น การกำหนดค่านี้ช่วยให้สามารถบรรจุในรูปแบบสามมิติและเพิ่มความน่าเชื่อถือ เนื่องจากส่วนของยืดหยุ่นสามารถลดความจำเป็นในการใช้ตัวเชื่อมต่อหรือสายไฟระหว่างบอร์ดแข็ง แผงวงจรแบบยืดหยุ่น-แข็งได้รับความนิยมในอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ระบบยานยนต์ และอุปกรณ์ทางการแพทย์ วงจร flex HDI ถูกออกแบบมาเพื่อรองรับวงจรที่หนาแน่นมากด้วยคุณสมบัติที่ละเอียดและ micro vias วงจร flex ขั้นสูงเหล่านี้ให้ประสิทธิภาพไฟฟ้าที่เหนือกว่าและความสามารถในการทำให้มีขนาดเล็กลงเมื่อเทียบกับแผงวงจรแบบยืดหยุ่นมาตรฐาน วงจร flex HDI เป็นสิ่งจำเป็นในงานที่ต้องการการส่งสัญญาณความเร็วสูง เช่น อุปกรณ์สื่อสาร 5G หรืออุปกรณ์สวมใส่ขั้นสูง

อื่น ๆ

นอกจากหมวดหมู่หลักเหล่านี้ ยังมีประเภทของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นเฉพาะทาง เช่น วงจร flex สแกลลูเทอร์ (sculptured flex circuits) และวงจรแบบบูรณาการอุปกรณ์ (component-integrated flexible circuits) วงจร flex สแกลลูเทอร์มีความหนาของชั้นนำไฟฟ้าที่แตกต่างกัน ช่วยให้ควบคุมความต้านทานและเพิ่มความยืดหยุ่นในพื้นที่เฉพาะ ขณะที่วงจรแบบบูรณาการอุปกรณ์มีชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ฝังอยู่ในวัสดุพื้นฐานแบบยืดหยุ่นโดยตรง ทำให้เป็นแพ็คเกจที่บางและกะทัดรัดมากขึ้น

ข้อดีของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น

แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นมีข้อได้เปรียบมากมายเมื่อเทียบกับแผงวงจรแบบแข็งแบบดั้งเดิม ทำให้เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับการใช้งานหลากหลาย

ความยืดหยุ่นและความสามารถในการปรับรูปทรง

ข้อได้เปรียบที่ชัดเจนที่สุดของแผงวงจรแบบยืดหยุ่นคือความสามารถในการงอ พับ และปรับให้เข้ากับพื้นที่แคบและรูปร่างไม่สม่ำเสมอ ความยืดหยุ่นนี้ช่วยให้ดีไซเนอร์สามารถสร้างอุปกรณ์ที่มีขนาดกะทัดรัดและตามหลักสรีรศาสตร์มากขึ้น เนื่องจากบอร์ดวงจรสามารถปรับตัวเข้ากับพื้นที่ที่มีอยู่ แทนที่จะกำหนดรูปแบบของอุปกรณ์

การลดน้ำหนัก

แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นมีน้ำหนักเบากว่ารุ่นแข็งของมันอย่างมาก โดยมักมีน้ำหนักเบากว่า 75% การลดน้ำหนักนี้เป็นสิ่งสำคัญในงานที่ทุกกรัมมีค่า เช่น อวกาศ โดรน และอุปกรณ์สวมใส่

การประหยัดพื้นที่ในงาน 3D

ความสามารถในการปรับให้เข้ากับรูปทรงของแผงวงจรแบบยืดหยุ่นช่วยให้สามารถบรรจุในรูปแบบสามมิติ ซึ่งช่วยให้ดีไซเนอร์ใช้พื้นที่ภายในอุปกรณ์ให้เกิดประโยชน์สูงสุด ซึ่งมีความสำคัญในงานที่พื้นที่มีจำกัด เช่น สมาร์ทโฟน สมาร์ทวอทช์ และฝังในทางการแพทย์

ความน่าเชื่อถือที่ดีขึ้น

แผงวงจรแบบยืดหยุ่นมักต้องการการเชื่อมต่อระหว่างส่วนประกอบน้อยกว่าบอร์ดแข็ง เนื่องจากส่วนของยืดหยุ่นสามารถเชื่อมต่อโดยตรงโดยไม่ต้องใช้ตัวเชื่อมต่อหรือสายไฟ การลดจำนวนการเชื่อมต่อเหล่านี้นำไปสู่ความน่าเชื่อถือที่ดีขึ้น เนื่องจากมีจุดที่อาจล้มเหลวลดลง

การจัดการความร้อนที่ดีขึ้น

ลักษณะบางและเบาของแผงวงจรแบบยืดหยุ่นช่วยให้สามารถระบายความร้อนดีขึ้นเมื่อเทียบกับแผงวงจรแบบแข็ง การจัดการความร้อนที่ดีขึ้นนี้สามารถช่วยยืดอายุการใช้งานของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และป้องกันความร้อนเกินในอุปกรณ์ที่มีขนาดกะทัดรัด

ความต้านทานต่อการสั่นสะเทือนและแรงกระแทก

ความยืดหยุ่นของวงจรแบบ flex ช่วยให้พวกมันทนต่อการสั่นสะเทือนและแรงกระแทกได้ดีกว่าแผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในแอปพลิเคชันที่อยู่ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น ในยานยนต์ อวกาศ และโรงงานอุตสาหกรรม

ความสามารถในการบรรจุภัณฑ์ความหนาแน่นสูง

แผงวงจรแบบ flex สามารถรองรับการวางส่วนประกอบความหนาแน่นสูงได้ ขอบคุณความสามารถในการปรับให้เข้ากับพื้นที่แคบและเทคโนโลยี HDI flex circuit ซึ่งช่วยให้นักออกแบบสร้างอุปกรณ์ที่มีขนาดกะทัดรัดและมีคุณสมบัติครบถ้วนโดยไม่ลดทอนประสิทธิภาพ

เวลาการประกอบและต้นทุนที่ลดลง

โดยการกำจัดความจำเป็นในการใช้ตัวเชื่อมต่อและสายไฟระหว่างบอร์ด แผงวงจรแบบ flex สามารถทำให้กระบวนการประกอบง่ายขึ้นและลดต้นทุนการผลิตโดยรวม ซึ่งเป็นจริงโดยเฉพาะสำหรับแผงวงจรแบบ rigid-flex ซึ่งรวมส่วนแข็งและส่วนยืดหยุ่นเข้าไว้ด้วยกันในบอร์ดเดียว

เสรีภาพในการออกแบบผลิตภัณฑ์ที่ดีขึ้น

ความยืดหยุ่นและความสามารถในการปรับให้เข้ากับรูปร่างของวงจร flex ให้เสรีภาพมากขึ้นแก่นักออกแบบในการสร้างผลิตภัณฑ์ที่นวัตกรรมและสวยงาม แผงวงจรแบบ flex สามารถสนับสนุนรูปแบบและการออกแบบที่เป็นเอกลักษณ์ ซึ่งเป็นไปไม่ได้กับแผงวงจรแบบแข็งเท่านั้น

ความทนทานที่เพิ่มขึ้นในงานที่ต้องการการงอหรือโค้งงออย่างต่อเนื่อง

ในแอปพลิเคชันที่ต้องการการงอหรือโค้งงอซ้ำ ๆ เช่นในบานพับหรือกลไกพับ แผงวงจรแบบ flex ให้ความทนทานที่เหนือกว่ากับแผงวงจรแบบแข็งหรือสายไฟแบบดั้งเดิม ความสามารถในการทนต่อการโค้งงอแบบไดนามิกโดยไม่ลดทอนประสิทธิภาพไฟฟ้าทำให้วงจร flex เหมาะสำหรับงานที่ต้องการความทนทานสูงเหล่านี้

ความสามารถในการแทนที่สายไฟที่หนาและเทอะทะ

แผงวงจรแบบ flex มักสามารถแทนที่สายไฟที่ซับซ้อนและหนาแน่น ช่วยให้การออกแบบระบบโดยรวมง่ายขึ้นและลดน้ำหนักและพื้นที่ที่ต้องการ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในงานด้านยานยนต์และอวกาศ ซึ่งสายไฟอาจมีสัดส่วนสำคัญของน้ำหนักระบบโดยรวม

ข้อเสียของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น

แม้ว่าจะมีข้อดีมากมาย แผงวงจรแบบ flex ก็มีข้อเสียบางประการที่นักออกแบบต้องพิจารณาเมื่อเลือกใช้งานในแอปพลิเคชันเฉพาะ

ต้นทุนเริ่มต้นที่สูงขึ้น

เมื่อเทียบกับแผงวงจรแบบแข็ง แผงวงจรแบบ flex มักมีต้นทุนการออกแบบและการผลิตที่สูงกว่า เนื่องจากวัสดุ กระบวนการ และอุปกรณ์เฉพาะทางที่จำเป็นในการผลิตวงจร flex ต้นทุนที่สูงขึ้นนี้อาจเป็นอุปสรรคสำหรับบางแอปพลิเคชัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในงานที่มีงบประมาณจำกัดหรือปริมาณการผลิตต่ำ

กระบวนการออกแบบที่ซับซ้อนมากขึ้น

การออกแบบแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นต้องการความเข้าใจลึกซึ้งเกี่ยวกับวัสดุ คุณสมบัติทางกล และกระบวนการผลิตที่เกี่ยวข้อง นักออกแบบต้องพิจารณาปัจจัยต่าง ๆ เช่น รัศมีการงอ การเลือกวัสดุ และการซ้อนชั้น เพื่อให้แน่ใจว่าวงจรแบบยืดหยุ่นจะทำงานได้อย่างเชื่อถือได้ในแอปพลิเคชันที่ตั้งใจไว้ ความซับซ้อนนี้อาจนำไปสู่รอบการออกแบบที่นานขึ้นและความต้องการความเชี่ยวชาญเฉพาะด้าน

ความเสี่ยงต่อความเสียหายระหว่างการจัดการหรือประกอบ

ธรรมชาติที่บางและยืดหยุ่นของวงจรแบบยืดหยุ่นทำให้พวกมันเสี่ยงต่อความเสียหายมากกว่าวงจรพิมพ์แบบแข็งในระหว่างการจัดการและการประกอบ ควรระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดรอยพับ ฉีกขาด หรือการยืดของวงจรแบบยืดหยุ่น ซึ่งอาจนำไปสู่ความล้มเหลวทางไฟฟ้าหรือความน่าเชื่อถือลดลง

ความพร้อมใช้งานของผู้ผลิตที่จำกัด

แม้ว่าความต้องการวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นจะเพิ่มขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แต่ผู้ผลิตวงจรพิมพ์บางรายยังขาดความสามารถหรือความเชี่ยวชาญในการผลิตวงจรแบบยืดหยุ่นคุณภาพสูง ความพร้อมใช้งานที่จำกัดนี้อาจทำให้ยากขึ้นในการค้นหาซัพพลายเออร์ที่เหมาะสม โดยเฉพาะสำหรับโครงการที่ซับซ้อนหรือปริมาณมาก

ความท้าทายในการซ่อมหรือแก้ไข

เมื่อวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นถูกผลิตขึ้นแล้ว การซ่อมหรือแก้ไขอาจเป็นเรื่องยากกว่าการซ่อมหรือแก้ไขวงจรพิมพ์แบบแข็ง แผ่นพื้นฐานแบบยืดหยุ่นและชั้นป้องกันต้องถูกถอดออกและนำกลับมาใช้ใหม่อย่างระมัดระวังเพื่อเข้าถึงชั้นนำไฟฟ้า ซึ่งเป็นกระบวนการที่ละเอียดอ่อนและใช้เวลานาน

ปัญหาที่อาจเกิดขึ้นกับความสมบูรณ์ของสัญญาณ

ในแอปพลิเคชันความถี่สูง ธรรมชาติที่ยืดหยุ่นของแผ่นพื้นฐานสามารถนำไปสู่ปัญหาความสมบูรณ์ของสัญญาณ หากไม่ได้ออกแบบและควบคุมอย่างเหมาะสม ปัจจัยต่าง ๆ เช่น การจับคู่ความต้านทาน การรบกวนข้ามสาย และการรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ต้องได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานจะเชื่อถือได้

ตัวเลือกการวางตำแหน่งส่วนประกอบที่จำกัด

แม้ว่าวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นจะรองรับการวางตำแหน่งส่วนประกอบที่หนาแน่นสูง แต่ธรรมชาติที่ยืดหยุ่นของแผ่นพื้นฐานอาจจำกัดขนาดและประเภทของส่วนประกอบที่สามารถใช้ได้ ส่วนประกอบที่หนักหรือมีขนาดใหญ่ อาจต้องการการสนับสนุนเพิ่มเติมหรือการเสริมความแข็งแรงเพื่อป้องกันความเสียหายต่อวงจรแบบยืดหยุ่นในระหว่างการงอหรือการโค้ง

การใช้งานของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น

วงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นได้รับการใช้อย่างแพร่หลายทั่วอุตสาหกรรมต่าง ๆ ด้วยคุณสมบัติและข้อได้เปรียบเฉพาะตัว

อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค

อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภคเป็นหนึ่งในแรงผลักดันหลักของการนำวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นไปใช้ วงจรแบบยืดหยุ่นถูกใช้อย่างแพร่หลายในการสมาร์ทโฟน แท็บเล็ต และอุปกรณ์สวมใส่ เช่น นาฬิกาอัจฉริยะและเครื่องติดตามสุขภาพ ในแอปพลิเคชันเหล่านี้ วงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นช่วยให้ดีไซน์ที่กะทัดรัด น้ำหนักเบา และตามหลักสรีรศาสตร์ ซึ่งสามารถปรับให้เข้ากับตัวเครื่องและทนต่อความเครียดจากการใช้งานในแต่ละวัน ตัวอย่างเช่น ในสมาร์ทวอทช์ วงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นสามารถงอให้เข้ากับรูปทรงของตัวเรือนนาฬิกา เพื่อให้ดีไซน์ที่สะดวกสบายและดูดีขึ้น

อุตสาหกรรมยานยนต์

วงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์สมัยใหม่ ซึ่งใช้ในแอปพลิเคชันต่าง ๆ เช่น จอแสดงผลบนแดชบอร์ด ระบบถุงลมนิรภัย และโมดูลควบคุมเครื่องยนต์ ความสามารถของวงจรแบบยืดหยุ่นในการทนต่อการสั่นสะเทือน การกระแทก และอุณหภูมิสุดขีด ทำให้เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงของยานพาหนะ ตัวอย่างเช่น ในระบบถุงลมนิรภัย วงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นสามารถพับและวางในพวงมาลัย เพื่อให้สามารถปล่อยถุงลมนิรภัยได้อย่างเชื่อถือได้ในกรณีเกิดการชน

อุปกรณ์ทางการแพทย์

อุตสาหกรรมอุปกรณ์การแพทย์ได้นำวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นมาใช้เนื่องจากความสามารถในการปรับให้เข้ากับร่างกายมนุษย์และสนับสนุนอุปกรณ์ฝังตัวขนาดเล็ก วงจรแบบยืดหยุ่นถูกใช้ในเครื่องกระตุ้นหัวใจ เครื่องช่วยฟัง และอัลตราซาวด์โพรบ รวมถึงการใช้งานทางการแพทย์อื่น ๆ ในเครื่องกระตุ้นหัวใจ วงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นสามารถพับให้เข้ากับตัวเรือนทังสเตนขนาดกะทัดรัด ในขณะที่ยังคงให้การเชื่อมต่อไฟฟ้าที่เชื่อถือได้กับแบตเตอรี่และเซ็นเซอร์ ความเป็นมิตรต่อร่างกายและความทนทานของวงจรแบบยืดหยุ่นทำให้เหมาะสำหรับการฝังในระยะยาวและการสัมผัสกับของเหลวในร่างกาย

อวกาศและการป้องกันประเทศ

แผงวงจรพีซีบีแบบยืดหยุ่นเป็นสิ่งจำเป็นในอุตสาหกรรมอวกาศและการป้องกันประเทศ ซึ่งการลดน้ำหนัก การประหยัดพื้นที่ และความน่าเชื่อถือเป็นสิ่งสำคัญ วงจรแบบยืดหยุ่นใช้ในดาวเทียม ระบบควบคุมเครื่องบิน และอุปกรณ์สื่อสารทางทหาร ซึ่งสามารถแทนสายไฟที่หนาและเทอะทะได้ ตัวอย่างเช่น ในดาวเทียม แผงวงจรพีซีบีแบบยืดหยุ่นสามารถใช้เชื่อมต่อระบบย่อยต่าง ๆ เช่น การจัดการพลังงาน การประมวลผลข้อมูล และโมดูลการสื่อสาร ในขณะที่ลดน้ำหนักและปริมาตร

การใช้งานในอุตสาหกรรม

ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรม แผงวงจรพีซีบีแบบยืดหยุ่นถูกใช้ในหลากหลายการใช้งาน รวมถึงหุ่นยนต์ แผงโซลาร์เซลล์แบบยืดหยุ่น และเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ความสามารถของวงจรแบบยืดหยุ่นในการทนต่อการงอซ้ำ ๆ และสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในระบบอัตโนมัติและการควบคุมในอุตสาหกรรม ในแขนกลหุ่นยนต์ แผงวงจรพีซีบีแบบยืดหยุ่นสามารถใช้ในการนำสัญญาณและพลังงานระหว่างข้อต่อและแอคทูเอเตอร์ต่าง ๆ เพื่อให้การเคลื่อนไหวเป็นไปอย่างราบรื่นและแม่นยำ

วัสดุที่ใช้ในแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น

การเลือกใช้วัสดุในแผงวงจรพีซีบีแบบยืดหยุ่นเป็นสิ่งสำคัญต่อประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ และความทนทาน ส่วนประกอบหลักของแผงวงจรพีซีบีแบบยืดหยุ่นประกอบด้วยวัสดุฐาน ชั้นนำไฟฟ้า เคฟลาร์ ครอบคลุมกาว และพื้นผิวเคลือบ

วัสดุฐาน (Substrates)

วัสดุฐาน หรือ ซับสเตรต เป็นรากฐานของแผงวงจรพีซีบีแบบยืดหยุ่น ให้ฉนวนไฟฟ้าและสนับสนุนทางกลสำหรับชั้นนำไฟฟ้า วัสดุฐานที่ใช้ในวงจรแบบยืดหยุ่นมีดังนี้:

1. โพลีอิมด์ (PI): PI เป็นวัสดุซับสเตรตที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับแผงวงจรพีซีบีแบบยืดหยุ่น เนื่องจากมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ยอดเยี่ยม ความต้านทานทางเคมี และคุณสมบัติทางกล PI สามารถทนต่ออุณหภูมิสูง (สูงสุด 400°C) และมีสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ค่อนข้างต่ำ ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่ต้องการ
2. โพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลต (PET): PET เป็นทางเลือกที่มีต้นทุนต่ำกว่าของ PI ให้คุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีและความยืดหยุ่น อย่างไรก็ตาม PET มีความทนทานต่ออุณหภูมิต่ำกว่าของ PI ซึ่งจำกัดการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิสูง
3. โพลีเอทิลีนแนฟทาเลต (PEN): PEN เป็นวัสดุซับสเตรตที่มีประสิทธิภาพสูง ให้คุณสมบัติทางความร้อนและกลไกที่ดีกว่า PET แต่มีต้นทุนที่สูงกว่า PEN มักใช้ในงานที่ต้องการสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและต้นทุน

วัสดุที่นำไฟฟ้า

ชั้นนำไฟฟ้าในแผงวงจรพีซีบีแบบยืดหยุ่นรับผิดชอบในการนำสัญญาณไฟฟ้าและพลังงานระหว่างส่วนประกอบ วัสดุที่นำไฟฟ้าที่ใช้ในวงจรแบบยืดหยุ่นมีดังนี้:

1. ทองแดง: ทองแดงเป็นตัวนำที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในแผงวงจรพีซีบีแบบยืดหยุ่น เนื่องจากมีความนำไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม ความนำความร้อน และคุณสมบัติทางกล มีทองแดงสองประเภทหลักที่ใช้ในวงจรแบบยืดหยุ่น:

• ทองแดงอิเล็กโทรเพท (ED): ทองแดง ED ถูกวางบนซับสเตรตโดยใช้กระบวนการชุบด้วยไฟฟ้า ทำให้ได้ชั้นบางและสม่ำเสมอ ทองแดง ED มักใช้ในดีไซน์ความหนาแน่นสูงและงาน HDI
• ทองแดงรีดขึ้นรูปและอบ (RA): ทองแดง RA ผลิตโดยการรีดและอบทองแดงฟอยล์ด้วยกลไก ทำให้ได้ชั้นที่หนาขึ้นและมีความยืดหยุ่นมากขึ้น ทองแดง RA เป็นที่นิยมในงานที่ต้องการการงอซ้ำ ๆ หรือการโค้งงอ เนื่องจากมีความต้านทานความเมื่อยล้าดีกว่าทองแดง ED

1. อลูมิเนียม: อลูมิเนียมบางครั้งใช้เป็นทางเลือกแทนทองแดงในแผงวงจรพีซีบีแบบยืดหยุ่น โดยเฉพาะในงานที่ต้องการน้ำหนักเบาและต้นทุนต่ำ อย่างไรก็ตาม อลูมิเนียมมีความนำไฟฟ้าและความนำความร้อนต่ำกว่าทองแดง ซึ่งจำกัดการใช้งานในงานที่ต้องการประสิทธิภาพสูง
2. หมึกเงิน: หมึกนำไฟฟ้าที่มีส่วนประกอบเป็นเงินถูกนำมาใช้ในบางการใช้งาน PCB แบบยืดหยุ่น โดยเฉพาะในอิเล็กทรอนิกส์พิมพ์และอุปกรณ์สวมใส่ หมึกเงินสามารถพิมพ์ด้วยเทคนิคสกรีนหรือพิมพ์ด้วยหมึกพิมพ์อิงเจ็ทบนวัสดุที่ยืดหยุ่นได้ ช่วยให้สร้างวงจรที่บางและยืดหยุ่นได้
3. ตัวนำไฟฟ้าเฉพาะทางอื่น ๆ: ในบางการใช้งานเฉพาะทาง อาจใช้วัสดุที่นำไฟฟ้าอื่น เช่น คอนสแตนแทน (อัลลอยทองแดง-นิกเกิล) หรืออินคอนเนล (อัลลอยซุปเปอร์ลอยด์ที่มีพื้นฐานเป็นนิกเกิล-โครเมียม) สำหรับคุณสมบัติพิเศษ เช่น ความต้านทานสูงหรือความต้านทานการกัดกร่อน

Coverlay และวัสดุป้องกัน

Coverlay และวัสดุป้องกันใช้เพื่อฉนวนและปกป้องชั้นนำไฟฟ้าใน PCB แบบยืดหยุ่น วัสดุที่ใช้บ่อยที่สุดสำหรับวัตถุประสงค์นี้คือ:

1. ฟิล์มโพลีอิมิด: ฟิล์ม PI มักใช้เป็นวัสดุ coverlay ให้ฉนวนที่ยอดเยี่ยม การป้องกันทางกล และความยืดหยุ่น โดยปกติจะเชื่อมติดกับชั้นนำไฟฟ้าโดยใช้กาว
2. แผ่นปิดบังแบบยืดหยุ่น: แผ่นปิดบังแบบยืดหยุ่นเป็นเคลือบโพลีเมอร์ที่สามารถถ่ายภาพได้ ซึ่งใช้ปกคลุมชั้นนำไฟฟ้าเพื่อป้องกันการออกซิเดชันและป้องกันการลัดวงจรในระหว่างการบัดกรี แผ่นปิดบังแบบยืดหยุ่นยังช่วยกำหนดพื้นที่ที่สามารถบัดกรีได้บนวงจรแบบยืดหยุ่น
3. วัสดุเคลือบปกปิด: วัสดุเคลือบปกปิดเป็นชั้นบาง ๆ ที่ใช้ปกคลุมชั้นนำไฟฟ้าเพื่อให้ฉนวนและป้องกันสิ่งแวดล้อม วัสดุเคลือบปกปิดที่พบบ่อยได้แก่ อะคริลิก โพลียูรีเทน และซิลิโคน

กาว

กาวใช้ใน PCB แบบยืดหยุ่นเพื่อเชื่อมชั้นต่าง ๆ เข้าด้วยกัน เพื่อความเสถียรทางกลและความน่าเชื่อถือ กาวหลักสองประเภทที่ใช้ในวงจรแบบยืดหยุ่นคือ:

1. อะคริลิก: กาวอะคริลิกให้ความแข็งแรงในการยึดเกาะดี ความยืดหยุ่น และความต้านทานทางเคมี มักใช้เชื่อมต่อ coverlay หรือฟิล์มป้องกันกับชั้นนำไฟฟ้า
2. อีพ็อกซี่: กาวอีพ็อกซี่ให้ความแข็งแรงทางกลและเสถียรภาพทางความร้อนที่ยอดเยี่ยม ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่ต้องการสูง กาวอีพ็อกซี่มักใช้เชื่อมต่อชั้นฐานในวงจรแบบหลายชั้น

พื้นผิวสำเร็จรูป

พื้นผิวสำเร็จรูปถูกนำไปใช้กับแผ่นทองแดงที่เปิดเผยบน PCB แบบยืดหยุ่นเพื่อป้องกันการออกซิเดชันและเพิ่มความสามารถในการบัดกรี การเลือกพื้นผิวสำเร็จรูปขึ้นอยู่กับความต้องการเฉพาะของการใช้งาน เช่น สภาพแวดล้อม อายุการเก็บรักษา และกระบวนการประกอบ พื้นผิวสำเร็จรูปที่ใช้ในวงจรแบบยืดหยุ่นได้แก่:

1. ENIG (ชุบทองด้วยนิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า): ENIG เป็นพื้นผิวสองชั้นที่ประกอบด้วยชั้นทองบาง ๆ บนชั้นกันนิกเกิล ENIG ให้ความสามารถในการบัดกรีที่ยอดเยี่ยม ความต้านทานการกัดกร่อน และอายุการเก็บรักษา จึงเป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับการใช้งานที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูง
2. HASL (การชุบด้วยอากาศร้อน): HASL เป็นการเคลือบด้วยบัดกรีที่เป็นดีบุก-ตะกั่ว หรือไม่มีตะกั่ว ซึ่งนำไปใช้กับแผ่นทองแดงและปรับระดับด้วยอากาศร้อน HASL ให้ความสามารถในการบัดกรีที่ดีและเป็นตัวเลือกที่คุ้มค่าสำหรับการใช้งานหลายประเภท
3. Immersion Tin: การชุบด้วยทองจุ่มเป็นการเคลือบพื้นผิวชั้นเดียวที่นำไปใช้โดยตรงบนแผ่นทองแดง ให้ความสามารถในการบัดกรีที่ดีและมักใช้ในงานที่มีความต้องการอายุการเก็บรักษาสั้น
4. OSP (Organic Solderability Preservative): OSP เป็นการเคลือบอินทรีย์บาง ๆ ที่นำไปใช้บนแผ่นทองแดงเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันและรักษาความสามารถในการบัดกรี ตัวเลือกนี้มีต้นทุนต่ำและเหมาะสำหรับงานที่มีอายุการเก็บรักษาสั้นและสภาพแวดล้อมที่ไม่ต้องการความทนทานสูง

กระบวนการผลิตของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น

กระบวนการผลิต PCB แบบยืดหยุ่นมีความคล้ายคลึงกับ PCB แบบแข็ง แต่มีความแตกต่างสำคัญบางประการเพื่อรองรับคุณสมบัติพิเศษของวัสดุแบบยืดหยุ่น กระบวนการสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก: การผลิตแบบลบและแบบเติม

ภาพรวมของวิธีการผลิต

กระบวนการผลิตแบบลบเกี่ยวข้องกับการเลือกนำวัสดุออกจากพื้นผิวที่เคลือบด้วยทองแดงเพื่อสร้างรูปแบบวงจรที่ต้องการ นี่เป็นวิธีที่ใช้กันมากที่สุดในการผลิต PCB แบบยืดหยุ่นและมักเกี่ยวข้องกับการทาเลเยอร์โฟโตเรซิสต์บนพื้นผิวทองแดง เคลือบด้วยแผ่นฟิล์มถ่ายภาพเพื่อสร้างรูปแบบวงจรที่ต้องการ จากนั้นพัฒนาฟิล์มถ่ายภาพเพื่อเอาส่วนที่ไม่ได้รับแสงออก การกัดกร่อนทองแดงที่เปิดเผยด้วยสารเคมี และลอกฟิล์มถ่ายภาพที่เหลือเพื่อเผยแพร่รูปแบบวงจรสุดท้าย

กระบวนการผลิตแบบเติมเกี่ยวข้องกับการวางวัสดุที่นำไฟฟ้าอย่างเลือกสรรบนพื้นผิวเพื่อสร้างรูปแบบวงจรที่ต้องการ วิธีนี้น้อยกว่าที่ใช้ใน PCB แบบยืดหยุ่น แต่กำลังได้รับความนิยมในบางงาน เช่น อิเล็กทรอนิกส์พิมพ์และอุปกรณ์สวมใส่ กระบวนการเติมรวมถึงการพิมพ์ด้วยหน้าจอ การพิมพ์ด้วยหมึกจอ และการพิมพ์ด้วยอนุภาคเจ็ท

ขั้นตอนการผลิตทีละขั้นตอน

กระบวนการผลิตแบบลบสำหรับ PCB แบบยืดหยุ่นมักประกอบด้วยขั้นตอนดังต่อไปนี้:

การเตรียมวัสดุ

วัสดุพื้นฐานแบบยืดหยุ่น ซึ่งโดยทั่วไปเป็นโพลีอิมิดหรือ PET จะถูกทำความสะอาดและเตรียมพร้อมสำหรับขั้นตอนการประมวลผลต่อไป ฟอยล์ทองแดงจะถูกนำไปแปะบนพื้นผิวโดยใช้ความร้อนและแรงกด พร้อมชั้นกาวอยู่ระหว่างกัน

การสร้างภาพและการกัดกร่อนของชั้นนำไฟฟ้า

ชั้นฟิล์มถ่ายภาพจะถูกนำไปใช้บนพื้นผิวทองแดงและจากนั้นจะถูกเปิดเผยต่อแสง UV ผ่านแผ่นฟิล์มถ่ายภาพที่มีรูปแบบวงจรที่ต้องการ ฟิล์มถ่ายภาพจะถูกพัฒนา และทองแดงที่เปิดเผยจะถูกกัดกร่อนออกด้วยสารเคมี เพื่อเหลือรูปแบบวงจรที่ต้องการ

การแปะชั้น

สำหรับ PCB แบบหลายชั้น ชั้นแต่ละชั้นจะถูกจัดแนวและแปะเข้าด้วยกันโดยใช้ความร้อนและแรงกด พร้อมชั้นกาวระหว่างกัน

การเจาะรู Vias และรูทะลุ

รูเจาะถูกเจาะผ่านชั้น laminated เพื่อสร้าง vias และรูทะลุสำหรับเชื่อมต่อระหว่างชั้นต่าง ๆ การเจาะด้วยเลเซมักใช้สำหรับรูที่มีขนาดเล็กและแม่นยำมากขึ้น

การชุบรู

รูที่เจาะแล้วจะถูกชุบด้วยทองแดงเพื่อสร้างการเชื่อมต่อไฟฟ้าระหว่างชั้น ซึ่งโดยทั่วไปจะทำโดยการชุบทองแดงแบบไม่ใช้ไฟฟ้าตามด้วยการชุบทองแดงด้วยไฟฟ้า

การใช้งาน Coverlay หรือ Solder Mask

Coverlay หรือแผ่นกันสนิมแบบยืดหยุ่นจะถูกนำไปวางทับบนชั้นนอกเพื่อป้องกันวงจรและกำหนดพื้นที่สำหรับการบัดกรี โดยปกติแล้วจะใช้กระบวนการถ่ายภาพด้วยแสงคล้ายกับการสร้างแบบวงจร

การใช้งาน Surface Finish

พื้นผิวสำเร็จ เช่น ENIG, HASL หรือ immersion tin จะถูกนำไปใช้กับแผ่นทองแดงที่เปิดเผยเพื่อป้องกันการเกิดออกซิเดชันและเพิ่มความสามารถในการบัดกรี

การตัดและการขึ้นรูปวงจรสุดท้าย

แผง PCB ยืดหยุ่นจะถูกตัดและขึ้นรูปเป็นรูปแบบสุดท้ายตามต้องการโดยใช้วิธีการเช่น die-cutting, laser cutting หรือ routing

การควบคุมคุณภาพและการทดสอบ

ตลอดกระบวนการผลิต จะมีการใช้กระบวนการควบคุมคุณภาพและการทดสอบต่าง ๆ เพื่อให้แน่ใจในความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพของ PCB ยืดหยุ่น การทดสอบไฟฟ้า การทดสอบความยืดหยุ่นทางกล และการทดสอบความเครียดจากสิ่งแวดล้อมเป็นวิธีการทดสอบสำคัญบางอย่าง การทดสอบไฟฟ้ารวมถึงการทดสอบความต่อเนื่องและความต้านทานฉนวนเพื่อยืนยันความสมบูรณ์ของวงจร ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้เครื่องทดสอบแบบ flying probe หรือ fixtures แบบ bed-of-nails การทดสอบความยืดหยุ่นทางกลจะทำให้ PCB ยืดหยุ่นถูกงอและโค้งเพื่อให้แน่ใจว่าสามารถทนต่อแรงกดดันทางกลที่คาดหวังในแอปพลิเคชันสุดท้าย ซึ่งอาจรวมถึงการทดสอบงอเป็นรอบ ๆ การบิด และการพับ การทดสอบความเครียดจากสิ่งแวดล้อมจะทำให้ PCB ยืดหยุ่นถูกเปิดเผยต่อสภาพแวดล้อมต่าง ๆ เช่นอุณหภูมิสูง ความชื้น และการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ เพื่อประเมินความทนทานและความน่าเชื่อถือภายใต้สภาพเหล่านี้

ข้อพิจารณาในการออกแบบสำหรับแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น

การออกแบบ PCB ยืดหยุ่นต้องพิจารณาอย่างรอบคอบในหลายปัจจัยเพื่อให้แน่ใจว่ามีประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ และความสามารถในการผลิต ปัจจัยสำคัญบางประการในการออกแบบประกอบด้วยรัศมีงอและความยืดหยุ่น การวางตำแหน่งส่วนประกอบ การออกแบบเส้นทาง การจัดเรียงชั้น การจัดการแรงกดดันทางกล และการพิจารณาไฟฟ้า

รัศมีงอและความยืดหยุ่น

รัศมีงอเป็นพารามิเตอร์สำคัญในการออกแบบ PCB ยืดหยุ่น เนื่องจากกำหนดความโค้งต่ำสุดที่วงจรสามารถทนได้โดยไม่เสียหาย รัศมีงอโดยทั่วไปจะระบุเป็นจำนวนเท่าของความหนาของ PCB โดยจำนวนมากขึ้นแสดงถึงการงอที่ค่อยเป็นค่อยไปมากขึ้น และจำนวนที่น้อยกว่าบ่งชี้ถึงการงอที่แน่นกว่า เพื่อคำนวณรัศมีงอขั้นต่ำ นักออกแบบสามารถใช้สูตรต่อไปนี้:

รัศมีงอขั้นต่ำ = (ความหนาของ PCB) × (ปัจจัยรัศมีงอ)

ปัจจัยรัศมีโค้งขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้และจำนวนรอบการงอที่คาดหวัง สำหรับการงอแบบคงที่ (งอครั้งเดียว) มักใช้ปัจจัย 6-10 ในขณะที่สำหรับการงอแบบไดนามิก (งอซ้ำ) คำแนะนำคือใช้ปัจจัย 12-20 นักออกแบบยังต้องพิจารณาผลกระทบของการเลือกวัสดุต่อความยืดหยุ่น การใช้วัสดุฐานที่บางกว่า วัสดุคลุมที่ยืดหยุ่นมากขึ้น และทองแดงที่มีความ ductile (เช่น ทองแดง RA) สามารถช่วยปรับปรุงความยืดหยุ่นโดยรวมของ PCB

การวางตำแหน่งส่วนประกอบ

เมื่อวางส่วนประกอบบน PCB ที่ยืดหยุ่น นักออกแบบต้องพิจารณาตำแหน่งของพื้นที่ยืดหยุ่นและการเคลื่อนไหวของการงอ ส่วนประกอบควรตั้งอยู่ในพื้นที่แข็งของ PCB เท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อหลีกเลี่ยงการรับภาระทางกลในระหว่างการงอ หากจำเป็นต้องวางส่วนประกอบในพื้นที่ยืดหยุ่น นักออกแบบสามารถใช้ตัวเสริมความแข็งแรงเพื่อให้การสนับสนุนเพิ่มเติม ตัวเสริมความแข็งแรงมักทำจากวัสดุเช่น โพลีอิมด์ FR-4 หรือโลหะ และจะถูกผนึกเข้ากับ PCB ในบริเวณส่วนประกอบเพื่อช่วยลดแรงเครียดจากการงอในท้องถิ่น

การออกแบบเส้นทาง

การออกแบบเส้นทางเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจในความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพของ PCB ที่ยืดหยุ่น เมื่อวางเส้นทางในพื้นที่ยืดหยุ่น ควรใช้เส้นทางที่กว้างขึ้น เพิ่มระยะห่างระหว่างเส้นทาง วางเส้นทางตั้งฉากกับแกนงอ ใช้เส้นทางโค้ง และพิจารณาอัตราการขยายตัวที่แตกต่างกันของวัสดุ เส้นทางที่กว้างขึ้นจะทนทานต่อการแตกร้าวและความเหนื่อยล้าระหว่างการงอ ความกว้างขั้นต่ำของเส้นทางที่แนะนำคือ 0.2 มม. การเพิ่มระยะห่างระหว่างเส้นทางช่วยลดความเสี่ยงของการลัดวงจรและสัญญาณรบกวนในระหว่างการงอ ควรมีระยะห่างขั้นต่ำ 0.2 มม. การวางเส้นทางตั้งฉากกับทิศทางของการงอช่วยลดแรงเครียดบนเส้นทางในระหว่างการงอ การใช้เส้นทางโค้งแทนมุมแหลมช่วยกระจายแรงเครียดจากการงอให้ทั่วถึงมากขึ้นและลดความเสี่ยงของการแตกร้าว ทองแดงและวัสดุฐานอาจมีสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ที่แตกต่างกัน ซึ่งอาจนำไปสู่ความเครียดและการแยกชั้นในระหว่างการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ การใช้วัสดุฐานที่มี CTE ใกล้เคียงกับทองแดง เช่น โพลีอิมด์ สามารถช่วยบรรเทาปัญหานี้ได้

การจัดเรียงชั้น

การจัดเรียงชั้นของ PCB ที่ยืดหยุ่นมีบทบาทสำคัญในการกำหนดประสิทธิภาพไฟฟ้าและความน่าเชื่อถือทางกล เมื่อออกแบบการจัดเรียงชั้น ควรใช้ดีไซน์สมมาตร ลดจำนวนชั้น ใช้วัสดุฉนวนบาง และพิจารณาการวางแผนของชั้นกราวด์และพลังงาน การใช้การจัดเรียงชั้นแบบสมมาตร โดยมีจำนวนชั้นเท่ากันทั้งสองด้านของแกนกลาง ช่วยสมดุลแรงเครียดทางกลในระหว่างการงอและลดความเสี่ยงของการแยกชั้น การลดจำนวนชั้นช่วยปรับปรุงความยืดหยุ่นและลดความหนารวมของ PCB อย่างไรก็ตาม ต้องสมดุลกับความต้องการทางไฟฟ้าของการออกแบบ การใช้วัสดุฉนวนที่บางลง เช่น โพลีอิมด์ ช่วยลดความหนารวมของ PCB และปรับปรุงความยืดหยุ่น การวางแผนชั้นกราวด์และพลังงานใกล้ชั้นนอกช่วยปรับปรุงการกันสัญญาณรบกวนและลดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI)

การจัดการแรงเครียดทางกล

การจัดการแรงเครียดทางกลเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจในความน่าเชื่อถือระยะยาวของ PCB ที่ยืดหยุ่น กลยุทธ์บางอย่างสำหรับการจัดการแรงเครียดรวมถึงการใช้คุณสมบัติการบรรเทาแรงเครียด เช่น ช่องว่างหรือรอยตัดใกล้จุดเปลี่ยนระหว่างพื้นที่แข็งและยืดหยุ่น เพื่อช่วยลดความเข้มข้นของแรงเครียดและป้องกันการฉีกขาด การใช้ตัวเชื่อมต่อที่ยืดหยุ่น เช่น ZIF (แรงกดต่ำ) หรือ LIF (แรงกดต่ำ) ช่วยลดแรงเครียดบน PCB ระหว่างการเชื่อมต่อและการถอดออก หลีกเลี่ยงการงอแหลมและใช้โค้งค่อยเป็นค่อยไปช่วยกระจายแรงเครียดจากการงอให้ทั่วถึงมากขึ้น และการใช้ตัวเสริมความแข็งแรงในบริเวณที่มีแรงเครียดสูง เช่น ใกล้ตัวเชื่อมต่อหรือส่วนประกอบ ช่วยลดแรงเครียดในท้องถิ่นและปรับปรุงความน่าเชื่อถือ

ข้อควรพิจารณาทางไฟฟ้า

นอกจากข้อควรพิจารณาทางกลแล้ว นักออกแบบยังต้องพิจารณาประสิทธิภาพไฟฟ้าของ PCB ที่ยืดหยุ่นด้วย ข้อควรพิจารณาไฟฟ้าหลักได้แก่ การควบคุมความต้านทาน การกันสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) และความสมบูรณ์ของสัญญาณ การรักษาความคงที่ของความต้านทานเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการออกแบบความเร็วสูง นักออกแบบต้องควบคุมความกว้างของเส้นทาง ระยะห่าง และความหนาของฉนวนเพื่อให้ได้ความต้านทานที่ต้องการ PCB ที่ยืดหยุ่นอาจมีความเสี่ยงต่อ EMI มากขึ้นเนื่องจากชั้นฉนวนบางและไม่มีชั้นกราวด์ต่อเนื่อง การใช้เทคนิคการกันสัญญาณรบกวน เช่น การเททองแดงที่ต่อพื้นดินหรือเคลือบตัวนำ สามารถช่วยลด EMI ได้ การรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการออกแบบความเร็วสูง นักออกแบบต้องควบคุมเส้นทาง การควบคุมความต้านทาน และการจบสัญญาณอย่างรอบคอบเพื่อช่วยลดการสะท้อนของสัญญาณและการรบกวนกัน