2025-07-25
ภาพที่ได้รับอนุญาตจากลูกค้า
PCB แบบ Flex-rigid—เป็นการผสมผสานความทนทานของบอร์ดแข็งเข้ากับความยืดหยุ่นของวงจรแบบ flex—มีความจำเป็นอย่างยิ่งในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ตั้งแต่สมาร์ทโฟนแบบพับได้ไปจนถึงอุปกรณ์ทางการแพทย์ อย่างไรก็ตาม การออกแบบและกระบวนการผลิตที่ซับซ้อนมักมาพร้อมกับต้นทุนที่สูง ทำให้การเพิ่มประสิทธิภาพด้านต้นทุนเป็นสิ่งสำคัญอันดับต้นๆ สำหรับวิศวกรและทีมจัดซื้อข่าวดีคือ? ทางเลือกเชิงกลยุทธ์ในการออกแบบ วัสดุ และการผลิตสามารถลดต้นทุนได้ 20–30% โดยไม่ลดทอนประสิทธิภาพหรือความน่าเชื่อถือ นี่คือแนวทางโดยละเอียดในการบรรลุสมดุลนี้
หลักการสำคัญของการเพิ่มประสิทธิภาพด้านต้นทุนสำหรับ PCB แบบ Flex-Rigid
ก่อนที่จะเจาะลึกกลยุทธ์ สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจความท้าทายหลัก: PCB แบบ flex-rigid ต้องมีการรวมวัสดุแข็ง (เช่น FR-4) และวัสดุที่ยืดหยุ่น (เช่น โพลีอิไมด์) เข้าด้วยกันอย่างราบรื่น การเคลือบผิวที่แม่นยำ และการตรวจสอบคุณภาพอย่างเข้มงวด การเพิ่มประสิทธิภาพด้านต้นทุนในที่นี้ไม่ได้เกี่ยวกับการลดต้นทุน—แต่เกี่ยวกับการกำจัดของเสีย การใช้ประโยชน์จากประสิทธิภาพ และการปรับการออกแบบให้สอดคล้องกับความสามารถในการผลิต
1. การออกแบบเพื่อการผลิต (DFM): พื้นฐานของการประหยัดต้นทุน
PCB แบบ flex-rigid ที่ออกแบบมาไม่ดีนำไปสู่การทำงานซ้ำ เศษวัสดุ และต้นทุนการผลิตที่สูงขึ้น DFM—การออกแบบโดยคำนึงถึงการผลิต—แก้ไขปัญหานี้โดยการลดความซับซ้อนของการผลิตโดยไม่กระทบต่อการทำงาน
ลดความซับซ้อนของชั้นวาง
แต่ละชั้นเพิ่มเติมใน PCB แบบ flex-rigid จะเพิ่มต้นทุนวัสดุ เวลาในการเคลือบผิว และความซับซ้อน แอปพลิเคชันส่วนใหญ่ไม่ต้องการมากกว่า 6–8 ชั้น
| จำนวนชั้น | ต้นทุนที่เพิ่มขึ้น (เทียบกับ 4 ชั้น) | กรณีการใช้งานทั่วไป |
|---|---|---|
| 4 ชั้น | ต้นทุนพื้นฐาน | อุปกรณ์สวมใส่พื้นฐาน เซ็นเซอร์อย่างง่าย |
| 6 ชั้น | +30% | อุปกรณ์ทางการแพทย์ระดับกลาง, ECUs ยานยนต์ |
| 8+ ชั้น | +60–80% | ความซับซ้อนสูงด้านการบินและอวกาศ, โมดูล 5G |
การดำเนินการ: ใช้เครื่องมือจำลอง (เช่น Altium Designer) เพื่อตรวจสอบว่าการออกแบบ 4 ชั้นสามารถตอบสนองความต้องการด้านสัญญาณและพลังงานของคุณได้หรือไม่ ก่อนที่จะเลือกใช้ชั้นที่มากขึ้น
ปรับปรุงเลย์เอาต์ของ Via และ Trace
a.Vias: Microvias (6–10 mils) มีค่าใช้จ่ายมากกว่า vias มาตรฐาน (12–20 mils) 2 เท่า ใช้ vias มาตรฐานเมื่อเป็นไปได้ และจำกัด microvias ให้ใช้เฉพาะในพื้นที่ที่มีความหนาแน่นสูง (เช่น แผ่น BGA)
b.ความกว้าง/ระยะห่างของ Trace: ระยะห่างที่แคบกว่า (≤3 mils) ต้องใช้การกัดที่แม่นยำมากขึ้น ซึ่งจะเพิ่มต้นทุน ใช้ระยะห่าง 4–5 mil สำหรับร่องรอยที่ไม่สำคัญ
c.พื้นที่โค้งงอ: หลีกเลี่ยง vias หรือส่วนประกอบในบานพับแบบยืดหยุ่น—ซึ่งจะเพิ่มความเสี่ยงต่อความล้มเหลวและต้นทุนการทำงานซ้ำ รักษาระยะ “พื้นที่ว่าง” 5 มม. รอบๆ การโค้งงอ
กำหนดมาตรฐานรูปร่างและขนาด
PCB ที่มีรูปร่างแปลกๆ (เช่น วงกลม ไม่สม่ำเสมอ) จะทำให้เสียพื้นที่แผงวงจรและเพิ่มเศษวัสดุ การใช้การออกแบบสี่เหลี่ยมหรือสี่เหลี่ยมจัตุรัสที่มีขนาดมาตรฐาน (เช่น 100 มม. × 150 มม.) จะช่วยปรับปรุงการใช้แผงวงจรได้ 20–30%
ตัวอย่าง: บริษัทอุปกรณ์ทางการแพทย์ได้ออกแบบ PCB แบบ flex-rigid ที่มีรูปร่างไม่สม่ำเสมอใหม่เป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้ามาตรฐาน ลดเศษวัสดุจาก 15% เป็น 5% และลดต้นทุนต่อหน่วยลง 1.20 ดอลลาร์
2. การเลือกวัสดุ: การสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและต้นทุน
PCB แบบ Flex-rigid ใช้วัสดุสองประเภท—ซับสเตรตแข็งสำหรับการติดตั้งส่วนประกอบ และซับสเตรตแบบยืดหยุ่นสำหรับบานพับ ทางเลือกเชิงกลยุทธ์ในที่นี้จะให้การประหยัดที่สำคัญ
ซับสเตรตแข็ง: เลือกอย่างชาญฉลาด
a.FR-4 (Tg 140–170°C): เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันส่วนใหญ่ (อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ยานยนต์) มีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าลามิเนตประสิทธิภาพสูง เช่น Rogers 30–50%
b.CEM-3: ทางเลือกที่คุ้มค่าสำหรับ FR-4 สำหรับแอปพลิเคชันที่มีความร้อนต่ำ (เช่น เซ็นเซอร์ IoT) ประหยัด ~20% ของต้นทุนวัสดุ
c.หลีกเลี่ยงการออกแบบที่มากเกินไป: FR-4 ที่มี Tg สูง (Tg >170°C) หรือลามิเนต Rogers จำเป็นสำหรับอุณหภูมิที่สูงมากเท่านั้น (เช่น ใต้ฝากระโปรงรถยนต์) สำหรับการออกแบบส่วนใหญ่ FR-4 มาตรฐานก็เพียงพอแล้ว
ซับสเตรตแบบยืดหยุ่น: โพลีอิไมด์เทียบกับทางเลือกอื่น
โพลีอิไมด์เป็นมาตรฐานทองคำสำหรับชั้นที่ยืดหยุ่น แต่ไม่จำเป็นเสมอไป:
| ซับสเตรตแบบยืดหยุ่น | ต้นทุน (ต่อ ตร. ฟุต) | อุณหภูมิสูงสุด | เหมาะสำหรับ |
|---|---|---|---|
| โพลีอิไมด์ | $15–$20 | -269°C ถึง 300°C | อุปกรณ์ฝังทางการแพทย์, การบินและอวกาศ |
| โพลีเอสเตอร์ | $8–$12 | -40°C ถึง 120°C | อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค (เช่น สายรัดข้อมือสมาร์ทวอทช์) |
การประหยัด: การใช้โพลีเอสเตอร์สำหรับส่วนที่ยืดหยุ่นที่ไม่สำคัญ (เช่น สายรัดข้อมือ) จะช่วยลดต้นทุนวัสดุแบบ flex ลง 40%
ผิวสำเร็จ: ให้ความสำคัญกับฟังก์ชันการทำงานมากกว่าพรีเมียม
a.HASL (Hot Air Solder Leveling): มีค่าใช้จ่ายน้อยกว่า ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) 50% และใช้งานได้กับส่วนประกอบแบบ through-hole และ SMT ส่วนใหญ่
b.ENIG: จำเป็นสำหรับ BGAs ที่มีระยะพิทช์ละเอียด (≤0.4 มม. pitch) หรือแอปพลิเคชันที่มีความน่าเชื่อถือสูง (เช่น เครื่องกระตุ้นหัวใจ)
c.Immersion Silver: เป็นทางสายกลาง—มีค่าใช้จ่ายน้อยกว่า ENIG 20% และให้ความสามารถในการบัดกรีที่ดีกว่า HASL สำหรับส่วนประกอบที่มีระยะพิทช์ปานกลาง
น้ำหนักทองแดง: ปรับขนาดให้เหมาะสมกับความต้องการในปัจจุบัน
ทองแดงที่หนากว่า (≥3 ออนซ์) จะเพิ่มต้นทุนวัสดุและทำให้การกัดร่องรอยละเอียดขึ้น ทำดังนี้:
a.ทองแดง 1 ออนซ์สำหรับร่องรอยสัญญาณ (ทั่วไปที่สุด)
b.ทองแดง 2 ออนซ์สำหรับร่องรอยพลังงาน (หากกระแสไฟ >5A)
c.3 ออนซ์+ สำหรับแอปพลิเคชันกำลังสูงเท่านั้น (เช่น เครื่องชาร์จ EV)
การประหยัด: การลดจากทองแดง 2 ออนซ์เป็น 1 ออนซ์ช่วยลดต้นทุนวัสดุลง ~15% สำหรับการสั่งซื้อจำนวนมาก
3. ประสิทธิภาพกระบวนการผลิต: ลดของเสียและเพิ่มความเร็วในการผลิต
แม้แต่การออกแบบที่ดีที่สุดก็อาจมีต้นทุนสูงหากการผลิตไม่ได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสม กลยุทธ์กระบวนการเหล่านี้ขับเคลื่อนประสิทธิภาพ:
การจัดแผงวงจร: เพิ่มการใช้วัสดุให้สูงสุด
การจัดแผงวงจร—การจัดเรียง PCB หลายตัวบนแผงวงจรขนาดใหญ่เดียว—ช่วยลดต้นทุนต่อหน่วยโดยใช้ประโยชน์จากขนาดเศรษฐกิจ
| ปริมาณการสั่งซื้อ | ต้นทุนต่อหน่วย (PCB แบบ Flex-Rigid) | การประหยัดเมื่อเทียบกับชุดเล็ก |
|---|---|---|
| 10–50 หน่วย | $25–$35 | ไม่มี |
| 100–500 หน่วย | $18–$22 | 25–30% |
| 1,000+ หน่วย | $12–$15 | 40–50% |
เคล็ดลับ: ใช้ซอฟต์แวร์การจัดแผงวงจร (เช่น PCB Panelizer) เพื่อจัดเรียงการออกแบบโดยมีช่องว่างน้อยที่สุด ลดเศษวัสดุจาก 10% เป็น<5%.
ระบบอัตโนมัติ: ลดต้นทุนแรงงานและปรับปรุงความสอดคล้อง
กระบวนการด้วยตนเอง (เช่น การบัดกรีด้วยมือ การตรวจสอบด้วยสายตา) ช้าและมีข้อผิดพลาด ระบบอัตโนมัติช่วยลดต้นทุน:
a.การตรวจสอบด้วยแสงอัตโนมัติ (AOI): ลดเวลาในการตรวจสอบลง 70% และลดข้อผิดพลาดของมนุษย์ ลดต้นทุนการทำงานซ้ำลง 25%
b.การเจาะด้วยเลเซอร์: เร็วกว่าและแม่นยำกว่าการเจาะด้วยเครื่องจักรสำหรับ microvias ลดต้นทุนต่อรูลง 30%
c.การบัดกรีด้วยหุ่นยนต์: ช่วยให้มั่นใจได้ถึงข้อต่อบัดกรีที่สม่ำเสมอ ลดอัตราข้อบกพร่องจาก 5% เป็น<1% สำหรับการทำงานปริมาณมาก
การปรับปรุงผลผลิต: ลดเศษวัสดุและการทำงานซ้ำ
การเพิ่มขึ้นของผลผลิต 5% (จาก 90% เป็น 95%) สามารถลดต้นทุนต่อหน่วยลง 10% โดยการลดของเสีย ขั้นตอนสำคัญ:
a.การทดสอบในกระบวนการ: ใช้เครื่องทดสอบโพรบแบบบินเพื่อตรวจจับไฟฟ้าลัดวงจรหรือร่องรอยเปิดตั้งแต่เนิ่นๆ ก่อนการเคลือบผิว
b.การกำหนดค่าความร้อน: ปรับอุณหภูมิการบัดกรีแบบรีโฟลว์ให้เหมาะสมเพื่อป้องกันการหลุดลอกในข้อต่อแบบ flex-rigid
c.การตรวจสอบซัพพลายเออร์: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าซัพพลายเออร์วัสดุ (เช่น ลามิเนต ทองแดง) เป็นไปตามมาตรฐานคุณภาพที่เข้มงวดเพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวของชุดงาน
4. ร่วมมือกับผู้ผลิตที่เหมาะสม: ใช้ประโยชน์จากความเชี่ยวชาญและขนาด
พันธมิตรด้านการผลิตของคุณสามารถสร้างหรือทำลายการเพิ่มประสิทธิภาพด้านต้นทุนได้ เลือกผู้ที่มี:
ส่วนลดปริมาณ
ผู้ผลิตส่วนใหญ่เสนอราคาแบบแบ่งระดับสำหรับการสั่งซื้อจำนวนมาก:
| ปริมาณการสั่งซื้อ | ต้นทุนต่อหน่วย (PCB แบบ Flex-Rigid) | การประหยัดเมื่อเทียบกับชุดเล็ก |
|---|---|---|
| 10–50 หน่วย | $25–$35 | ไม่มี |
| 100–500 หน่วย | $18–$22 | 25–30% |
| 1,000+ หน่วย | $12–$15 | 40–50% |
กลยุทธ์: รวมคำสั่งซื้อสำหรับการออกแบบที่คล้ายกันเพื่อให้ได้ระดับปริมาณที่สูงขึ้น แม้ว่าการจัดส่งจะเหลื่อมกันก็ตาม
การสนับสนุนด้านการออกแบบ
ผู้ผลิตที่มีผู้เชี่ยวชาญ DFM ภายในองค์กรสามารถระบุโอกาสในการประหยัดต้นทุนที่คุณอาจพลาด:
a.แนะนำการลดชั้นโดยไม่สูญเสียประสิทธิภาพ
b.การเปลี่ยนวัสดุพรีเมียมด้วยทางเลือกที่คุ้มค่า
c.การปรับเลย์เอาต์แผงวงจรให้เหมาะสมเพื่อประสิทธิภาพสูงสุด
ตัวอย่าง: บริษัทโทรคมนาคมทำงานร่วมกับผู้ผลิตเพื่อออกแบบ PCB แบบ flex-rigid 6 ชั้นใหม่เป็นบอร์ด 4 ชั้น ลดต้นทุนลง 28% ในขณะที่รักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณ
การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว
การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว (3–5 วัน) ช่วยให้คุณทดสอบการออกแบบได้ตั้งแต่เนิ่นๆ หลีกเลี่ยงการทำงานซ้ำที่มีค่าใช้จ่ายสูงในการผลิตจำนวนมาก มองหาผู้ผลิตที่เสนอ:
a.การทำงานต้นทุนต่ำ (1–10 หน่วย)
b.ข้อเสนอแนะเกี่ยวกับข้อบกพร่องในการออกแบบ (เช่น ระยะห่างของร่องรอยที่แคบเกินไป) ก่อนปรับขนาด
5. การควบคุมคุณภาพ: หลีกเลี่ยงต้นทุนแฝงของความน่าเชื่อถือที่ไม่ดี
การลดต้นทุนไม่ควรหมายถึงการข้ามการตรวจสอบคุณภาพ—PCB ที่มีข้อบกพร่องนำไปสู่การเรียกคืน การทำงานซ้ำ และการสูญเสียความไว้วางใจที่แพงมหาศาล เน้นที่:
การตรวจสอบในกระบวนการ
ตรวจสอบขั้นตอนสำคัญ (การเคลือบผิว การกัด การชุบ via) เพื่อตรวจจับปัญหาตั้งแต่เนิ่นๆ:
a.การตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์: ตรวจสอบคุณภาพการชุบ via ในชั้นใน ป้องกันความล้มเหลวที่ซ่อนอยู่
b.การทดสอบแบบ flex แบบไดนามิก: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าบานพับแบบยืดหยุ่นทนต่อการโค้งงอมากกว่า 10,000 ครั้งโดยไม่มีรอยร้าว
การปฏิบัติตามมาตรฐาน
การปฏิบัติตามมาตรฐาน IPC (เช่น IPC-6013 สำหรับ PCB แบบ flex) ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความสอดคล้องและลดความเสี่ยงต่อความล้มเหลว บอร์ดที่ไม่เป็นไปตามข้อกำหนดมักต้องมีการทำงานซ้ำ ซึ่งจะลบการประหยัดต้นทุน
กรณีศึกษา: การลดต้นทุน 30% ใน PCB อุปกรณ์ทางการแพทย์
ผู้ผลิตโพรบอัลตราซาวนด์แบบพกพามีเป้าหมายที่จะลดต้นทุนสำหรับ PCB แบบ flex-rigid ของพวกเขา กลยุทธ์ของพวกเขา:
1.การออกแบบ: ลดชั้นจาก 6 เป็น 4 โดยใช้การวิเคราะห์ DFM
2.วัสดุ: เปลี่ยนจาก ENIG เป็น immersion silver สำหรับแผ่นที่ไม่สำคัญ
3.การผลิต: เพิ่มขนาดแผงวงจรจาก 300 มม.×400 มม. เป็น 450 มม.×600 มม.
ผลลัพธ์: ต้นทุนต่อหน่วยลดลงจาก 42 ดอลลาร์เป็น 29 ดอลลาร์ (ลดลง 31%) โดยไม่มีผลกระทบต่อประสิทธิภาพหรือความน่าเชื่อถือ
คำถามที่พบบ่อย
ถาม: อะไรคือตัวขับเคลื่อนต้นทุนที่ใหญ่ที่สุดในการผลิต PCB แบบ flex-rigid?
ตอบ: จำนวนชั้น—แต่ละชั้นเพิ่มเติมจะเพิ่มต้นทุนวัสดุและการเคลือบผิว การลดความซับซ้อนของชั้นวางเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการลดต้นทุน
ถาม: ฉันสามารถใช้โพลีเอสเตอร์แทนโพลีอิไมด์สำหรับส่วนที่ยืดหยุ่นทั้งหมดได้หรือไม่
ตอบ: ไม่—โพลีเอสเตอร์ใช้ได้กับแอปพลิเคชันที่มีอุณหภูมิต่ำและไม่สำคัญ (เช่น อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค) สำหรับอุณหภูมิสูงหรือความน่าเชื่อถือ (เช่น อุปกรณ์ฝังทางการแพทย์) จำเป็นต้องใช้โพลีอิไมด์
ถาม: ส่วนลดปริมาณทำงานอย่างไรสำหรับ PCB แบบ flex-rigid?
ตอบ: ผู้ผลิตเสนอต้นทุนต่อหน่วยที่ต่ำกว่าสำหรับการสั่งซื้อจำนวนมาก (1,000+ หน่วย) เนื่องจากต้นทุนการตั้งค่าและวัสดุจะกระจายไปทั่วบอร์ดมากขึ้น การรวมการออกแบบที่คล้ายกันสามารถช่วยให้ได้ระดับปริมาณ
บทสรุป
การเพิ่มประสิทธิภาพด้านต้นทุนสำหรับ PCB แบบ flex-rigid เป็นการสร้างสมดุล—โดยเน้นที่ความเรียบง่ายในการออกแบบ ประสิทธิภาพของวัสดุ ขนาดการผลิต และความร่วมมือด้านคุณภาพ ด้วยการรวมกลยุทธ์เหล่านี้ คุณสามารถประหยัดได้อย่างมากในขณะที่ส่งมอบ PCB ที่ตรงตามความต้องการด้านประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือ
โปรดจำไว้ว่า: เป้าหมายไม่ใช่การหาตัวเลือกที่ถูกที่สุด แต่เพื่อกำจัดของเสียและปรับทุกทางเลือกให้สอดคล้องกับความต้องการที่แท้จริงของแอปพลิเคชันของคุณ ด้วยแนวทางที่ถูกต้อง การประหยัดต้นทุนและคุณภาพสามารถไปด้วยกันได้
ส่งข้อสอบของคุณตรงมาหาเรา
