คู่มือกระบวนการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น

กระบวนการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) เปลี่ยนฟิล์มโพลีเมอร์บางๆ และแผ่นทองแดงให้กลายเป็นวงจรที่โค้งงอได้ ซึ่งใช้เป็นแหล่งพลังงานในทุกสิ่งตั้งแต่สมาร์ทโฟนและอุปกรณ์ทางการแพทย์ ไปจนถึงเซ็นเซอร์ในรถยนต์และระบบการบินและอวกาศ แตกต่างจากแผงวงจร FR4 แบบแข็ง แผงวงจรแบบยืดหยุ่นต้องการวัสดุพิเศษ การควบคุมกระบวนการที่เข้มงวดกว่า และการจัดการอย่างระมัดระวัง โดยที่สภาพของพื้นผิว การยึดเกาะของทองแดง และการเคลือบชั้นบนสุด มีผลโดยตรงต่อผลผลิตในการประกอบและความน่าเชื่อถือในระยะยาว บทความนี้จะอธิบายขั้นตอนการผลิตทั้งหมดสำหรับ FPC ด้านเดียว สองด้าน และหลายชั้น เกณฑ์คุณภาพที่สำคัญในแต่ละขั้นตอน และสิ่งที่ต้องเตรียมเมื่อขอใบเสนอราคา

แผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นช่วยให้สามารถวางเส้นทางแบบสามมิติ ลดน้ำหนักได้มากถึง 70% เมื่อเทียบกับแผ่นวงจรพิมพ์แบบแข็ง และให้ประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ในการใช้งานที่ต้องโค้งงอแบบไดนามิก แต่ข้อดีเหล่านี้มาพร้อมกับความซับซ้อนในการผลิตกระบวนการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นต้องการการควบคุมที่แม่นยำในทุกขั้นตอน ตั้งแต่การเคลือบ การกัด การชุบ และการเคลือบผิวหน้า เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอ

คู่มือนี้ครอบคลุมขั้นตอนการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นอย่าง ครบถ้วน ตั้งแต่การเตรียมวัตถุดิบไปจนถึงการทดสอบทางไฟฟ้าขั้นสุดท้าย ช่วยให้วิศวกรและผู้เชี่ยวชาญด้านการจัดซื้อเข้าใจสิ่งที่เกิดขึ้นในแต่ละขั้นตอนและวิธีการระบุข้อกำหนดได้อย่างถูกต้อง

---

1. แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) คืออะไร และเหตุใดกระบวนการผลิตจึงแตกต่างกัน?

แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB หรือ FPC) ใช้แผ่นรองพื้นพอลิเมอร์บางๆ ซึ่งโดยทั่วไปคือพอลิอิไมด์ (PI) หรือโพลีเอสเตอร์ (PET) แทนที่จะใช้แผ่นรองพื้นอีพ็อกซีเสริมใยแก้วที่แข็งแรง ความแตกต่างของวัสดุพื้นฐานนี้ทำให้เกิดความท้าทายในการผลิตที่ไม่มีในแผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง มาตรฐาน :

• ความไม่เสถียรของมิติ: วัสดุที่มีความยืดหยุ่นจะขยายและหดตัวตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิและความชื้น ทำให้ต้องควบคุมการจัดวางตำแหน่งให้แม่นยำยิ่งขึ้นระหว่างการสร้างภาพและการเคลือบ
• ความละเอียดอ่อนในการจัดการ: ฟิล์มบาง (โดยทั่วไปมีความหนา 12.5–50 ไมโครเมตร) มีแนวโน้มที่จะเกิดรอยย่น รอยพับ และการปนเปื้อน จึงจำเป็นต้องมีการจัดการในระดับห้องปลอดเชื้อตลอดกระบวนการผลิต
• ความสำคัญของการยึดเกาะ: ความแข็งแรงของการยึดติดระหว่างทองแดง กาว วัสดุรองรับ และชั้นเคลือบ มีผลโดยตรงต่ออายุการใช้งานและความน่าเชื่อถือภายใต้การดัดงอซ้ำๆ
• ข้อจำกัดด้านความร้อน: มวลความร้อนที่ต่ำกว่าหมายถึงความร้อนที่เร็วขึ้นในระหว่างการบัดกรี แต่ก็หมายถึงความไวต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในกระบวนการที่มากขึ้นด้วย

1.1 การจำแนกประเภทแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB)

มาตรฐาน IPC-6013 กำหนดแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นหลักๆ ไว้ 4 ประเภท โดยแต่ละประเภทมีข้อกำหนดการผลิตที่แตกต่างกัน:

ความซับซ้อนและต้นทุนในการผลิตจะเพิ่มขึ้นตามจำนวนชั้น เนื่องจากแต่ละชั้นที่เพิ่มเข้ามาต้องใช้กระบวนการสร้างภาพ การตรวจสอบ และการเคลือบแยกต่างหาก

---

2. วัสดุสำคัญในการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB)

การเลือกใช้วัสดุส่งผลโดยตรงต่อความยืดหยุ่น ประสิทธิภาพทางความร้อน คุณสมบัติทางไฟฟ้า และผลผลิตในการผลิต การทำความเข้าใจเกี่ยวกับวัสดุเหล่านี้ช่วยให้สามารถกำหนดข้อกำหนดได้อย่างถูกต้องและคาดการณ์ปัจจัยที่ส่งผลต่อต้นทุนได้

2.1 วัสดุพื้นผิว

โพลีอิไมด์ (PI)ครองตลาดแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) เนื่องจากมีคุณสมบัติที่โดดเด่นหลายประการ:

• ช่วงอุณหภูมิการใช้งาน: -269°C ถึง +400°C (ระยะสั้น)
• อุณหภูมิใช้งานต่อเนื่อง: -200°C ถึง +260°C
• ความต้านแรงดึง: 230–350 MPa
• ค่าคงที่ไดอิเล็กทริก: 3.4–3.5 ที่ 1 เมกะเฮิร์ตซ์
• ทนทานต่อสารเคมีและรังสีได้ดีเยี่ยม

วัสดุ PI ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ DuPont Kapton (ซีรีส์ HN, EN, FN), Ube Upilex (ชนิด S, SGA) และฟิล์ม PI ของ SKC Kolon ความหนามาตรฐานคือ 12.5 μm, 25 μm, 50 μm และ 75 μm

โพลีเอสเตอร์ (PET)เป็นทางเลือกที่คุ้มค่าสำหรับงานที่ไม่ต้องการประสิทธิภาพสูงมากนัก โดยมีต้นทุนต่ำกว่าโพลีอิไมด์ประมาณ 40-60% อย่างไรก็ตาม PET มีข้อจำกัดเรื่องอุณหภูมิการใช้งานต่อเนื่องที่ต่ำกว่า 105°C และไม่สามารถทนต่อกระบวนการรีโฟลว์แบบไร้สารตะกั่วมาตรฐานได้ จึงจำกัดการใช้งานเฉพาะในงานประกอบที่อุณหภูมิต่ำหรือชิ้นส่วนที่ติดตั้งไว้ล่วงหน้าเท่านั้น

พอลิเมอร์ผลึกเหลว (LCP)กำลังได้รับความนิยมในการใช้งานด้านความถี่สูงเนื่องจากมีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำมาก (2.9–3.1) และค่าการสูญเสียต่ำมาก (<0.002 ที่ 10 GHz) ดูดซับความชื้นน้อยมาก (<0.02%) และมีประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่เสถียรจนถึงความถี่ระดับมิลลิเมตร

2.2 ประเภทของแผ่นฟอยล์ทองแดง

การเลือกใช้ทองแดงชนิดใดมีผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพการดัดงอ:

ความหนามาตรฐานของแผ่นทองแดงมีตั้งแต่ 12 ไมโครเมตร (⅓ ออนซ์) ถึง 70 ไมโครเมตร (2 ออนซ์) โดยความหนา 18 ไมโครเมตร (½ ออนซ์) และ 35 ไมโครเมตร (1 ออนซ์) เป็นความหนาที่พบได้บ่อยที่สุดในงานที่มีความยืดหยุ่น

2.3 แผ่นปิดและกาว

Coverlayคือฟิล์มโพลีอิไมด์ขึ้นรูปสำเร็จรูปที่มีกาวด้านหลัง ทำหน้าที่ปกป้องลายวงจร เทียบเท่ากับสารเคลือบป้องกันการบัดกรีบนแผ่นวงจรแข็ง แต่ได้รับการออกแบบให้มีความยืดหยุ่น โครงสร้าง Coverlay มาตรฐานประกอบด้วยฟิล์ม PI หนา 12.5–25 ไมโครเมตร ร่วมกับกาวหนา 15–25 ไมโครเมตร

ระบบกาวแบ่งออกเป็นสองประเภท:

• กาวอะคริลิค: มีความยืดหยุ่นดี ต้นทุนต่ำ เหมาะสำหรับงานส่วนใหญ่
• กาวอีพ็อกซี่: ทนต่ออุณหภูมิสูงได้ดีกว่า ทนต่อสารเคมีได้ดีกว่า

FCCL แบบไร้กาว (2 ชั้น)ยึดติดทองแดงกับโพลีอิไมด์โดยตรงผ่านกระบวนการการตกตะกอนด้วยไอระเหยหรือการหล่อโพลีอิไมด์ ทำให้ไม่ต้องใช้ชั้นกาวเลย โครงสร้างนี้ให้ความบางกว่า ความยืดหยุ่นที่ดีขึ้น ความเสถียรของมิติที่ดีกว่า และประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูงที่เหนือกว่า แต่มีต้นทุนวัสดุที่สูงกว่า

3. กระบวนการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นด้านเดียว

แผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นด้านเดียว (Single-sided FPC) เป็นรูปแบบการสร้างวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นที่ง่ายที่สุดและประหยัดต้นทุนที่สุด เนื่องจากมีเพียงชั้นทองแดงชั้นเดียวและไม่มีรูทะลุชุบโลหะ กระบวนการผลิตจึงเน้นไปที่การสร้างภาพที่แม่นยำ การกัดลายที่สะอาด และการเคลือบแผ่นปิดด้านบนที่เหมาะสม

3.1 แผนผังกระบวนการทำงานโดยละเอียด

การตัดวัสดุ → การอบ → การเจาะ (NPTH) → การเคลือบฟิล์มแห้ง → การฉายแสง → การล้าง → การกัด → การลอก → การปรับสภาพพื้นผิว → การเคลือบฟิล์มปิดทับ → การอบแห้ง → การตกแต่งพื้นผิว → การพิมพ์สกรีน → การขึ้นรูป → การทดสอบทางไฟฟ้า → การตรวจสอบคุณภาพขั้นสุดท้าย → การบรรจุภัณฑ์

3.2 รายละเอียดขั้นตอนการดำเนินการทีละขั้นตอน

ขั้นตอนที่ 1: การตัดวัสดุ

แผ่นลามิเนตทองแดงแบบยืดหยุ่น (FCCL) มาในรูปแบบม้วน โดยทั่วไปมีความกว้าง 250–500 มม. การวางแผนการผลิตจะปรับขนาดแผ่นให้เหมาะสมที่สุดเพื่อใช้ประโยชน์จากวัสดุให้มากที่สุดก่อนที่จะตัดแผ่นเพื่อนำไปแปรรูป การตัดที่แม่นยำโดยมีเศษโลหะน้อยที่สุดจะช่วยป้องกันปัญหาในการจัดการในขั้นตอนต่อไป

ขั้นตอนที่ 2: การอบ (การเตรียมการก่อนอบ)

วัสดุที่ตัดแล้วจะถูกอบที่อุณหภูมิ 120–150°C เป็นเวลา 1–4 ชั่วโมง เพื่อกำจัดความชื้นที่ดูดซับไว้ ขั้นตอนนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เพราะจะช่วยป้องกันการแยกชั้น การเกิดฟอง และความไม่เสถียรของขนาดในระหว่างกระบวนการที่อุณหภูมิสูงในภายหลัง ปริมาณความชื้นต้องลดลงต่ำกว่า 0.1% ก่อนดำเนินการต่อ

ขั้นตอนที่ 3: การเจาะรู (รูทะลุที่ไม่เคลือบผิว)

สำหรับแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นด้านเดียว (FPC) การเจาะจะสร้างเฉพาะรูสำหรับเครื่องมือ รูสำหรับกำหนดตำแหน่ง และรูเชิงกลที่ไม่เคลือบผิวตามที่ระบุไว้ในการออกแบบเท่านั้น แผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นจะได้รับการรองรับระหว่างวัสดุรองรับที่แข็งแรง (แผ่นอะลูมิเนียมหรือฟีนอลิก) เพื่อให้มั่นใจในความแม่นยำในการเจาะ อาจใช้การเจาะด้วยเลเซอร์สำหรับไมโครเวียที่มีขนาดเล็กกว่า 100 ไมโครเมตร

ขั้นตอนที่ 4: การเคลือบฟิล์มแบบแห้ง

แผ่นฟิล์มไวแสงชนิดแห้งจะถูกเคลือบลงบนพื้นผิวทองแดงที่ทำความสะอาดแล้วโดยใช้ลูกกลิ้งความร้อนที่อุณหภูมิ 100–120°C พารามิเตอร์การเคลือบที่เหมาะสมจะช่วยให้ยึดติดได้อย่างสมบูรณ์โดยปราศจากฟองอากาศหรือรอยย่นที่จะทำให้เกิดข้อบกพร่องในการสร้างภาพ

ขั้นตอนที่ 5: การเปิดรับแสง

แสงยูวี (โดยทั่วไปมีความยาวคลื่น 350–450 นาโนเมตร) จะถ่ายทอดลวดลายวงจรจากโฟโตมาสก์ไปยังฟิล์มเรซิสต์แบบแห้ง แหล่งกำเนิดแสงแบบขนานและการสัมผัสแบบสุญญากาศช่วยให้ได้ลวดลายที่คมชัด พลังงานการฉายแสงได้รับการปรับเทียบเพื่อให้เกิดการพอลิเมอไรเซชันด้วยแสงอย่างสมบูรณ์โดยไม่เกิดการฉายแสงมากเกินไปซึ่งจะทำให้รายละเอียดเล็กๆ เสื่อมลง

ขั้นตอนที่ 6: การพัฒนา

แผงที่ได้รับแสงจะผ่านสารละลายสำหรับล้าง (โดยทั่วไปคือโซเดียมคาร์บอเนต 0.8–1.2% ที่อุณหภูมิ 28–32°C) ซึ่งจะละลายและกำจัดฟิล์มแห้งที่ไม่ได้รับแสงออกไป เผยให้เห็นบริเวณทองแดงที่จะถูกกัดกร่อน เวลาในการพัฒนาและแรงดันการพ่นจะถูกควบคุมเพื่อให้ได้ลวดลายที่คมชัดโดยไม่ทำลายสารต้านทานการพอลิเมอไรซ์

ขั้นตอนที่ 7: การแกะสลัก

การกัดด้วยสารเคมีจะกำจัดทองแดงที่โผลออกมาโดยใช้คิวปริกคลอไรด์ (กรด) หรือสารกัดกร่อนแอมโมเนีย (ด่าง) พารามิเตอร์ของกระบวนการ ได้แก่ ความเข้มข้นของสารกัดกร่อน อุณหภูมิ (โดยทั่วไป 48–52°C) แรงดันการพ่น และความเร็วของสายพานลำเลียง จะถูกควบคุมอย่างแม่นยำเพื่อให้ได้ความกว้างของร่องตามเป้าหมายโดยมีการกัดเซาะน้อยที่สุด

ขั้นตอนที่ 8: การลอกออก

ฟิล์มกันรอยแห้งที่เหลืออยู่จะถูกลอกออกด้วยสารเคมีโดยใช้สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ 2–4% ที่อุณหภูมิ 45–55°C เพื่อเผยให้เห็นลวดลายวงจรทองแดงที่สะอาดสำหรับการประมวลผลในขั้นตอนต่อไป

ขั้นตอนที่ 9: การเตรียมพื้นผิว (ก่อนการพอกหน้า)

พื้นผิวทองแดงจะถูกทำความสะอาดและกัดด้วยสารเคมีระดับไมโครเพื่อขจัดคราบออกซิเดชันและสร้างความหยาบของพื้นผิวที่ควบคุมได้ (โดยทั่วไปอยู่ที่ 1.5–3.0 ไมโครเมตร Ra) ซึ่งช่วยส่งเสริมการยึดเกาะกับวัสดุเคลือบผิว ขั้นตอนนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความน่าเชื่อถือในระยะยาว

ขั้นตอนที่ 10: การเตรียมแผ่นปิดหน้าและการเคลือบ

วัสดุปิดทับวงจรถูกตัดอย่างแม่นยำ (ด้วยการตัดด้วยเลเซอร์ การเจาะด้วยแม่พิมพ์ หรือการตัดด้วยเครื่อง CNC) โดยมีช่องเปิดสำหรับแผ่นรอง จุดทดสอบ และตำแหน่งของชิ้นส่วนตามแบบที่กำหนด จากนั้น นำวัสดุปิดทับที่เตรียมไว้มาจัดวางให้ตรงกับวงจรอย่างแม่นยำโดยใช้ระบบการจัดตำแหน่งด้วยแสง และทำการเคลือบด้วยความร้อน (160–180°C) และแรงดัน (15–25 กก./ซม.²) เป็นเวลา 30–60 นาที

ขั้นตอนที่ 11: การบ่ม

การอบหลังการเคลือบที่อุณหภูมิ 150–170°C เป็นเวลา 1–2 ชั่วโมง ช่วยให้กาวแห้งสนิท ส่งผลให้ความแข็งแรงในการยึดติดและความน่าเชื่อถือในระยะยาวเพิ่มขึ้น การอบแห้งที่เหมาะสมจะช่วยป้องกันการหลุดลอกระหว่างรอบความร้อนในครั้งต่อไป

ขั้นตอนที่ 12: เสร็จสิ้นพื้นผิว

แผ่นทองแดงที่เปิดโล่งจะได้รับการเคลือบผิวเพื่อป้องกัน:

• ENIG (นิกเกิลชุบทองแบบไม่ใช้ไฟฟ้า): 3–6 μm Ni + 0.05–0.15 μm Au—คุณสมบัติการบัดกรีดีเยี่ยม พื้นผิวเรียบ อายุการเก็บรักษานาน
• ดีบุกแช่: ดีบุก (Sn) ขนาด 0.8–1.2 ไมโครเมตร—บัดกรีได้ดี ต้นทุนต่ำ อายุการเก็บรักษาจำกัด
• ซิลเวอร์แช่: 0.15–0.4 μm Ag—ประสิทธิภาพความถี่สูงที่ยอดเยี่ยม
• OSP: สารเคลือบอินทรีย์ขนาด 0.2–0.5 ไมโครเมตร—ต้นทุนต่ำที่สุด อายุการเก็บรักษาสั้นที่สุด

ขั้นตอนที่ 13: การพิมพ์ซิลค์สกรีน

ตัวกำหนดส่วนประกอบ เครื่องหมายขั้ว และรหัสระบุต่างๆ จะพิมพ์ด้วยหมึกที่มีความยืดหยุ่น (โดยทั่วไปคือหมึกอีพ็อกซี่) ซึ่งทนต่อการดัดงอโดยไม่แตกหัก อบที่อุณหภูมิ 120–150°C เป็นเวลา 15–30 นาที

ขั้นตอนที่ 14: การสร้างโปรไฟล์ (การแยกเอกลักษณ์)

วงจรแต่ละวงจะถูกตัดออกจากแผงควบคุมการผลิตโดยใช้:

• การตัดด้วยเลเซอร์: ความแม่นยำสูงสุด (±50μm) ความเครียดน้อยที่สุด เหมาะสำหรับรูปทรงที่ซับซ้อน
• การเจาะรูด้วยแม่พิมพ์: เร็วที่สุดสำหรับการผลิตปริมาณมาก แต่ต้องลงทุนด้านเครื่องมือเพิ่มเติม
• การแกะสลักด้วยเครื่อง CNC: ยืดหยุ่น ไม่ต้องใช้เครื่องมือ ความเร็วปานกลาง

ขั้นตอนที่ 15: การทดสอบไฟฟ้า

วงจรทั้งหมด 100% ผ่านการทดสอบความต่อเนื่องและการแยกวงจรโดยใช้เครื่องทดสอบแบบหัววัดเคลื่อนที่หรืออุปกรณ์ทดสอบเฉพาะ วงจรเปิด วงจรลัด และการเชื่อมต่อที่ไม่ถูกต้องจะถูกตรวจพบก่อนจัดส่ง

ขั้นตอนที่ 16: การควบคุมคุณภาพขั้นสุดท้าย

การตรวจสอบด้วยสายตาและการวัดขนาดตามมาตรฐาน IPC-6013 และ IPC-A-600 ยืนยันว่า:

• ความกว้างของเส้น การเว้นระยะ และความคมชัดของขอบ
• การจัดวางและการยึดติดของแผ่นปิดทับ
• คุณภาพและความครอบคลุมของพื้นผิว
• ค่าความคลาดเคลื่อนของมิติโดยรวม
• ปราศจากตำหนิ (รอยขีดข่วน การปนเปื้อน การหลุดลอก)

ขั้นตอนที่ 17: บรรจุภัณฑ์

วงจรที่ผ่านการรับรองจะถูกบรรจุในถุงป้องกันไฟฟ้าสถิตพร้อมสารดูดความชื้นและแผ่นแสดงระดับความชื้น จากนั้นจึงปิดผนึกเพื่อการจัดส่ง การออกแบบบรรจุภัณฑ์ช่วยปกป้องวงจรแบบยืดหยุ่นจากความเสียหายทางกลระหว่างการขนส่ง

4. กระบวนการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นสองด้าน

แผ่นวงจรพิมพ์สองด้าน (Double-sided FPC) เพิ่มชั้นทองแดงชั้นที่สองและรูเคลือบ (PTH) ที่เชื่อมต่อทางไฟฟ้ากับทั้งสองด้าน ซึ่งทำให้ความหนาแน่นของการเดินสายเพิ่มขึ้น แต่เปลี่ยนขั้นตอนการทำงานอย่างมาก กล่าวคือ การเจาะและการชุบต้องเกิดขึ้นก่อนการสร้างภาพชั้นนอก

4.1 แผนผังกระบวนการทำงานโดยละเอียด

การตัดวัสดุ → การอบ → การเจาะ → การขจัดคราบ → การชุบทองแดงแบบไม่ใช้ไฟฟ้า → การชุบทองแดงด้วยไฟฟ้า → การเคลือบฟิล์มแห้ง → การฉายแสง → การล้าง → การชุบแบบ (ทองแดง + ดีบุก) → การลอก → การกัด → การลอกดีบุก → การปรับสภาพพื้นผิว → การเคลือบฟิล์มปิดทับ (ทั้งสองด้าน) → การอบแห้ง → การตกแต่งพื้นผิว → การพิมพ์สกรีน → การขึ้นรูป → การทดสอบทางไฟฟ้า → การตรวจสอบคุณภาพขั้นสุดท้าย → การบรรจุภัณฑ์

4.2 ความแตกต่างที่สำคัญของกระบวนการจากแบบด้านเดียว

การเจาะเพื่อหา PTH:

แผ่นวงจรพิมพ์สองด้าน (Double-sided FPC) จำเป็นต้องมีรูเจาะชุบโลหะเพื่อเชื่อมต่อทางไฟฟ้าของชั้นทองแดงทั้งสองชั้น การเจาะจะเกิดขึ้นผ่านชั้น FCCL ทั้งหมด ได้แก่ ทองแดงชั้นบน + กาว + PI + กาว + ทองแดงชั้นล่าง โดยทั่วไปแล้วเส้นผ่านศูนย์กลางของรูจะอยู่ที่ 0.2–0.5 มม. สำหรับการใช้งานทั่วไป และสามารถใช้ไมโครเวียที่มีขนาดเล็กถึง 0.1 มม. ได้โดยใช้การเจาะด้วยเลเซอร์

เดสเมียร์:

การเจาะรูจะทำให้เกิดคราบเรซินบนผนังรู ซึ่งต้องกำจัดออกก่อนการชุบ การกำจัดคราบด้วยสารเคมี (โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต) หรือการบำบัดด้วยพลาสมาจะกัดเซาะเรซินออกเพื่อเผยให้เห็นทองแดงที่สะอาดสำหรับการยึดเกาะของการชุบที่เชื่อถือได้ ขั้นตอนนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง การกำจัดคราบที่ไม่เพียงพอจะทำให้เกิดช่องว่างในการชุบและการเชื่อมต่อระหว่างชั้นที่ไม่ดี

การชุบทองแดงแบบไม่ใช้ไฟฟ้า:

กระบวนการชุบทองแดงแบบไม่ใช้ไฟฟ้า เริ่มต้นด้วยการตกตะกอนชั้นทองแดงบางๆ (โดยทั่วไป 0.3–0.8 ไมโครเมตร) บนผนังและพื้นผิวของรูด้วยกระบวนการชุบแบบเร่งปฏิกิริยาด้วยตนเอง ซึ่งจะสร้างเส้นทางนำไฟฟ้าเริ่มต้นสำหรับการชุบด้วยไฟฟ้าในขั้นตอนต่อไป กระบวนการชุบทองแดงแบบไม่ใช้ไฟฟ้าประกอบด้วยขั้นตอนการกระตุ้นตัวเร่งปฏิกิริยา (ชนิดแพลเลเดียม) การเร่งความเร็ว และการตกตะกอนทองแดง

การชุบทองแดงด้วยไฟฟ้า:

การชุบด้วยไฟฟ้าจะสร้างความหนาของทองแดงให้ตรงตามข้อกำหนดในการออกแบบ ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ที่ 20–25 ไมโครเมตรในบริเวณรูเพื่อให้มีความน่าเชื่อถือเพียงพอ สายการชุบแบบต่อเนื่องแนวตั้ง (VCP) ช่วยกระจายกระแสไฟฟ้าอย่างสม่ำเสมอและทำให้ความหนาของการชุบคงที่ทั่วทั้งแผง

กระบวนการชุบลวดลาย:

หลังจากชุบทองแดงแล้ว จะมีการเคลือบฟิล์มแห้งและฉายภาพเพื่อเปิดเผยเฉพาะบริเวณที่มีลวดลายวงจรเท่านั้น การชุบทองแดงเพิ่มเติมจะเพิ่มความหนาของลายวงจร ตามด้วยการชุบดีบุกหรือดีบุก-ตะกั่วซึ่งทำหน้าที่เป็นสารกันกัดกร่อน หลังจากลอกฟิล์มแห้งออกแล้ว การกัดกร่อนจะกำจัดทองแดงส่วนเกินออกไป ในขณะที่ดีบุกจะปกป้องลวดลายวงจร สุดท้าย ดีบุกจะถูกลอกออกเพื่อเปิดเผยลายวงจรทองแดงที่เสร็จสมบูรณ์

แผ่นปิดสองด้าน:

ทั้งพื้นผิวด้านบนและด้านล่างจำเป็นต้องมีการเคลือบแผ่นป้องกันวงจรเพื่อป้องกันวงจรทั้งสองด้าน การจัดตำแหน่งระหว่างช่องเปิดของแผ่นป้องกันวงจรและตำแหน่งของแผ่นรองบนทั้งสองด้านต้องได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวัง

---

5. กระบวนการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นหลายชั้น

แผ่นวงจรพิมพ์หลายชั้น (Multilayer FPC) ประกอบด้วยชั้นนำไฟฟ้าสามชั้นขึ้นไป ทำให้สามารถวางเส้นทางวงจรได้หนาแน่นขึ้นและออกแบบที่ซับซ้อนได้มากขึ้น ความแตกต่างที่สำคัญในกระบวนการผลิตคือ ชั้นภายในต้องได้รับการผลิตและตรวจสอบแยกกันก่อนการเคลือบ และการเจาะรูทะลุจะเกิดขึ้นหลังจากที่ชั้นต่างๆ ถูกเชื่อมติดกันแล้ว

5.1 แผนผังกระบวนการทำงานโดยละเอียด

การประมวลผลชั้นใน:
ขั้นตอนการผลิต: การตัดวัสดุ → การอบ → การเคลือบฟิล์มแห้ง → การฉายแสง → การล้าง → การกัด → การลอก → การตรวจสอบด้วย AOI → การปรับสภาพพื้นผิว (ออกไซด์สีน้ำตาล)

เคลือบ:
การจัดเรียงชั้น → การวางซ้อน → การเคลือบด้วยความร้อน → การอบแห้งหลังการเคลือบ

การประมวลผลชั้นนอก:
การเจาะ (PTH) → การขจัดคราบ → การชุบทองแดงแบบไม่ใช้ไฟฟ้า → การชุบทองแดงด้วยไฟฟ้า → การสร้างภาพบนชั้นนอก → การชุบแบบมีลวดลาย → การกัด → การเคลือบฟิล์ม → การตกแต่งพื้นผิว → การพิมพ์สกรีน → การขึ้นรูป → การทดสอบทางไฟฟ้า → การตรวจสอบคุณภาพขั้นสุดท้าย (FQC) → การบรรจุภัณฑ์

5.2 ขั้นตอนสำคัญของชั้นใน

การสร้างภาพและการกัดเซาะชั้นใน:

แต่ละชั้นภายในจะได้รับการประมวลผลในลักษณะเดียวกับแผ่นวงจรพิมพ์แบบด้านเดียว (FPC) ได้แก่ การเคลือบฟิล์มแห้ง การฉายแสง การล้าง การกัด และการลอกออก ความแตกต่างที่สำคัญคือ ชั้นภายในต้องปราศจากข้อบกพร่อง 100% ก่อนการเคลือบ เพราะรอยขาดหรือลัดวงจรใดๆ ที่ซ่อนอยู่ภายในชั้นเคลือบจะไม่สามารถซ่อมแซมได้

การตรวจสอบ AOI:

ระบบตรวจสอบด้วยแสงอัตโนมัติจะสแกนทุกชั้นภายในเพื่อตรวจหารอยขาด รอยลัดวงจร การละเมิดความกว้างของลายวงจร และข้อบกพร่องอื่นๆ ก่อนการเคลือบ แผ่นวงจรที่มีข้อบกพร่องจะถูกคัดออกในขั้นตอนนี้เพื่อหลีกเลี่ยงการสิ้นเปลืองวัสดุและเวลาในการผลิตแผ่นวงจรที่ไม่สามารถซ่อมแซมได้

การเคลือบผิว (ออกไซด์สีน้ำตาล/ดำ):

พื้นผิวทองแดงชั้นในจะผ่านกระบวนการสร้างออกไซด์เพื่อสร้างพื้นผิวทองแดงที่มีลักษณะหยาบเล็กน้อยและมีออกซิเดชัน ซึ่งช่วยส่งเสริมการยึดเกาะกับกาว Bondply ขั้นตอนนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง หากการสร้างออกไซด์ไม่เพียงพอ จะทำให้เกิดการแยกชั้นภายใต้ความเครียดจากความร้อนหรือระหว่างการดัดงอ

5.3 กระบวนการเคลือบ

การจัดตำแหน่งเลเยอร์:

ชั้นภายใน แผ่นกาว (bondply) และแผ่นฟอยล์ทองแดงด้านนอก จะถูกจัดเรียงอย่างแม่นยำโดยใช้หมุดกำหนดตำแหน่งหรือระบบจัดตำแหน่งด้วยแสง ค่าความคลาดเคลื่อนในการจัดตำแหน่งโดยทั่วไปคือ ±75 ไมโครเมตร หรือดีกว่านั้น การจัดเรียงที่ไม่ถูกต้องจะทำให้เกิดการลัดวงจรระหว่างชั้นหรือการเชื่อมต่อกับรูทะลุขาด

การขึ้นรูปและการอัดร้อน:

แผ่นวัสดุที่เรียงตัวกันจะถูกวางในเครื่องอัดลามิเนตและยึดติดกันภายใต้การควบคุมอุณหภูมิ (โดยทั่วไปสูงสุด 180–200°C) แรงดัน (15–25 กก./ซม.²) และระยะเวลาที่กำหนด กาว Bondply จะไหลเข้าไปเติมเต็มช่องว่างและแข็งตัวเพื่อสร้างโครงสร้างหลายชั้นที่เป็นหนึ่งเดียว

กระบวนการหลังการเคลือบ:

หลังจากการเคลือบแล้ว จะมีการเจาะรูทะลุเพื่อเชื่อมต่อทุกชั้น กระบวนการต่อมาเป็นไปตามขั้นตอนการผลิต FPC สองด้าน ได้แก่ การขจัดคราบ การเคลือบทองแดงแบบไร้กระแสไฟฟ้า การชุบด้วยไฟฟ้า การสร้างภาพบนชั้นนอก และขั้นตอนที่เหลือจนถึงการทดสอบขั้นสุดท้าย

5.4 การลามิเนตแบบต่อเนื่องสำหรับโครงสร้างที่ซับซ้อน

สำหรับการออกแบบหลายชั้นที่ต้องการ vias แบบซ่อนหรือแบบฝัง จำเป็นต้องมีการเคลือบแบบเรียงลำดับ:

• ฝังจุดผ่านแดน: เชื่อมต่อเฉพาะชั้นด้านในเท่านั้น—ที่ทำการผลิตและเจาะรูไว้ก่อนการเคลือบขั้นสุดท้าย
• ช่องทางที่มองไม่เห็น: เชื่อมต่อชั้นนอกกับชั้นใน—โดยเจาะรูหลังจากเคลือบแล้ว ด้วยการเจาะแบบควบคุมความลึกหรือการเจาะด้วยเลเซอร์

แต่ละรอบการเคลือบแบบต่อเนื่องจะเพิ่มต้นทุนและระยะเวลาในการผลิต แต่จะช่วยให้สามารถเชื่อมต่อที่มีความหนาแน่นสูงขึ้น ซึ่งเป็นไปไม่ได้ด้วยโครงสร้างแบบรูทะลุมาตรฐาน

---

6. การควบคุมคุณภาพและมาตรฐานอุตสาหกรรม

การผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) จำเป็นต้องมีการควบคุมคุณภาพอย่างเป็นระบบ เนื่องจากวัสดุที่บางและยืดหยุ่นนั้นไวต่อความแปรผันของกระบวนการผลิตมากกว่าแผงวงจรแบบแข็ง การตรวจสอบหลายขั้นตอนตลอดกระบวนการผลิตจะช่วยตรวจจับข้อบกพร่องก่อนที่จะก่อให้เกิดค่าใช้จ่ายสูง

6.1 จุดตรวจสอบที่สำคัญ

6.2 มาตรฐาน IPC ที่เกี่ยวข้อง

• IPC-6013: ข้อกำหนดคุณสมบัติและประสิทธิภาพสำหรับแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น/แบบแข็ง-ยืดหยุ่น—กำหนดคลาส 1, 2 และ 3 โดยมีข้อกำหนดด้านความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น
• IPC-2223: มาตรฐานการออกแบบส่วนตัดขวางสำหรับแผ่นพิมพ์แบบยืดหยุ่น—แนวทางการออกแบบ รวมถึงรัศมีโค้ง การกำหนดเส้นทางการเดินสาย และการเลือกวัสดุ
• IPC-A-600: เกณฑ์การตรวจสอบด้วยสายตาสำหรับแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ทุกประเภท รวมถึงแผงวงจรแบบยืดหยุ่น (flex) การยอมรับแผงวงจรพิมพ์
• IPC-4202/4203/4204: ข้อกำหนดวัสดุสำหรับวัสดุฐานที่ยืดหยุ่น ชั้นปิดผิว และ FCCL
• ไอพีซี-ทีเอ็ม-650: วิธีการทดสอบสำหรับข้อกำหนดเฉพาะด้านความยืดหยุ่น รวมถึงการทดสอบการดัดงอและการยึดเกาะ

6.3 การเลือกคลาส IPC

---

7. ข้อควรพิจารณาในการออกแบบเพื่อความสามารถในการผลิต

การตัดสินใจด้านการออกแบบในช่วงเริ่มต้นของกระบวนการพัฒนาส่งผลโดยตรงต่อผลผลิต ต้นทุน และความน่าเชื่อถือในการผลิต การปฏิบัติตามแนวทาง DFM ช่วยหลีกเลี่ยงการออกแบบใหม่ที่สิ้นเปลืองและปัญหาความล่าช้าในการผลิต

7.1 แนวทางการกำหนดรัศมีโค้ง

ตามมาตรฐาน IPC-2223 รัศมีโค้งขั้นต่ำขึ้นอยู่กับประเภทการใช้งาน:

• การดัดงอแบบไดนามิก (การดัดงอซ้ำๆ): รัศมีโค้งขั้นต่ำ ≥10 เท่าของความหนาแผ่นไม้ทั้งหมด
• ความยืดหยุ่นคงที่ (ดัดงอเพื่อติดตั้ง): รัศมีโค้งขั้นต่ำ ≥6 เท่าของความหนาแผ่นไม้ทั้งหมด

สำหรับแผ่น FPC ด้านเดียวที่มีความหนา 0.15 มม. หมายความว่าต้องมีรัศมีขั้นต่ำ 1.5 มม. สำหรับการใช้งานแบบไดนามิก หรือ 0.9 มม. สำหรับการติดตั้งแบบคงที่

7.2 การตรวจสอบเส้นทางในพื้นที่ยืดหยุ่น

• ควรลากเส้นทางให้ตั้งฉากกับแกนโค้งเมื่อเป็นไปได้
• ใช้เส้นโค้งในการเดินสายไฟ หลีกเลี่ยงมุม 90 องศาในบริเวณที่สายไฟยืดหยุ่นได้
• ห้ามติดตั้ง vias, pads หรือรูชุบในบริเวณที่โค้งงอ
• จัดเรียงร่องรอยให้เหลื่อมกันบนด้านตรงข้ามของแผ่นยืดหยุ่นสองด้าน (ลักษณะคล้ายคานรูปตัว I) เพื่อลดการกระจุกตัวของความเค้น
• ควรใช้รูปหลายเหลี่ยมที่มีเส้นประแทนการเททองแดงทึบในบริเวณที่มีความยืดหยุ่น เพื่อเพิ่มความยืดหยุ่น

7.3 การเลือกน้ำหนักทองแดง

ทองแดงที่บางลงจะเพิ่มความยืดหยุ่น แต่ลดความสามารถในการนำกระแสไฟฟ้า จึงต้องพิจารณาปัจจัยเหล่านี้ให้สมดุล:

• 12 ไมโครเมตร (⅓ ออนซ์): ความยืดหยุ่นสูงสุด, ร่องรอยละเอียด, กระแสไฟต่ำ
• 18 ไมโครเมตร (½ ออนซ์): มีความยืดหยุ่นดี กระแสไฟฟ้าปานกลาง—เป็นตัวเลือกที่นิยมใช้มากที่สุด
• 35 ไมโครเมตร (1 ออนซ์): ความจุมาตรฐานในปัจจุบัน ความยืดหยุ่นลดลง
• 70 ไมโครเมตร (2 ออนซ์): กระแสไฟฟ้าสูง ความยืดหยุ่นจำกัด—โดยทั่วไปใช้เฉพาะในพื้นที่ที่แข็งแรงทนทาน

7.4 การติดตั้งวัสดุเสริมความแข็งแรง

ชิ้นส่วนเสริมความแข็งแรงช่วยรองรับการติดตั้งชิ้นส่วนหรือการเสียบตัวเชื่อมต่อในบริเวณที่กำหนด:

• FR-4: คุ้มค่าและนิยมใช้ในบริเวณขั้วต่อ ZIF—ความหนา 0.2–1.6 มม.
• โพลิอิไมด์: โปรไฟล์ที่บางกว่า การจับคู่ความร้อนที่ดีกว่า—ความหนา 0.075–0.225 มม.
• เหล็กกล้าไร้สนิม: การป้องกัน EMI ผสานกับการเสริมความแข็งแรง—ความหนา 0.1–0.3 มม.
• อลูมิเนียม: การระบายความร้อน + การเพิ่มความแข็งแรง — ความหนา 0.5–2.0 มม.

รับใบเสนอราคาด่วน

---

8. บริการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นของ Highleap

Highleap Electronics ให้บริการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) แบบครบวงจร ตั้งแต่ต้นแบบจนถึงการผลิตในปริมาณมาก โดยมีการควบคุมกระบวนการที่ออกแบบมาเพื่อรักษาคุณภาพให้สม่ำเสมอใน FPC ทุกประเภท

• ขอบเขตความสามารถ: แผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (FPC) ด้านเดียว สองด้าน และหลายชั้น สูงสุด 10 ชั้น; โครงสร้างแบบแข็ง-ยืดหยุ่น สำหรับการใช้งานแบบผสมผสาน
• ความสามารถในการวาดเส้นละเอียด: ระยะห่างขั้นต่ำระหว่างเส้นลวด/ช่องว่าง 50μm/50μm สำหรับงานออกแบบความหนาแน่นสูง
• ตัวเลือกวัสดุ: โพลีอิไมด์ (เกรดมาตรฐานและเกรดประสิทธิภาพสูง), LCP สำหรับการใช้งาน RF, FCCL แบบมีกาวและไม่มีกาว
• ตัวเลือกการตกแต่งพื้นผิว: ENIG, การเคลือบดีบุกแบบจุ่ม, การเคลือบเงินแบบจุ่ม, OSP ตามข้อกำหนดการใช้งาน
• การติดชิ้นส่วนเสริมความแข็งแรง: FR-4, PI, สแตนเลสสตีล, อลูมิเนียม พร้อมการจัดวางที่แม่นยำ
• การบูรณาการการประกอบ: ผู้คุมในเรือนจำ การประกอบ FPC รวมถึงการติดตั้ง SMT และการทดสอบการทำงาน

8.1 สิ่งที่ควรระบุในเอกสารขอใบเสนอราคา (RFQ)

เพื่อให้ได้ใบเสนอราคาที่รวดเร็วและแม่นยำ โปรดระบุข้อมูลต่อไปนี้:

• ไฟล์ Gerber (รูปแบบ RS-274X) หรือข้อมูล ODB++
• แบบร่างสำหรับการผลิตพร้อมขนาด ค่าความคลาดเคลื่อน และลำดับชั้นของวัสดุ
• ข้อกำหนดวัสดุ (ประเภท PI, น้ำหนักทองแดง, มีกาว/ไม่มีกาว)
• ข้อกำหนดด้านการตกแต่งพื้นผิว
• รายละเอียดของชิ้นส่วนเสริมความแข็งแรง (ถ้าจำเป็น) (วัสดุ ความหนา ตำแหน่ง)
• ปริมาณ (ประมาณการปริมาณต้นแบบและปริมาณการผลิต)
• ข้อกำหนดระดับชั้น IPC (ชั้น 1, 2 หรือ 3)
• ข้อกำหนดพิเศษเกี่ยวกับการทดสอบหรือเอกสารใดๆ

ทีมวิศวกรรมของเราจะตรวจสอบเอกสารที่ส่งมาและตอบกลับพร้อมราคา ระยะเวลาดำเนินการ และคำแนะนำด้านการออกแบบเพื่อการผลิต (DFM) เพื่อให้โครงการของคุณดำเนินไปตามแผนที่วางไว้