PCB แบบแข็งแบบยืดหยุ่น | วัสดุ PCB | การผลิต Pcb แบบยืดหยุ่นแบบแข็ง

แผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง (PCB) ได้รับความนิยมในด้านความอเนกประสงค์และความทนทานในการใช้งานทางอิเล็กทรอนิกส์ที่หลากหลาย บอร์ดเหล่านี้ขึ้นชื่อในด้านความสามารถในการทนต่อการโค้งงอและความเค้นบิดในขณะที่ยังคงการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่เชื่อถือได้บทความนี้จะเจาะลึกเกี่ยวกับวัสดุที่ใช้ใน PCB แบบแข็งเพื่อทำความเข้าใจองค์ประกอบและคุณสมบัติของวัสดุเหล่านี้ ด้วยการเปิดเผยวัสดุที่ทำให้ PCB แบบแข็งเกร็งเป็นโซลูชันที่แข็งแกร่งและยืดหยุ่น เราจึงสามารถเข้าใจได้ว่าสิ่งเหล่านี้มีส่วนช่วยในการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่างไร

1.ทำความเข้าใจกับโครงสร้าง PCB แบบยืดหยุ่น-

PCB แบบยืดหยุ่นแข็งคือแผงวงจรพิมพ์ที่ผสมผสานวัสดุพิมพ์ที่มีความแข็งและยืดหยุ่นเข้าด้วยกันเพื่อสร้างโครงสร้างที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว การผสมผสานนี้ช่วยให้แผงวงจรมีวงจรสามมิติ ให้ความยืดหยุ่นในการออกแบบและเพิ่มประสิทธิภาพพื้นที่สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ โครงสร้างของบอร์ดแบบแข็งงอประกอบด้วยสามชั้นหลัก ชั้นแรกเป็นชั้นแข็ง ซึ่งทำจากวัสดุแข็ง เช่น FR4 หรือแกนโลหะ เลเยอร์นี้ให้การสนับสนุนโครงสร้างและความเสถียรแก่ PCB ทำให้มั่นใจถึงความทนทานและความต้านทานต่อความเค้นเชิงกล
ชั้นที่สองเป็นชั้นยืดหยุ่นที่ทำจากวัสดุ เช่น โพลิอิไมด์ (PI) โพลีเมอร์ผลึกเหลว (LCP) หรือโพลีเอสเตอร์ (PET) ชั้นนี้ช่วยให้ PCB งอ บิด และงอได้ โดยไม่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพทางไฟฟ้า ความยืดหยุ่นของเลเยอร์นี้เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการใช้งานที่ต้องการ PCB ให้พอดีกับพื้นที่ที่ไม่ปกติหรือคับแคบ ชั้นที่สามคือชั้นกาวซึ่งเชื่อมชั้นแข็งและยืดหยุ่นเข้าด้วยกัน ชั้นนี้มักทำจากวัสดุอีพอกซีหรืออะคริลิค ซึ่งได้รับการคัดเลือกจากความสามารถในการยึดเกาะระหว่างชั้นอย่างแน่นหนา ในขณะเดียวกันก็ให้คุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีด้วย ชั้นกาวมีบทบาทสำคัญในการรับประกันความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานของบอร์ดแบบยืดหยุ่น
แต่ละชั้นในโครงสร้าง PCB แบบแข็งได้รับการคัดเลือกและออกแบบมาอย่างดีเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพทางกลและทางไฟฟ้าที่เฉพาะเจาะจง ซึ่งช่วยให้ PCB ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพในการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคไปจนถึงอุปกรณ์ทางการแพทย์และระบบการบินและอวกาศ

2.วัสดุที่ใช้ในชั้นแข็ง：

ในการก่อสร้างชั้นแข็งของ PCB แบบแข็ง มักใช้วัสดุหลายชนิดเพื่อให้การรองรับโครงสร้างและความสมบูรณ์ที่จำเป็น วัสดุเหล่านี้ได้รับการคัดสรรมาอย่างดีโดยพิจารณาจากคุณลักษณะเฉพาะและข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ วัสดุที่ใช้กันทั่วไปบางส่วนสำหรับชั้นแข็งใน PCB แบบแข็ง ได้แก่:
A. FR4: FR4 เป็นวัสดุชั้นแข็งที่ใช้กันอย่างแพร่หลายใน PCB เป็นอีพอกซีลามิเนตเสริมใยแก้วซึ่งมีคุณสมบัติทางความร้อนและทางกลที่ดีเยี่ยม FR4 มีความแข็งสูง การดูดซึมน้ำต่ำ และทนต่อสารเคมีได้ดี คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับเป็นชั้นแข็ง เนื่องจากให้ความสมบูรณ์ของโครงสร้างและความเสถียรที่ดีเยี่ยมแก่ PCB
B. Polyimide (PI): Polyimide เป็นวัสดุทนความร้อนที่มีความยืดหยุ่น ซึ่งมักใช้ในบอร์ดแบบแข็งงอเนื่องจากทนทานต่ออุณหภูมิสูง โพลิอิไมด์ขึ้นชื่อในด้านคุณสมบัติของฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมและความเสถียรทางกล ทำให้เหมาะสำหรับใช้เป็นชั้นแข็งใน PCB โดยจะรักษาคุณสมบัติทางกลและทางไฟฟ้าไว้แม้เมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิที่สูงมาก ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย
C. แกนโลหะ: ในบางกรณี เมื่อจำเป็นต้องมีการจัดการระบายความร้อนที่ดีเยี่ยม วัสดุแกนโลหะ เช่น อลูมิเนียมหรือทองแดง สามารถใช้เป็นชั้นแข็งใน PCB แบบแข็งได้ วัสดุเหล่านี้มีค่าการนำความร้อนที่ดีเยี่ยมและสามารถกระจายความร้อนที่เกิดจากวงจรได้อย่างมีประสิทธิภาพ ด้วยการใช้แกนโลหะ บอร์ดแบบยืดหยุ่นจึงสามารถจัดการความร้อนและป้องกันความร้อนสูงเกินไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้มั่นใจได้ถึงความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพของวงจร
วัสดุแต่ละชนิดมีข้อดีในตัวเอง และได้รับการคัดเลือกตามความต้องการเฉพาะของการออกแบบ PCB ปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิในการทำงาน ความเค้นเชิงกล และความสามารถในการจัดการระบายความร้อนที่จำเป็น ล้วนมีบทบาทสำคัญในการกำหนดวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการรวมชั้นแข็งของ PCB ที่แข็งและยืดหยุ่นเข้าด้วยกัน
สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าการเลือกวัสดุสำหรับชั้นแข็งใน PCB แบบแข็งถือเป็นส่วนสำคัญของกระบวนการออกแบบ การเลือกวัสดุที่เหมาะสมช่วยให้มั่นใจในความสมบูรณ์ของโครงสร้าง การจัดการระบายความร้อน และความน่าเชื่อถือโดยรวมของ PCB ด้วยการเลือกใช้วัสดุที่เหมาะสม ผู้ออกแบบจะสามารถสร้าง PCB แบบแข็งที่ตรงตามข้อกำหนดที่เข้มงวดของอุตสาหกรรมต่างๆ รวมถึงยานยนต์ การบินและอวกาศ การแพทย์ และโทรคมนาคม

3.วัสดุที่ใช้ในชั้นที่มีความยืดหยุ่น：

ชั้นที่ยืดหยุ่นใน PCB แบบแข็งช่วยอำนวยความสะดวกในการโค้งงอและการพับของบอร์ดเหล่านี้ วัสดุที่ใช้ทำชั้นยืดหยุ่นต้องมีความยืดหยุ่น ยืดหยุ่น และทนทานต่อการดัดงอซ้ำๆ วัสดุทั่วไปที่ใช้สำหรับชั้นที่ยืดหยุ่น ได้แก่ :
A. Polyimide (PI): ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น polyimide เป็นวัสดุอเนกประสงค์ที่ทำหน้าที่สองวัตถุประสงค์ใน PCB แบบแข็งเกร็ง ในชั้นเฟล็กซ์ ช่วยให้บอร์ดสามารถงอและงอได้โดยไม่สูญเสียคุณสมบัติทางไฟฟ้า
B. โพลีเมอร์ผลึกเหลว (LCP): LCP เป็นวัสดุเทอร์โมพลาสติกประสิทธิภาพสูงที่ขึ้นชื่อเรื่องคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยมและทนทานต่ออุณหภูมิที่สูงมาก ให้ความยืดหยุ่นที่ดีเยี่ยม ความเสถียรของมิติ และความต้านทานต่อความชื้นสำหรับการออกแบบ PCB แบบแข็งเกร็ง
C. โพลีเอสเตอร์ (PET): โพลีเอสเตอร์เป็นวัสดุราคาประหยัด น้ำหนักเบา มีความยืดหยุ่นและมีคุณสมบัติเป็นฉนวนได้ดี โดยทั่วไปจะใช้สำหรับ PCB แบบยืดหยุ่นซึ่งความคุ้มค่าและความสามารถในการดัดงอปานกลางเป็นสิ่งสำคัญ
D. Polyimide (PI): Polyimide เป็นวัสดุที่ใช้กันทั่วไปในชั้น PCB ที่มีความยืดหยุ่นและแข็ง มีความยืดหยุ่นดีเยี่ยม ทนต่ออุณหภูมิสูง และมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดี ฟิล์มโพลีอิไมด์สามารถเคลือบ สลัก และยึดติดกับชั้นอื่นๆ ของ PCB ได้อย่างง่ายดาย พวกเขาสามารถทนต่อการดัดงอซ้ำๆ ได้โดยไม่สูญเสียคุณสมบัติทางไฟฟ้า ทำให้เหมาะสำหรับชั้นที่ยืดหยุ่น
E. โพลีเมอร์ผลึกเหลว (LCP): LCP เป็นวัสดุเทอร์โมพลาสติกประสิทธิภาพสูงซึ่งถูกนำมาใช้เป็นชั้นที่ยืดหยุ่นใน PCB แบบแข็งเกร็งมากขึ้นเรื่อยๆ มีคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยม รวมถึงความยืดหยุ่นสูง ความคงตัวของขนาด และความทนทานต่ออุณหภูมิที่สูงมากได้ดีเยี่ยม ฟิล์ม LCP มีความสามารถในการดูดความชื้นต่ำ และเหมาะสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่ชื้น นอกจากนี้ยังมีความทนทานต่อสารเคมีที่ดีและค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำ ทำให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้ในสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย
F. โพลีเอสเตอร์ (PET): โพลีเอสเตอร์หรือที่เรียกว่าโพลีเอทิลีนเทเรฟทาเลต (PET) เป็นวัสดุน้ำหนักเบาและคุ้มต้นทุนที่ใช้ในชั้น PCB ที่มีความยืดหยุ่นแบบแข็ง ฟิล์ม PET มีความยืดหยุ่นดี มีความต้านทานแรงดึงสูง และมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยม ฟิล์มเหล่านี้มีการดูดซับความชื้นต่ำและมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดี PET มักถูกเลือกเมื่อความคุ้มค่าและความสามารถในการดัดงอปานกลางเป็นปัจจัยสำคัญในการออกแบบ PCB
G. Polyetherimide (PEI): PEI เป็นเทอร์โมพลาสติกวิศวกรรมประสิทธิภาพสูงที่ใช้สำหรับชั้นยืดหยุ่นของ PCB ที่มีการยึดติดแบบอ่อนและแข็ง มีคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยม รวมถึงความยืดหยุ่นสูง ความคงตัวของขนาด และความทนทานต่ออุณหภูมิที่สูงเกินไป ฟิล์ม PEI มีการดูดซับความชื้นต่ำและทนต่อสารเคมีได้ดี นอกจากนี้ยังมีความเป็นฉนวนสูงและคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้า ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีความต้องการสูง
H. โพลีเอทิลีนแนฟทาเลท (PEN): PEN เป็นวัสดุทนความร้อนสูงและมีความยืดหยุ่นสูง ซึ่งใช้สำหรับชั้น PCB ที่มีความยืดหยุ่นแบบแข็ง มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี การดูดซึมความชื้นต่ำ และคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยม ฟิล์ม PEN มีความทนทานต่อรังสียูวีและสารเคมีสูง อีกทั้งยังมีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำและมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม ฟิล์ม PEN สามารถทนต่อการโค้งงอและการพับซ้ำๆ โดยไม่กระทบต่อคุณสมบัติทางไฟฟ้า
I. Polydimethylsiloxane (PDMS): PDMS เป็นวัสดุยืดหยุ่นที่ยืดหยุ่นซึ่งใช้สำหรับชั้นยืดหยุ่นของ PCB ที่รวมกันแบบอ่อนและแข็ง มีคุณสมบัติทางกลที่ดีเยี่ยม รวมถึงความยืดหยุ่นสูง ความยืดหยุ่น และความต้านทานต่อการดัดงอซ้ำๆ ฟิล์ม PDMS ยังมีความเสถียรทางความร้อนที่ดีและมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้า โดยทั่วไป PDMS จะใช้ในการใช้งานที่ต้องการวัสดุที่นุ่ม ยืดหยุ่นได้ และสะดวกสบาย เช่น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สวมใส่ได้และอุปกรณ์ทางการแพทย์
วัสดุแต่ละชนิดมีข้อดีในตัวเอง และการเลือกใช้วัสดุชั้นเฟล็กซ์นั้นขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะของการออกแบบ PCB ปัจจัยต่างๆ เช่น ความยืดหยุ่น ทนต่ออุณหภูมิ ทนความชื้น ความคุ้มทุน และความสามารถในการดัดงอ มีบทบาทสำคัญในการกำหนดวัสดุที่เหมาะสมสำหรับชั้นที่ยืดหยุ่นใน PCB แบบแข็ง การพิจารณาปัจจัยเหล่านี้อย่างรอบคอบทำให้มั่นใจได้ถึงความน่าเชื่อถือ ความทนทาน และประสิทธิภาพของ PCB ในการใช้งานและอุตสาหกรรมที่หลากหลาย

4. วัสดุกาวใน PCB แบบแข็ง:

เพื่อเชื่อมชั้นแข็งและยืดหยุ่นเข้าด้วยกัน จึงมีการใช้วัสดุกาวในโครงสร้าง PCB แบบแข็งงอ วัสดุประสานเหล่านี้ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่เชื่อถือได้ระหว่างชั้นต่างๆ และให้การสนับสนุนทางกลที่จำเป็น วัสดุประสานที่ใช้กันทั่วไปสองชนิดคือ:
ก. อีพอกซีเรซิน: กาวอีพอกซีเรซินถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อให้มีความแข็งแรงในการยึดเกาะสูงและมีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม ให้เสถียรภาพทางความร้อนที่ดีและเพิ่มความแข็งแกร่งโดยรวมของแผงวงจร
ข. อะคริลิก: กาวอะคริลิกเป็นที่ต้องการในการใช้งานที่มีความยืดหยุ่นและทนต่อความชื้นเป็นสิ่งสำคัญ กาวเหล่านี้มีความแข็งแรงในการยึดเกาะที่ดีและใช้เวลาในการบ่มสั้นกว่าอีพอกซี
C. ซิลิโคน: กาวที่ทำจากซิลิโคนมักใช้ในบอร์ดแบบแข็งเนื่องจากมีความยืดหยุ่น มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยม และทนทานต่อความชื้นและสารเคมี กาวซิลิโคนสามารถทนต่อช่วงอุณหภูมิที่กว้าง ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการทั้งความยืดหยุ่นและทนต่ออุณหภูมิสูง ให้การยึดเกาะที่มีประสิทธิภาพระหว่างชั้นแข็งและยืดหยุ่นในขณะที่ยังคงคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ต้องการ
D. โพลียูรีเทน: กาวโพลียูรีเทนให้ความสมดุลระหว่างความยืดหยุ่นและความแข็งแรงในการยึดเกาะใน PCB แบบแข็งเกร็ง มีการยึดเกาะที่ดีกับพื้นผิวหลากหลายประเภท และทนทานต่อสารเคมีและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิได้ดีเยี่ยม กาวโพลียูรีเทนยังดูดซับแรงสั่นสะเทือนและให้ความเสถียรทางกลกับ PCB มักใช้ในการใช้งานที่ต้องการความยืดหยุ่นและความทนทาน
E. เรซินที่รักษาด้วยรังสียูวี: เรซินที่รักษาด้วยรังสียูวีเป็นกาวที่แห้งตัวได้อย่างรวดเร็วเมื่อสัมผัสกับแสงอัลตราไวโอเลต (UV) ให้การติดและการแข็งตัวที่รวดเร็ว ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตในปริมาณมาก เรซินที่บ่มด้วยรังสียูวีให้การยึดเกาะที่ดีเยี่ยมกับวัสดุหลากหลายประเภท รวมถึงพื้นผิวที่แข็งและยืดหยุ่น อีกทั้งยังทนทานต่อสารเคมีและคุณสมบัติทางไฟฟ้าได้ดีเยี่ยม โดยทั่วไปแล้ว เรซินที่บ่มด้วยรังสียูวีนั้นใช้สำหรับ PCB แบบแข็ง ซึ่งเวลาในการประมวลผลที่รวดเร็วและการยึดเกาะที่เชื่อถือได้ถือเป็นสิ่งสำคัญ
F. กาวไวต่อแรงกด (PSA): PSA เป็นวัสดุกาวที่สร้างพันธะเมื่อมีการกด เป็นโซลูชันการติดที่สะดวกและเรียบง่ายสำหรับ PCB แบบแข็งเกร็ง PSA ให้การยึดเกาะที่ดีกับพื้นผิวหลายประเภท รวมถึงพื้นผิวที่แข็งและยืดหยุ่น ช่วยให้เปลี่ยนตำแหน่งระหว่างการประกอบและสามารถถอดออกได้ง่ายหากจำเป็น PSA ยังให้ความยืดหยุ่นและความสม่ำเสมอที่ยอดเยี่ยม ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการการดัดงอ PCB

บทสรุป:

PCB แบบยืดหยุ่นเป็นส่วนสำคัญของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ช่วยให้สามารถออกแบบวงจรที่ซับซ้อนในแพ็คเกจขนาดกะทัดรัดและอเนกประสงค์ สำหรับวิศวกรและนักออกแบบที่มุ่งหวังที่จะเพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ให้เหมาะสม จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องเข้าใจวัสดุที่ใช้ในการก่อสร้าง บทความนี้มุ่งเน้นไปที่วัสดุที่ใช้กันทั่วไปในการก่อสร้าง PCB แบบแข็ง รวมถึงชั้นและวัสดุกาวที่แข็งและยืดหยุ่น เมื่อพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น ความแข็งแกร่ง ความยืดหยุ่น ความต้านทานความร้อน และต้นทุน ผู้ผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สามารถเลือกวัสดุที่เหมาะสมตามความต้องการใช้งานเฉพาะของตนได้ ไม่ว่าจะเป็น FR4 สำหรับชั้นแข็ง โพลีอิไมด์สำหรับชั้นที่ยืดหยุ่น หรืออีพอกซีสำหรับการยึดติด วัสดุแต่ละชนิดมีบทบาทในการรับประกันความทนทานและการทำงานของ PCB แบบแข็งในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบันมีบทบาทสำคัญ