ข้อดีสําคัญของ PCBs หนาแน่น-ยืดหยุ่น: ทําไมมันจึงเปลี่ยนอิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัย

PCB แบบ Rigid-flex แสดงถึงนวัตกรรมแบบไฮบริดในเทคโนโลยีแผงวงจร โดยผสานรวมสิ่งที่ดีที่สุดของ PCB แบบ Rigid และ PCB แบบ Flexible เข้าด้วยกันเป็นโซลูชันเดียวที่ผสานรวมกัน ซึ่งแตกต่างจากบอร์ดแบบ Rigid ทั่วไป ซึ่งจำกัดด้วยรูปทรงที่ตายตัว และวงจร Flex แบบสแตนด์อโลน ซึ่งจำกัดในด้านความหนาแน่นของส่วนประกอบ การออกแบบ Rigid-flex จะรวมส่วน Rigid (สำหรับติดตั้งส่วนประกอบ) เข้ากับบานพับแบบ Flexible (สำหรับการงอและการเคลื่อนไหว) โครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์นี้ทำให้ PCB แบบ Rigid-flex เป็นสิ่งจำเป็นในอุตสาหกรรมต่างๆ ตั้งแต่อากาศยานไปจนถึงอุปกรณ์สวมใส่ ซึ่งพื้นที่ น้ำหนัก และความน่าเชื่อถือมีความสำคัญ

ในคู่มือฉบับสมบูรณ์นี้ เราจะสำรวจข้อดีหลักของ PCB แบบ Rigid-flex วิธีที่ PCB เหล่านี้ทำได้ดีกว่าทางเลือกแบบเดิมๆ และเหตุใด PCB เหล่านี้จึงกลายเป็นตัวเลือกสำหรับงานออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ล้ำสมัย ตั้งแต่การลดความซับซ้อนในการประกอบไปจนถึงการเพิ่มความทนทานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง PCB แบบ Rigid-flex มอบประโยชน์มากมายที่สอดคล้องกับความต้องการของเทคโนโลยีสมัยใหม่

ประเด็นสำคัญ
  1. PCB แบบ Rigid-flex ช่วยลดจำนวนส่วนประกอบลง 30–50% เมื่อเทียบกับ PCB แบบ Rigid พร้อมชุดสายไฟ ซึ่งช่วยลดอัตราความล้มเหลวลง 40% ในการใช้งานที่เกิดการสั่นสะเทือน
  2. การออกแบบแบบไฮบริดช่วยลดน้ำหนักลง 20–40% และประหยัดพื้นที่ได้มากถึง 50% ในอุปกรณ์ขนาดกะทัดรัด เช่น โทรศัพท์แบบพับได้และอุปกรณ์ฝังทางการแพทย์
  3. PCB แบบ Rigid-flex ทนทานต่อรอบการงอมากกว่า 10,000 รอบ (เทียบกับ 5,000 รอบสำหรับ PCB แบบ Flex แบบสแตนด์อโลน) และทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในอุณหภูมิที่สูงมาก (-55°C ถึง 125°C)
  4. แม้ว่าจะมีราคาแพงกว่า PCB แบบ Rigid 2–3 เท่าในตอนแรก แต่ PCB แบบ Rigid-flex ช่วยลดต้นทุนระบบทั้งหมดลง 15–30% โดยการกำจัดตัวเชื่อมต่อ สายเคเบิล และแรงงานในการประกอบ

PCB แบบ Rigid-flex คืออะไร
PCB แบบ Rigid-flex คือแผงวงจรคอมโพสิตที่ประกอบด้วยชั้นย่อยของโพลีอิไมด์แบบ Flexible หลายชั้นที่เชื่อมติดกับส่วน Rigid FR4 หรือส่วนแกนโลหะ ส่วน Flexible (โดยทั่วไปหนา 0.1–0.3 มม.) ทำหน้าที่เป็นบานพับ ทำให้บอร์ดสามารถงอ บิด หรือพับได้ ในขณะที่ส่วน Rigid (หนา 0.8–2.0 มม.) ให้แพลตฟอร์มที่มั่นคงสำหรับการติดตั้งส่วนประกอบต่างๆ เช่น IC, ตัวเชื่อมต่อ และส่วนประกอบแบบ Passive

โครงสร้างหลัก
   a. ชั้น Flexible: ทำจากโพลีอิไมด์ (PI) พร้อมร่องรอยทองแดงขนาด ½–1 ออนซ์ ชั้นเหล่านี้ช่วยให้สามารถโค้งงอได้เล็กถึง 1 เท่าของความหนา (เช่น รัศมี 0.1 มม. สำหรับชั้น Flex หนา 0.1 มม.)
   b. ส่วน Rigid: เสริมด้วยแกน FR4 หรืออะลูมิเนียม พื้นที่เหล่านี้รองรับส่วนประกอบแบบติดตั้งบนพื้นผิว (SMT) และแบบ Through-hole โดยมีน้ำหนักทองแดงสูงถึง 3 ออนซ์สำหรับเส้นทางกระแสไฟสูง
   c. กาวและ Coverlayer: กาวอีพ็อกซีหรืออะคริลิกบางๆ จะเชื่อมชั้น Rigid และ Flex เข้าด้วยกัน ในขณะที่ Coverlayer โพลีอิไมด์จะปกป้องร่องรอย Flex จากการขัดถูและความชื้น
การออกแบบนี้สร้างวงจรเดียวที่ต่อเนื่องกัน ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการใช้ตัวเชื่อมต่อ สายไฟ หรือสายเคเบิล ซึ่งเป็นจุดที่เกิดความล้มเหลวทั่วไปในการประกอบแบบเดิมๆ

PCB แบบ Rigid-flex เปรียบเทียบกับทางเลือกอื่นๆ อย่างไร
เพื่อให้เข้าใจถึงข้อดีของ PCB แบบ Rigid-flex สิ่งสำคัญคือต้องเปรียบเทียบ PCB เหล่านี้กับ PCB แบบ Rigid (รูปทรงคงที่) และ PCB แบบ Flex แบบสแตนด์อโลน (ยืดหยุ่นได้อย่างเต็มที่)

ข้อได้เปรียบหลัก 1: การประหยัดพื้นที่และน้ำหนัก
ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ซึ่งอุปกรณ์มีขนาดเล็กลงในขณะที่บรรจุฟังก์ชันการทำงานมากขึ้น พื้นที่และน้ำหนักจึงเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง PCB แบบ Rigid-flex มอบข้อได้เปรียบที่สำคัญในทั้งสองด้าน
ประสิทธิภาพด้านพื้นที่
การประกอบ PCB แบบ Rigid แบบเดิมๆ อาศัยตัวเชื่อมต่อ สายเคเบิลแบบแบน หรือชุดสายไฟเพื่อเชื่อมต่อบอร์ดแยกกัน ซึ่งใช้พื้นที่ที่มีค่า ตัวอย่างเช่น:
    จอภาพทางการแพทย์ที่ใช้ PCB แบบ Rigid สามตัวที่เชื่อมต่อกันด้วยสายเคเบิลต้องใช้ปริมาตรมากกว่าการออกแบบ Rigid-flex แบบเดียวที่มีบานพับ Flex ในตัวถึง 50%
    สมาร์ทโฟนแบบพับได้ (เช่น Samsung Galaxy Z Fold) ใช้ PCB แบบ Rigid-flex เพื่อใส่จอแสดงผลขนาด 7 นิ้วลงในรูปแบบขนาด 4 นิ้ว โดยมีบานพับ Flex ที่ช่วยลดความจำเป็นในการใช้ตัวเชื่อมต่อขนาดใหญ่ระหว่างหน้าจอและตัวเครื่อง

การออกแบบ Rigid-flex ทำได้โดย:
   การแทนที่บอร์ด Rigid หลายบอร์ดด้วยวงจรเดียวที่ต่อเนื่องกัน
   อนุญาตให้มีการกำหนดเส้นทางแบบ 3 มิติ (เช่น การพันรอบรูปร่างของอุปกรณ์) ซึ่ง PCB แบบ Rigid ไม่สามารถทำได้
   การกำจัดพื้นที่การจัดการสายเคเบิล (มากถึง 30% ของปริมาตรภายในของอุปกรณ์)

การลดน้ำหนัก
น้ำหนักเป็นสิ่งสำคัญในอุตสาหกรรมอากาศยาน ยานยนต์ และอุปกรณ์พกพา PCB แบบ Rigid-flex ช่วยลดน้ำหนักโดย:
   การถอดตัวเชื่อมต่อ สายเคเบิล และตัวยึด (ซึ่งเพิ่มน้ำหนักรวม 20–40% ในการประกอบแบบ Rigid)
   การใช้โพลีอิไมด์น้ำหนักเบา (ความหนาแน่น: 1.4g/cm³) แทน FR4 (1.8g/cm³) สำหรับส่วน Flex
ตัวอย่างในโลกแห่งความเป็นจริง: อุปกรณ์บรรทุกดาวเทียมที่ใช้ PCB แบบ Rigid-flex ช่วยลดน้ำหนักลง 35% เมื่อเทียบกับการออกแบบ PCB แบบ Rigid + สายเคเบิล ซึ่งช่วยลดต้นทุนการเปิดตัวลง (10,000+ (เนื่องจากต้นทุนการเปิดตัวอยู่ที่ ~)1,000 ต่อปอนด์)

ข้อได้เปรียบหลัก 2: ความน่าเชื่อถือและความทนทานที่เพิ่มขึ้น
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งอุปกรณ์ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ต้องการความน่าเชื่อถือที่แข็งแกร่ง PCB แบบ Rigid-flex ทำได้ดีกว่าทางเลือกอื่นๆ โดยการลดจุดที่เกิดความล้มเหลวและทนทานต่อสภาวะที่รุนแรง
จุดที่เกิดความล้มเหลวน้อยลง
   ตัวเชื่อมต่อและสายเคเบิลเป็นจุดอ่อนที่สุดในการประกอบแบบเดิมๆ:
   หมุดตัวเชื่อมต่อกัดกร่อนหรือหลวม ทำให้เกิดการเชื่อมต่อเป็นระยะๆ
   สายเคเบิลเมื่อยล้าและขาดหลังจากงอซ้ำๆ (เช่น ในบานพับแล็ปท็อป)

การสั่นสะเทือน (ทั่วไปในยานยนต์และอากาศยาน) อาจทำให้ตัวเชื่อมต่อหลุดออกทั้งหมด
   PCB แบบ Rigid-flex ช่วยลดความเสี่ยงเหล่านี้โดยการรวมวงจรทั้งหมดไว้ในบอร์ดเดียว การศึกษาแสดงให้เห็นว่า:
   การออกแบบ Rigid-flex ช่วยลดความล้มเหลวในภาคสนามลง 40% ในเซ็นเซอร์ยานยนต์ (เทียบกับ PCB แบบ Rigid พร้อมสายไฟ)

อุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ใช้ PCB แบบ Rigid-flex มีการเรียกร้องการรับประกันน้อยกว่าอุปกรณ์ที่มีสาย Flex 30%

ความทนทานต่อสภาวะที่รุนแรง
PCB แบบ Rigid-flex ทำงานได้ดีในสภาพแวดล้อมที่เน้นบอร์ดแบบเดิมๆ:
   อุณหภูมิที่สูงมาก: ชั้น Flex โพลีอิไมด์ทำงานตั้งแต่ -55°C ถึง 125°C (รุ่นเกรดทหารสูงถึง 200°C) ซึ่งทำได้ดีกว่าสายเคเบิลที่หุ้มฉนวน PVC (จำกัดที่ 80°C)
   ความชื้นและสารเคมี: Coverlayer และกาวทนต่อน้ำ น้ำมัน และตัวทำละลาย ซึ่งมีความสำคัญสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ใต้ฝากระโปรงหรือเซ็นเซอร์อุตสาหกรรม
   การสั่นสะเทือนและการกระแทก: การออกแบบชิ้นเดียวทนทานต่อการสั่นสะเทือน 20G (MIL-STD-883H) และการกระแทก 100G ทำให้เหมาะสำหรับโดรนและเครื่องจักรกลหนัก
ข้อมูลการทดสอบ: ในการทดสอบอายุการใช้งานแบบเร่ง PCB แบบ Rigid-flex รอดพ้นจากรอบการ Flex มากกว่า 10,000 รอบที่ 125°C โดยไม่มีรอยร้าว ในขณะที่ PCB แบบ Flex แบบสแตนด์อโลนล้มเหลวที่ 5,000 รอบเนื่องจากการเมื่อยล้า

ข้อได้เปรียบหลัก 3: การประกอบที่ง่ายขึ้นและต้นทุนแรงงานที่ต่ำลง
การประกอบแบบหลายบอร์ดแบบเดิมๆ ต้องใช้ขั้นตอนที่ใช้เวลานาน: การบัดกรีตัวเชื่อมต่อ การกำหนดเส้นทางสายเคเบิล และการยึดตัวยึด PCB แบบ Rigid-flex ช่วยปรับปรุงการผลิต ลดต้นทุนแรงงาน และลดข้อผิดพลาด

ขั้นตอนการประกอบที่ลดลง
การประกอบ PCB แบบ Rigid ทั่วไปที่มีสามบอร์ดต้องใช้:
1. ใส่ส่วนประกอบลงในแต่ละบอร์ด
2. บัดกรีตัวเชื่อมต่อเข้ากับแต่ละบอร์ด
3. กำหนดเส้นทางและยึดสายเคเบิลระหว่างบอร์ด
4. ทดสอบการเชื่อมต่อแต่ละครั้งเพื่อความต่อเนื่อง

PCB แบบ Rigid-flex ที่เทียบเท่าจะรวมสิ่งนี้ไว้ใน:
1. ใส่ส่วนประกอบลงในบอร์ด Rigid-flex เดียว
2. การทดสอบการทำงานขั้นสุดท้าย
สิ่งนี้ช่วยลดเวลาในการประกอบลง 30–50% ลดต้นทุนแรงงานลง (0.50–)2.00 ต่อหน่วยในการผลิตจำนวนมาก (เช่น สมาร์ทโฟน อุปกรณ์สวมใส่)

ข้อผิดพลาดของมนุษย์น้อยลง
การประกอบด้วยตนเองทำให้เกิดความเสี่ยง: ตัวเชื่อมต่อไม่ตรงแนว สายเคเบิลกลับด้าน หรือตัวยึดหลวม PCB แบบ Rigid-flex ช่วยลดสิ่งเหล่านี้โดย:
   ตรวจสอบให้แน่ใจว่าวงจรทั้งหมดถูกจัดแนวไว้ล่วงหน้าระหว่างการผลิต
   ลดความจำเป็นในการกำหนดเส้นทางสายเคเบิลด้วยตนเอง
กรณีศึกษา: ผู้ผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคเปลี่ยนไปใช้ PCB แบบ Rigid-flex สำหรับสมาร์ทวอทช์ ช่วยลดข้อผิดพลาดในการประกอบลง 60% และลดต้นทุนการทำงานซ้ำลง 150,000 ดอลลาร์ต่อปี

ข้อได้เปรียบหลัก 4: ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ดีขึ้น
ในการใช้งานความเร็วสูงและความถี่สูง ความสมบูรณ์ของสัญญาณมีความสำคัญ PCB แบบ Rigid-flex ช่วยลดการสูญเสียสัญญาณและการรบกวนได้ดีกว่าการประกอบด้วยสายเคเบิลหรือตัวเชื่อมต่อ

การลดความล่าช้าและการสูญเสียสัญญาณ
สายเคเบิลและตัวเชื่อมต่อแนะนำ:
   ความไม่ตรงกันของอิมพีแดนซ์: สายเคเบิลมีอิมพีแดนซ์ที่แตกต่างจาก PCB ทำให้เกิดการสะท้อนสัญญาณ
   ความล่าช้าในการขยายพันธุ์: ความยาวสายเคเบิลที่ยาวขึ้นทำให้การส่งสัญญาณช้าลง (มีความสำคัญสำหรับชิป 5G และ AI)
PCB แบบ Rigid-flex แก้ปัญหานี้โดย:
   ใช้ร่องรอยอิมพีแดนซ์ควบคุม (50Ω สำหรับ RF, 100Ω สำหรับคู่ต่าง) ในส่วน Rigid และ Flex
   ลดเส้นทางสัญญาณให้สั้นลง (ไม่มีสายเคเบิล) เพื่อลดความล่าช้า ซึ่งจำเป็นสำหรับลิงก์ข้อมูล 10Gbps+
การทดสอบ: สถานีฐาน 5G ที่ใช้ PCB แบบ Rigid-flex ทำได้ดีกว่าการสูญเสียสัญญาณ 30% ที่ 28GHz เมื่อเทียบกับการออกแบบ PCB แบบ Rigid + สายโคแอกเซียล

การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ที่ต่ำกว่า
สายเคเบิลทำหน้าที่เป็นเสาอากาศ แผ่ EMI และรับสัญญาณรบกวนจากส่วนประกอบอื่นๆ PCB แบบ Rigid-flex:
   ล้อมรอบร่องรอยในระนาบที่มีสายดิน (ทั้งชั้น Rigid และ Flex) เพื่อป้องกัน EMI
   กำจัดสายเคเบิล “เสาอากาศ” ลด EMI ลง 20–40% ในอุปกรณ์ที่ละเอียดอ่อน เช่น จอภาพทางการแพทย์

ข้อได้เปรียบหลัก 5: ความยืดหยุ่นในการออกแบบและนวัตกรรม
PCB แบบ Rigid-flex ช่วยให้สามารถออกแบบได้ซึ่งเป็นไปไม่ได้ด้วย PCB แบบ Rigid หรือ Flex แบบสแตนด์อโลน ปลดล็อกนวัตกรรมในรูปแบบและฟังก์ชันการทำงาน
การออกแบบ 3 มิติและการออกแบบ Conformal
ซึ่งแตกต่างจาก PCB แบบ Rigid (จำกัดเฉพาะเส้นโค้งแบบแบนหรือแบบง่าย) บอร์ด Rigid-flex สอดคล้องกับรูปทรง 3 มิติ:
   อุปกรณ์สวมใส่: สมาร์ทวอทช์ใช้ PCB แบบ Rigid-flex เพื่อพันรอบข้อมือ โดยมีส่วน Rigid สำหรับจอแสดงผลและแบตเตอรี่ และบานพับ Flex เพื่อความสะดวกสบาย
   เซ็นเซอร์ยานยนต์: PCB แบบ Rigid-flex เหมาะกับพื้นที่แคบๆ เช่น ช่องเครื่องยนต์ โดยมีส่วน Flex ที่กำหนดเส้นทางสัญญาณรอบส่วนประกอบทางกล
   หุ่นยนต์: แขนและข้อต่อใช้ PCB แบบ Rigid-flex เพื่อส่งพลังงานและข้อมูลข้ามส่วนที่เคลื่อนที่โดยไม่มีสายเคเบิลพันกัน

ความยืดหยุ่นที่ปรับแต่งได้
นักออกแบบสามารถปรับแต่งลักษณะ Flex ให้เหมาะกับความต้องการเฉพาะได้:
   รัศมีการโค้งงอ: เลือกระดับความหนาของชั้น Flex (0.1–0.3 มม.) เพื่อให้ได้รัศมีตั้งแต่ 0.1 มม. (พับแน่น) ถึง 5 มม. (เส้นโค้งเบาๆ)
   ทิศทาง Flex: ออกแบบความยืดหยุ่นแบบแกนเดียว (เช่น บานพับแล็ปท็อป) หรือหลายแกน (เช่น ที่จับหุ่นยนต์)
   อัตราส่วน Rigid-Flex: สมดุลพื้นที่ Rigid และ Flex เช่น 70% Rigid สำหรับส่วนประกอบ 30% Flex สำหรับการเคลื่อนไหว

ข้อได้เปรียบหลัก 6: การประหยัดต้นทุนในระยะยาว
แม้ว่า PCB แบบ Rigid-flex จะมีราคาแพงกว่า PCB แบบ Rigid 2–3 เท่าในตอนแรก แต่ต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของ (TCO) จะต่ำกว่าเนื่องจาก:
ลดต้นทุนวัสดุ
   การกำจัดตัวเชื่อมต่อ สายเคเบิล และตัวยึด (มากถึง 1.00 ดอลลาร์ต่อหน่วยในอุปกรณ์สำหรับผู้บริโภค)
   ลดจำนวน PCB ที่จำเป็น (เช่น บอร์ด Rigid-flex 1 บอร์ดเทียบกับบอร์ด Rigid 3 บอร์ด)
ต้นทุนการรับประกันและการซ่อมแซมที่ต่ำกว่า
   ความล้มเหลวในภาคสนามน้อยลง (ลดลง 40% เมื่อเทียบกับการออกแบบ Rigid + สายเคเบิล) ลดการเรียกร้องการรับประกัน
   การซ่อมแซมที่ง่ายขึ้น: บอร์ด Rigid-flex เดียวง่ายต่อการเปลี่ยนมากกว่าการประกอบที่ซับซ้อนของบอร์ด Rigid และสายเคเบิล

ความสามารถในการปรับขนาดปริมาณมาก
ที่ปริมาณ >10,000 หน่วย ต้นทุน PCB แบบ Rigid-flex จะลดลงอย่างมากเนื่องจาก:
   การใช้เครื่องมือร่วมกันสำหรับชั้น Flex และ Rigid
   กระบวนการประกอบอัตโนมัติ (เช่น SMT ในส่วน Rigid)
ตัวอย่าง: ผู้ผลิตสมาร์ทโฟนที่ผลิต 1 ล้านหน่วยต่อปีพบว่า PCB แบบ Rigid-flex แม้ว่าจะมีต้นทุนต่อหน่วยที่สูงกว่า แต่ช่วยลด TCO ลง 15% โดยการกำจัดตัวเชื่อมต่อและแรงงานในการประกอบ

การใช้งาน: ที่ PCB แบบ Rigid-flex โดดเด่น
PCB แบบ Rigid-flex ทำได้ดีในอุตสาหกรรมที่พื้นที่ น้ำหนัก และความน่าเชื่อถือมีความสำคัญ นี่คือกรณีการใช้งานหลัก:
1. อวกาศและการป้องกันประเทศ
   ดาวเทียมและ UAV: การประหยัดน้ำหนักและพื้นที่ช่วยลดต้นทุนการเปิดตัว วัสดุที่ทนทานต่อรังสี (เช่น โพลีอิไมด์) ทนทานต่อสภาพแวดล้อมในอวกาศที่รุนแรง
   Avionics: PCB แบบ Rigid-flex ในจอแสดงผลและเซ็นเซอร์ห้องนักบินทนทานต่อการสั่นสะเทือนและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ (-55°C ถึง 125°C)

2. อุปกรณ์ทางการแพทย์
   อุปกรณ์ฝัง: เครื่องกระตุ้นหัวใจและเครื่องกระตุ้นประสาทใช้ PCB แบบ Rigid-flex ที่เข้ากันได้ทางชีวภาพ (พื้นผิว PEEK) ที่โค้งงอตามการเคลื่อนไหวของร่างกาย
   การวินิจฉัยแบบพกพา: อุปกรณ์พกพา (เช่น เครื่องวัดระดับน้ำตาลในเลือด) ได้รับประโยชน์จากขนาดที่กะทัดรัดและความทนทาน

3. อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค
   โทรศัพท์/แท็บเล็ตแบบพับได้: บานพับ Flex เชื่อมต่อหน้าจอเข้ากับตัวเครื่อง ทำให้สามารถพับได้มากกว่า 100,000 ครั้ง (เช่น Motorola Razr, Huawei Mate X)
   อุปกรณ์สวมใส่: สมาร์ทวอทช์และตัวติดตามฟิตเนสใช้การออกแบบ Rigid-flex เพื่อสร้างสมดุลระหว่างความหนาแน่นของส่วนประกอบและความสะดวกสบาย

4. ยานยนต์
   ADAS (ระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ขั้นสูง): กล้อง เรดาร์ และโมดูล LiDAR ใช้ PCB แบบ Rigid-flex เพื่อให้พอดีกับพื้นที่แคบๆ ในขณะที่ทนทานต่อการสั่นสะเทือน
   แบตเตอรี่ EV: ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) อาศัย PCB แบบ Rigid-flex สำหรับเส้นทางกระแสไฟสูงและการตรวจจับอุณหภูมิในเซลล์

5. หุ่นยนต์อุตสาหกรรม
   แขนหุ่นยนต์: PCB แบบ Rigid-flex กำหนดเส้นทางสัญญาณและพลังงานข้ามข้อต่อ กำจัดการพันกันของสายเคเบิล และปรับปรุงความน่าเชื่อถือ
   เซ็นเซอร์: เซ็นเซอร์ IoT อุตสาหกรรมใช้การออกแบบ Rigid-flex เพื่อทนทานต่อสารเคมี ความชื้น และอุณหภูมิที่สูงมาก

การเอาชนะความเข้าใจผิดทั่วไปเกี่ยวกับ PCB แบบ Rigid-flex
แม้จะมีข้อดี แต่ PCB แบบ Rigid-flex บางครั้งก็ถูกหลีกเลี่ยงเนื่องจากตำนาน:
ตำนาน 1: “มีราคาแพงเกินไปสำหรับผลิตภัณฑ์ราคาถูก”
ความเป็นจริง: สำหรับผลิตภัณฑ์ปริมาณมาก (>10,000 หน่วย) PCB แบบ Rigid-flex มักจะลด TCO ตัวอย่างเช่น (บอร์ด Rigid-flex 2 บอร์ดอาจแทนที่) บอร์ด Rigid 1 บอร์ด + (0.50 ในตัวเชื่อมต่อ/สายเคเบิล + )0.75 ในแรงงานในการประกอบ ซึ่งช่วยประหยัด 0.25 ดอลลาร์ต่อหน่วย

ตำนาน 2: “เหมาะสำหรับงานออกแบบที่ซับซ้อนเท่านั้น”
ความเป็นจริง: แม้แต่อุปกรณ์ง่ายๆ ก็ได้รับประโยชน์ ไฟฉาย LED ที่ใช้ PCB แบบ Rigid-flex ช่วยลดตัวเชื่อมต่อ 3 ตัวและลดเวลาในการประกอบลง 40% ทำให้ต้นทุนเริ่มต้นสมเหตุสมผล

ตำนาน 3: “ผลิตและทดสอบยาก”
ความเป็นจริง: ผู้ผลิตสมัยใหม่ใช้เครื่องมืออัตโนมัติ (การตัดด้วยเลเซอร์, AOI) เพื่อผลิต PCB แบบ Rigid-flex อย่างน่าเชื่อถือ การทดสอบ (โพรบแบบบิน, การหมุนเวียนความร้อน) ได้รับการยอมรับเป็นอย่างดี โดยมีผลผลิต >95% สำหรับบอร์ดที่ออกแบบมาอย่างดี

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในการออกแบบสำหรับ PCB แบบ Rigid-flex
เพื่อให้ได้รับประโยชน์สูงสุดจาก PCB แบบ Rigid-flex ให้ปฏิบัติตามแนวทางการออกแบบเหล่านี้:
1. กำหนดโซน Flex อย่างระมัดระวัง
   เก็บโซน Flex ให้ปราศจากส่วนประกอบ หน้ากากบัดกรี และทองแดงหนา (ใช้ทองแดง ½ ออนซ์)
   รักษารัศมีการโค้งงอขั้นต่ำ 1 เท่าของความหนาของชั้น Flex (เช่น รัศมี 0.1 มม. สำหรับ Flex หนา 0.1 มม.)

2. ปรับปรุงการเปลี่ยนผ่าน Rigid-Flex
   หลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงความหนาอย่างกะทันหันระหว่างส่วน Rigid และ Flex (การเปลี่ยนผ่านแบบเรียวเพื่อลดความเครียด)
   เสริมการเปลี่ยนผ่านด้วยกาวพิเศษเพื่อป้องกันการหลุดลอก

3. สมดุลจำนวนชั้น
   ใช้ชั้น Flex 2–4 ชั้นสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ ชั้นที่มากขึ้นจะเพิ่มต้นทุนและลดความยืดหยุ่น
   จับคู่ความหนาของชั้น Rigid กับข้อกำหนดของส่วนประกอบ (เช่น 1.6 มม. สำหรับ BGAs, 0.8 มม. สำหรับส่วนประกอบแบบ Passive ขนาดเล็ก)

4. ทำงานร่วมกับผู้ผลิตตั้งแต่เนิ่นๆ
มีส่วนร่วมกับผู้ผลิต PCB ของคุณในการตรวจสอบ DFM เพื่อหลีกเลี่ยงข้อบกพร่องในการออกแบบ (เช่น ร่องรอย Flex ที่แคบเกินไป)
ระบุ IPC-2223 (มาตรฐาน PCB Flex) และ IPC-6013 (มาตรฐานประสิทธิภาพ Rigid-flex) เพื่อการประกันคุณภาพ

คำถามที่พบบ่อย
ถาม: จำนวนชั้นสูงสุดใน PCB แบบ Rigid-flex คืออะไร
ตอบ: PCB แบบ Rigid-flex เชิงพาณิชย์โดยทั่วไปมี 2–12 ชั้น แม้ว่าการออกแบบด้านการบินและอวกาศสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 20 ชั้นด้วยการผลิตแบบพิเศษ

ถาม: ส่วน Flexible สามารถบางได้แค่ไหน
ตอบ: ชั้น Flex ที่บางถึง 0.05 มม. (50μm) เป็นไปได้สำหรับอุปกรณ์ขนาดกะทัดรัดพิเศษ เช่น เครื่องช่วยฟัง แม้ว่า 0.1–0.2 มม. จะเป็นเรื่องปกติมากกว่าสำหรับความทนทาน

ถาม: PCB แบบ Rigid-flex เข้ากันได้กับการบัดกรีแบบไร้สารตะกั่วหรือไม่
ตอบ: ใช่ ชั้น Flex โพลีอิไมด์ทนต่ออุณหภูมิการรีโฟลว์แบบไร้สารตะกั่ว (245–260°C) โดยไม่เสื่อมสภาพ

ถาม: PCB แบบ Rigid-flex สามารถซ่อมแซมได้หากเสียหายหรือไม่
ตอบ: อย่างจำกัด ส่วน Flex ซ่อมแซมยาก แต่ส่วน Rigid สามารถทำงานใหม่ได้ (เช่น การเปลี่ยน BGA) โดยใช้เครื่องมือ SMT rework มาตรฐาน

ถาม: ระยะเวลารอคอยโดยทั่วไปสำหรับ PCB แบบ Rigid-flex คืออะไร

ตอบ: ระยะเวลารอคอยสำหรับ PCB แบบ Rigid-flex อยู่ระหว่าง 2–4 สัปดาห์สำหรับต้นแบบ และ 4–6 สัปดาห์สำหรับการผลิตจำนวนมาก สิ่งนี้ยาวกว่า PCB แบบ Rigid เล็กน้อย (1–2 สัปดาห์) เนื่องจากความซับซ้อนของการเชื่อมชั้น Rigid และ Flex แต่สั้นกว่าชุดสายเคเบิลแบบกำหนดเอง (6–8 สัปดาห์)

บทสรุป
PCB แบบ Rigid-flex ได้พิสูจน์ตัวเองว่าเป็นเทคโนโลยีที่เปลี่ยนแปลง โดยมอบประโยชน์ที่ไม่มีใครเทียบได้ในการประหยัดพื้นที่ ความน่าเชื่อถือ และความยืดหยุ่นในการออกแบบ ด้วยการผสานรวมความเสถียรของ PCB แบบ Rigid เข้ากับความสามารถในการปรับตัวของวงจร Flex PCB เหล่านี้จึงแก้ปัญหาที่เร่งด่วนที่สุดในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ตั้งแต่การลดขนาดอุปกรณ์ไปจนถึงการทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
แม้ว่าต้นทุนเริ่มต้นอาจดูต้องห้าม แต่การประหยัดในระยะยาวในการประกอบ วัสดุ และการเรียกร้องการรับประกันทำให้ PCB เหล่านี้เป็นตัวเลือกที่คุ้มค่าสำหรับแอปพลิเคชันจำนวนมากและแอปพลิเคชันที่สำคัญเช่นเดียวกัน ในขณะที่วิทยาศาสตร์วัสดุและเทคนิคการผลิตก้าวหน้า PCB แบบ Rigid-flex จะมีความหลากหลายมากขึ้นเท่านั้น ทำให้เกิดนวัตกรรมที่เรายังนึกภาพไม่ออก
สำหรับวิศวกรและนักออกแบบผลิตภัณฑ์ การยอมรับเทคโนโลยี Rigid-flex ไม่ใช่แค่ทางเลือกเท่านั้น แต่เป็นสิ่งจำเป็นในการแข่งขันในอุตสาหกรรมที่วัดนวัตกรรมเป็นมิลลิเมตร กรัม และมิลลิวินาที