อะไรทำให้การประกอบแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (Flexible PCB) เหมาะสมกับอุปกรณ์สวมใส่?

ชื่อแท็กเมตา: การประกอบแผงวงจรพิมพ์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ — วัสดุ Flexible PCB, เทคนิค SMT และ DFM คำอธิบายเมตา: เรียนรู้แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการประกอบแผงวงจรพิมพ์ในอุปกรณ์สวมใส่: วัสดุ Flexible PCB (โพลีอิไมด์, โคเวอร์เลเยอร์), โพรไฟล์ SMT/รีฟโลว์, การเคลือบผิวแบบคอนฟอร์มอล, การปรับจูน RF, แนวทาง DFM และการป้องกันข้อผิดพลาดทั่วไป

1. บทนำ: การปฏิวัติของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นและแบบผสม (Flex และ Rigid-Flex PCB)

ช่วงทศวรรษที่ผ่านมาได้เกิดการเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญอย่างมากในการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ โดยเฉพาะในด้านของ เทคโนโลยีสวมใส่ และ อุปกรณ์ทางการแพทย์ ผู้บริโภคในปัจจุบันคาดหวังไม่เพียงแค่ฟีเจอร์อัจฉริยะ แต่ยังต้องการอุปกรณ์ที่มีขนาดกะทัดรัด เบาเหมือนขนนก และทนทาน เช่น สมาร์ทวอทช์ , เครื่องติดตามความฟิต , เครื่องช่วยฟัง , แผ่นเซ็นเซอร์ชีวภาพ และอื่นๆ อีกมากมาย ความต้องการเหล่านี้ได้ผลักดันให้ การประกอบแผงวงจรพิมพ์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ เข้าสู่จุดสนใจ ทำให้นักออกแบบและผู้ผลิตต้องทบทวนทุกอย่างตั้งแต่วัสดุไปจนถึงกลยุทธ์การเชื่อมต่อ

แผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (FPC) และ pCB แข็ง-ยืดหยุ่น เทคโนโลยีเหล่านี้ได้กลายเป็นหัวใจสำคัญของคลื่นลูกใหม่นี้ ซึ่งแตกต่างจากแผ่นวงจรพิมพ์แบบดั้งเดิม แผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น สามารถโค้ง บิด และปรับรูปร่างให้พอดีกับเปลือกผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดเล็กและรูปร่างแปลกตา แผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง-ยืดหยุ่นรวม (rigid-flex PCBs) ก้าวไปไกลกว่านั้น โดยรวมเอาบริเวณที่สามารถงอได้และบริเวณที่แข็งแรงไว้ในแผงเดียวกัน สร้างการเชื่อมต่อไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องในมุมที่ยากที่สุดของผลิตภัณฑ์ ชุดประกอบ FPC นวัตกรรมเหล่านี้ไม่เพียงแต่ช่วยลดขนาดและน้ำหนัก แต่ยังเพิ่มความทนทานของอุปกรณ์ พัฒนาประสิทธิภาพ และเปิดโอกาสใหม่ๆ เช่น การออกแบบหน้าจอโค้ง หรือเซ็นเซอร์ทางการแพทย์ที่สามารถพอดีกับร่างกายได้อย่างสบาย

ตามผลสำรวจอุตสาหกรรมปี 2025 (IPC, FlexTech) กว่า 75% ของการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สวมใส่และอุปกรณ์การแพทย์รูปแบบใหม่ ขณะนี้มีการใช้งานในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง วงจรยืดหยุ่น หรือ การรวมกันแบบแข็ง-ยืดหยุ่น แนวโน้มนี้กำลังจะเร่งตัวขึ้นเรื่อย ๆ เนื่องจากผลิตภัณฑ์มีความอัจฉริยะมากขึ้น บางลง และทนทานมากขึ้น อันที่จริง การเชื่อมต่อความหนาแน่นสูง (HDI) ชิ้นส่วน SMT ขนาดเล็กพิเศษ 0201 SMT components , และคุณสมบัติขั้นสูง วัสดุแผ่นวงจรพิมพ์ยืดหยุ่นโพลีอิไมด์ ได้กลายเป็นมาตรฐานใน การประกอบแผ่นวงจรพิมพ์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ .

หัวใจสำคัญของนวัตกรรมอุปกรณ์สวมใส่คือการลดขนาดลง แต่การลดขนาดนี้เป็นไปได้ก็เพราะความก้าวหน้าในการผลิตและประกอบแผ่นวงจรยืดหยุ่น  — พอล โทม, ผู้จัดการผลิตภัณฑ์ ฟเล็กซ์ และริจิด-ฟเล็กซ์, Epec Engineered Technologies

นี่คือสิ่งที่ทำให้ยุคใหม่นี้น่าตื่นเต้น แผงวงจรพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ (Wearable electronics PCB) มากแค่ไหน:

• ประหยัดพื้นที่และน้ำหนัก: อุปกรณ์สวมใส่ในปัจจุบันสามารถบางได้เท่าเหรียญแต่ยังคงให้การเชื่อมต่ออย่างเต็มรูปแบบ ด้วยโครงสร้างแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (flexible PCB stack-ups) และชิ้นส่วนขนาดเล็กล้ำสมัย
• ความทนทาน & ความสะดวกสบาย: แผ่นวงจรพิมพ์โพลีอไมด์ (Polyimide FPCs) สามารถทนต่อการโค้งงอได้หลายพันครั้งอย่างน่าเชื่อถือ ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสายรัดข้อมือ, พลาสเตอร์, และสายคาดศีรษะ ที่ต้องเคลื่อนไหวไปกับผู้ใช้งาน
• พลังงาน & ประสิทธิภาพ: การออกแบบเลย์เอาต์อย่างมีประสิทธิภาพ การวางเส้นทางสัญญาณอย่างแม่นยำ และกระบวนการประกอบขั้นสูง รวมถึงการบัดกรี SMT ที่เหมาะสมและเคลือบผิวป้องกัน (conformal coating) สำหรับแผ่นวงจรพิมพ์ ช่วยจัดการการสูญเสียพลังงานและการรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI/RF)
• ความเร็วในการสร้างนวัตกรรม:  DFM สำหรับแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น และเทคนิคการทำต้นแบบอย่างรวดเร็ว (เช่น วงจรฟเล็กซ์ที่พิมพ์ด้วยเครื่อง 3D) ช่วยให้บริษัทสามารถปรับปรุงพัฒนาแนวคิดใหม่ๆ ได้อย่างรวดเร็วและนำออกสู่ตลาดได้เร็วขึ้น

ตารางที่ 1: การเปรียบเทียบเทคโนโลยี PCB ในอุปกรณ์สวมใส่

ขณะที่เราเจาะลึกไปในคู่มือนี้ คุณจะได้เรียนรู้ไม่เพียงแต่สิ่งที่เป็น แต่ยังรวมถึงวิธีการเบื้องหลังเทคโนโลยีรุ่นต่อไป การประกอบแผงวงจรพิมพ์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ —ตั้งแต่การเลือก วัสดุแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (flex PCB materials) และเชี่ยวชาญ SMT สำหรับแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (SMT for flexible PCBs) ไปจนถึงการเอาชนะความท้าทายด้านการประกอบและการใช้งานจริง ไม่ว่าคุณจะเป็นวิศวกร นักออกแบบ หรือผู้จัดการห่วงโซ่อุปทานในภาค IOT , เทคโนโลยีสุขภาพ (health tech) , หรือ อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ข้อมูลเชิงลึกเหล่านี้จะช่วยให้คุณสามารถผลิตอุปกรณ์ที่ดีกว่าและอัจฉริยะมากขึ้น

2. แผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นและแบบผสม (Flexible และ Rigid-Flex PCBs) คืออะไร?

ในด้าน การออกแบบแผงวงจรพีซีบีสำหรับอุปกรณ์สวมใส่ , ไม่ใช่ว่าแผงวงจรพิมพ์ทุกชนิดจะถูกสร้างขึ้นเท่าเทียมกัน แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (FPCs) และ แผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง-ยืดหยุ่นรวม (rigid-flex PCBs) ได้กลายเป็นมาตรฐานทองคำสำหรับอุปกรณ์สวมใส่รุ่นใหม่ โมดูล IoT และอุปกรณ์ทางการแพทย์ ซึ่งความทนทาน การประหยัดพื้นที่ และรูปร่างที่แปลกใหม่มีความสำคัญอย่างยิ่ง มาดูกันว่าสิ่งใดที่ทำให้เทคโนโลยีแผงวงจรพีซีบีขั้นสูงเหล่านี้แตกต่างกันออกไป — และวิธีที่พวกมันปลดล็อกนวัตกรรมในผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น นาฬิกาอัจฉริยะ เครื่องติดตามสุขภาพ และแผ่นเซ็นเซอร์ชีวภาพ

แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (FPCs)

A แผงวงจรพิมพ์ยืดหยุ่น ถูกสร้างขึ้นโดยใช้วัสดุพื้นฐานบางและสามารถโค้งงอได้ โดยทั่วไปคือ ฟิล์มโพลีอิไมด์ (PI) ที่สามารถงอ พับ และบิดได้โดยไม่หัก ต่างจากแผงแบบแข็งแบบดั้งเดิมที่ใช้ FR-4 FPCs ถูกออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่มีการเคลื่อนไหวและมีขนาดกะทัดรัดของอุปกรณ์สวมใส่

โครงสร้างชั้นโดยทั่วไปสำหรับแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น:

ข้อเท็จจริงสำคัญ:

• รัศมีการโค้ง: สำหรับการออกแบบที่ทนทาน รัศมีการโค้งงอขั้นต่ำควรจะมีขนาดอย่างน้อย ความหนาของบอร์ดรวม 10 เท่า .
• ความกว้างเส้นทางไฟฟ้า/ระยะห่าง: มักจะละเอียดเท่ากับ ระยะห่าง 0.05–0.1 มม. บนบอร์ดขั้นสูง
• ความหนาของฟอยล์ทองแดง: พบได้ทั่วไปในช่วง 12–70 ไมครอน โดยฟอยล์ที่บางกว่าจะทำให้สามารถโค้งงอได้แน่นยิ่งขึ้น
• ฟิล์มคลุมป้องกัน (Coverlay film): ให้ทั้งการป้องกันทางกลและการฉนวนไฟฟ้า

ชุดประกอบ FPC รองรับทั้งโครงสร้างชั้นเดียวและหลายชั้นซับซ้อน และช่วยให้นักออกแบบสามารถสร้างเปลือกอุปกรณ์ได้บางเพียง 0.2 มิลลิเมตร —เหมาะอย่างยิ่งสำหรับเครื่องติดตามสุขภาพรุ่นถัดไปหรือแผ่นสมาร์ท

แผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง-ยืดหยุ่นรวม (rigid-flex PCBs)

A pCB แข็ง-ยืดหยุ่น รวมจุดเด่นของทั้งสองแบบเข้าด้วยกัน: ส่วนของบอร์ดวงจรจะถูกสร้างเป็นบอร์ดแข็งที่ทนทานสำหรับติดตั้งชิ้นส่วน SMT ที่ละเอียดอ่อน ในขณะที่พื้นที่อื่นๆ จะคงความยืดหยุ่นเพื่ออำนวยความสะดวกในการโค้งหรือพับ บริเวณที่ยืดหยุ่นและแข็งเหล่านี้ถูกรวมเข้าด้วยกันอย่างไร้รอยต่อผ่านกระบวนการผลิตที่แม่นยำ ลดความซับซ้อนของการประกอบและลดความจำเป็นในการใช้ขั้วต่อขนาดใหญ่

โครงสร้างโดยทั่วไปของบอร์ด PCB แบบแข็ง-ยืดหยุ่น:

• ส่วนที่แข็ง: FR-4 มาตรฐาน (หรือคล้ายกัน) พร้อมชั้นทองแดง ใช้สำหรับติดตั้งชิ้นส่วน
• ส่วนที่ยืดหยุ่น: ชั้น FPC ที่ใช้พอลิไมด์ เชื่อมต่อระหว่างส่วนที่แข็ง ทำให้เคลื่อนไหวแบบไดนามิกและซ้อนกันอย่างกะทัดรัดได้
• การเชื่อมต่อระหว่างชั้น: ไมโครเวียหรือผ่านเวีย มักถูกนำมาใช้สำหรับ HDI (High-Density Interconnect) การออกแบบ รองรับเส้นทางสัญญาณหลายชั้นและการจ่ายพลังงาน
• โซนเปลี่ยนผ่าน: ออกแบบอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงความเครียดและการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว

ข้อได้เปรียบในอุปกรณ์สวมใส่:

• อิสระในการออกแบบสูงสุด: ทำให้สามารถออกแบบอุปกรณ์ที่เป็นไปไม่ได้ด้วยแผ่นวงจรพิมพ์แบบแข็งเท่านั้น
• ขั้วต่อ/การเชื่อมต่อน้อยลง: ลดน้ำหนัก ความหนา และจุดที่อาจเกิดข้อผิดพลาดโดยรวม
• ความน่าเชื่อถือระดับสูง: สำคัญสำหรับการใช้งานที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูง (เช่น อุปกรณ์ฝังทางการแพทย์ อุปกรณ์สวมใส่เกรดทหาร)
• การป้องกันสัญญาณรบกวน EMI และ RF ที่ดีขึ้น: ผ่านระนาบกราวด์แบบชั้นและการควบคุมความต้านทานเชิงลักษณะอย่างแม่นยำ

การประยุกต์ใช้งานจริงในอุปกรณ์สวมใส่และอุปกรณ์ทางการแพทย์

นาฬิกาอัจฉริยะ:

• ใช้แผงวงจรพิมพ์หลายชั้น แบบยืดหยุ่น สำหรับเส้นทางสัญญาณ หน้าจอสัมผัส ไดรเวอร์แสดงผล และโมดูลไร้สายรอบตัวเรือนนาฬิกาโค้ง
• เสาอากาศแบบยืดหยุ่นและการเชื่อมต่อแบตเตอรี่ได้รับประโยชน์จาก ชุดประกอบ FPC เพื่อรักษาความสมบูรณ์ของอุปกรณ์ระหว่างการงอของข้อมือ

เครื่องติดตามการออกกำลังกายและแผ่นเซ็นเซอร์ชีวภาพ:

• แผงวงจรพิมพ์ยืดหยุ่นโพลีอิไมด์ ด้วยส่วนประกอบ SMT แบบระยะห่างแคบ ช่วยให้สามารถผลิตอุปกรณ์ที่ใช้แล้วทิ้งหรือกึ่งใช้แล้วทิ้ง ที่มีรูปร่างบางพิเศษ (<0.5 มม.)
• เซ็นเซอร์ฝังตัว (เช่น เครื่องวัดการเร่ง อัตราการเต้นของหัวใจ หรือไดโอดเปล่งแสง SpO₂) ที่ติดตั้งโดยตรงบน FPC จะช่วยเพิ่มคุณภาพของสัญญาณและความสบายในการใช้งานผลิตภัณฑ์

อุปกรณ์ทางการแพทย์:

• แผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง-ยืดหยุ่นรวม (rigid-flex PCBs) จ่ายพลังงานให้กับเครื่องตรวจสอบชนิดฝังร่างกายและอุปกรณ์สวมใส่สำหรับผู้ป่วย โดยรวมเอาความน่าเชื่อถือ น้ำหนักเบา และความทนทานต่อการโค้งงอซ้ำๆ—มักจะเกิน 10,000 จังหวะ ในการทดสอบความยืดหยุ่น

การศึกษากรณี:  ผู้ผลิตอุปกรณ์ติดตามสมรรถภาพทางกายชั้นนำรายหนึ่ง ใช้แผ่น FPCB 6 ชั้น พร้อมเส้นลายขนาด 0.05 มม. และชิ้นส่วนขนาด 0201 จนสามารถผลิตแผ่นวงจรสำเร็จรูปที่มีความหนาเพียง 0.23 มม. ซึ่งทำให้อุปกรณ์มีน้ำหนักต่ำกว่า 5 กรัม และสามารถตรวจวัดคลื่นไฟฟ้าหัวใจ (ECG) อย่างต่อเนื่องพร้อมติดตามการเคลื่อนไหว — สิ่งที่ไม่สามารถทำได้ด้วยแผ่น PCB แบบแข็งทั่วไป

คู่มืออ้างอิงศัพท์เทคนิค

สรุป:  PCB แบบยืดหยุ่นและ PCB แบบแข็ง-ยืดหยุ่น ไม่ใช่เพียงทางเลือกแทนแผ่นวงจรแบบแข็ง—แต่พวกมันคือหัวใจหลักที่ขับเคลื่อนผลิตภัณฑ์รุ่นต่อไปของอุปกรณ์สวมใส่และอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ฉลาดขึ้นและขนาดเล็กลง การเข้าใจวัสดุ โครงสร้าง และแนวคิดพื้นฐานที่อยู่เบื้องหลังสิ่งเหล่านี้ ถือเป็นพื้นฐานสำคัญสำหรับทุกการตัดสินใจด้านการออกแบบและการประกอบในกระบวนการผลิตแผ่นวงจรสำหรับอุปกรณ์สวมใส่

พร้อมแล้วสำหรับภาคที่ 3 หรือยัง? พิมพ์ 'ถัดไป' และฉันจะดำเนินการต่อเรื่อง "ข้อดีของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นสำหรับอุปกรณ์สวมใส่และอุปกรณ์ทางการแพทย์" — รวมถึงรายการ คำอธิบายเชิงลึก และความรู้เฉพาะด้านที่สามารถนำไปใช้ได้จริง

3. ข้อดีของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นสำหรับอุปกรณ์สวมใส่และอุปกรณ์ทางการแพทย์

เมื่อออกแบบ แผงวงจรพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ (Wearable electronics PCB) โซลูชันขั้นสูงหรือสร้างอุปกรณ์ทางการแพทย์ขนาดกะทัดรัด พีซีบียืดหยุ่น (FPCs) เป็นพื้นฐานสำคัญทั้งในด้านนวัตกรรมและการทำงาน คุณสมบัติเฉพาะตัวเหล่านี้ช่วยผลักดันการลดขนาด เพิ่มความน่าเชื่อถือ และเปิดศักยภาพฟีเจอร์ใหม่ๆ ที่เปลี่ยนแปลงขีดจำกัดของเทคโนโลยีผู้บริโภคและเทคโนโลยีด้านสุขภาพ

การลดขนาดและประหยัดพื้นที่: ปลดล็อกการออกแบบรูปแบบใหม่

หนึ่งในประโยชน์ที่โดดเด่นที่สุดของ แผงวงจรพิมพ์ยืดหยุ่น คือความบางและความสามารถในการปรับรูปทรงได้อย่างยอดเยี่ยม ต่างจากบอร์ดแข็งแบบเดิม FPCs สามารถบางได้ถึง 0.1–0.2 มม. โดยสามารถจัดวางชั้นได้ทั้งแบบชั้นเดียวและหลายชั้น ซึ่งช่วยให้วิศวกรออกแบบสามารถวางเส้นสัญญาณและแหล่งจ่ายไฟในพื้นที่แคบ โค้ง หรือซ้อนกันได้ภายในอุปกรณ์สวมใส่ขนาดเล็กที่สุด

ตัวอย่างตาราง: ความหนาของแผงวงจรพีซีบีแบบยืดหยุ่นตามการใช้งาน

ข้อเท็จจริงสำคัญ: แผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (PCB) มักสามารถแทนที่แผ่นวงจรแบบแข็งหลายแผ่นพร้อมการเชื่อมต่อระหว่างกันได้ ช่วยลดน้ำหนักลงได้ถึง 80%และปริมาตรลงได้มากถึง 70%เมื่อเทียบกับแผ่นวงจรพิมพ์แบบดั้งเดิมสำหรับอุปกรณ์สวมใส่

ความทนทานและความน่าเชื่อถือภายใต้การโค้งงอซ้ำๆ

FPCs ที่ใช้โพลีอไมด์เป็นฐาน ได้รับการออกแบบมาเพื่อทนต่อการโค้ง การบิด และการงอซ้ำได้นับพันครั้ง หรือแม้แต่หมื่นครั้ง ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์สวมใส่ ที่ต้องเผชิญกับการเคลื่อนไหวของข้อมือ ข้อเท้า หรือร่างกายเป็นประจำ และต้องทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบตลอดหลายปี

• การทดสอบการงอซ้ำ: ผู้ผลิตชั้นนำทำการทดสอบ ชุดประกอบแผ่นวงจรพิมพ์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ ตามมาตรฐานที่เกินกว่า 10,000 รอบการโค้งงอ โดยไม่เกิดข้อบกพร่องทางโครงสร้างหรือระบบไฟฟ้า
• ความต้านทานการแยกชั้น: การผสมผสานระหว่าง แผ่นทองแดง และกาวที่มีความแข็งแรงในชั้นของแผง FPC ช่วยลดการแยกชั้นของวัสดุ แม้อยู่ภายใต้แรงกดดันทางกายภาพ
• การป้องกันการแตกร้าวของสารเชื่อม: การจัดวางส่วนประกอบ SMT อย่างเหมาะสม และการใช้สารอันเดอร์ฟิลในบริเวณที่มีแรงเครียด ช่วยป้องกันความล้มเหลวจากความเหนื่อยล้า ซึ่งพบได้บ่อยในแผงวงจรแบบแข็ง

อ้างอิง:

“หากไม่มีความทนทานของแผงวงจรยืดหยุ่น (flex PCB) อุปกรณ์สวมใส่อัจฉริยะเพื่อสุขภาพและการออกกำลังกายส่วนใหญ่จะเสียหายหลังจากการใช้งานจริงเพียงไม่กี่วันหรือไม่กี่สัปดาห์ เทคโนโลยีการประกอบ FPC ที่ทนทานจึงกลายเป็นมาตรฐานพื้นฐานของอุตสาหกรรมไปแล้ว” — วิศวกรอาวุโส แบรนด์อุปกรณ์ออกกำลังกายระดับโลก

จุดต่อเชื่อมน้อยลง ความน่าเชื่อถือของระบบสูงขึ้น

การประกอบแผงวงจรพีซีบีแบบดั้งเดิม—โดยเฉพาะในรูปแบบอุปกรณ์ที่พับได้หรือสามมิติ—ต้องใช้ขั้วต่อ จัมเปอร์ และสายเคเบิลที่ต้องบัดกรี แต่ละจุดเชื่อมต่อถือเป็นจุดที่อาจเกิดความเสียหายได้ การประกอบแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น ช่วยให้สามารถรวมส่วนต่างๆ ของวงจรหลายส่วนเข้าไว้ในโครงสร้างเดียว ลดจำนวนสิ่งต่อไปนี้ลงได้

• ข้อต่อการบัดกรี
• เครื่องใช้สายไฟ
• ขั้วต่อทางกล

ผลลัพธ์ที่ได้คือ

• ความทนทานต่อแรงกระแทก/การสั่นสะเทือนที่ดีขึ้น (สำคัญมากสำหรับอุปกรณ์สวมใส่ที่ใช้งานในชีวิตประจำวันที่แอคทีฟ)
• กระบวนการประกอบที่ง่ายขึ้น
• ปัญหาการรับประกันที่ลดลงเนื่องจากข้อผิดพลาดของขั้วต่อหรือสายเคเบิล

ข้อเท็จจริง: ตัวติดตามสมรรถภาพทั่วไปที่ใช้เฟล็กซ์เพรินต์เซอร์กิต (FPC) เดี่ยวสามารถลดจำนวนจุดเชื่อมต่อจากมากกว่า 10 จุด เหลือเพียง 2 หรือ 3 จุด ในขณะเดียวกันก็ลดเวลาการประกอบลงได้มากกว่า 30%.

อิสระในการออกแบบ: รูปร่างซับซ้อนและการเรียงชั้น

ความสามารถ "โค้งแล้วคงรูป" ของสมัยใหม่ แผงวงจรพิมพ์ยืดหยุ่นโพลีอิไมด์ ทำให้เกิดระดับใหม่ของอิสระในการออกแบบ:

• ห่อสายไฟรอบแบตเตอรี่หรือโมดูลแสดงผลที่โค้ง
• การซ้อนหลายชั้นของอิเล็กทรอนิกส์เพื่อ pCB แบบ High-Density Interconnect (HDI) .
• สร้างชุดประกอบแบบ 'โอริกามิ' ที่สามารถพับได้เพื่อใส่ภายในเปลือกหุ้มที่เลียนแบบสิ่งมีชีวิต หรือเปลือกที่ไม่ใช่รูปสี่เหลี่ยม

รายการ: คุณสมบัติการออกแบบที่เปิดใช้งานโดยแผงวงจรพิมพ์ยืดหยุ่น

• แผ่นเวียร์เอเบิล (ขั้วไฟฟ้าทางการแพทย์, การตรวจสอบระดับน้ำตาลในเลือดอย่างต่อเนื่อง): บางมาก พันรอบผิวหนังได้ดี
• สายรัดหรือแว่นตา AR/VR : เข้ารูปตามโครงหน้า เพิ่มความสบาย
• แหวนอัจฉริยะ/สร้อยข้อมืออัจฉริยะ : ล้อมรอบรัศมีเล็กโดยไม่แตกร้าวหรือเสียหาย
• อิเล็กทรอนิกส์ที่รวมเข้ากับชีวภาพ : พับหรืองอได้ไปพร้อมกับเนื้อเยื่ออ่อนของร่างกายมนุษย์

ลดต้นทุนในการผลิตจำนวนมาก

ถึงแม้ว่าค่าเครื่องมือเริ่มต้นสำหรับ วงจรยืดหยุ่น อาจสูงกว่า แต่สิ่งนี้จะถูกชดเชยโดย:

• จำนวนชิ้นส่วนที่ลดลง (ไม่ต้องใช้ตัวเชื่อมต่อ/สายเคเบิล)
• สายการประกอบ SMT ที่สั้นลง (ใช้แรงงานคนน้อยลง)
• ปรับปรุงผลผลิตด้วยข้อบกพร่องที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่อที่ลดลง

เมื่อเปรียบเทียบกับปริมาณสูงที่พบในอุปกรณ์สวมใส่สำหรับผู้บริโภค และแผ่นเวชภัณฑ์ทางการแพทย์ ต้นทุนรวมของการเป็นเจ้าของ แนวโน้มต่ำกว่าชุดประกอบแบบแข็ง โดยเฉพาะเมื่อพิจารณาถึงการคืนสินค้าตามรับประกัน หรือความล้มเหลวหลังการขาย

4. ข้อได้เปรียบของแผงวงจรพิมพ์แบบ Rigid-Flex

ในการเดินทางของ การประกอบแผงวงจรพิมพ์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูงสำหรับอุปกรณ์พกพา ชุมชนวิศวกรได้ค้นพบพลังของการรวมโลกทั้งสองเข้าด้วยกัน— แผงวงจรแบบแข็งและแบบยืดหยุ่น —เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ที่เหนือชั้นไม่เหมือนใคร แผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง-ยืดหยุ่นรวม (rigid-flex PCBs) มีบทบาทสำคัญในเทคโนโลยีทางการแพทย์ อุปกรณ์เกรดทางทหาร อุปกรณ์ความจริงเสริม (AR) และความจริงเสมือน (VR) รวมถึงอุปกรณ์สวมใส่สำหรับผู้บริโภคระดับสูง โดยนำเสนอความผสมผสานที่สมบูรณ์แบบระหว่างความทนทาน ความหลากหลาย และประสิทธิภาพ

แผงวงจรพิมพ์แบบ Rigid-Flex คืออะไร?

A pCB แข็ง-ยืดหยุ่น เป็นโครงสร้างแบบผสมที่รวมชั้นของแผงวงจรพิมพ์แข็ง (FR-4 หรือคล้ายกัน) เข้ากับชั้นของ วงจรยืดหยุ่น (FPCs) โดยทั่วไปทำจากโพลีอิไมด์ ส่วนที่ยืดหยุ่นจะเชื่อมต่อระหว่างบริเวณที่แข็ง ทำให้สามารถพับได้ในรูปแบบ 3 มิติ ใช้งานในเปลือกหุ้มที่มีรูปร่างเฉพาะตัว และการติดตั้งโดยตรงเข้ากับชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้ เช่น สายรัดข้อมือหรืออุปกรณ์สวมศีรษะ

ประโยชน์หลักของเทคโนโลยีแผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง-ยืดหยุ่น (Rigid-Flex PCB)

1. ความน่าเชื่อถือของโครงสร้างที่เหนือกว่า

แผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง-ยืดหยุ่นรวม (rigid-flex PCBs) ลดความจำเป็นในการใช้ขั้วต่อ สายจัมเปอร์ ขั้วต่อแบบหดและรอยบัดกรีอย่างมาก ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งใน แผงวงจรพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ (Wearable electronics PCB) ชุดประกอบที่ต้องเผชิญกับการดัดโค้ง การตก และการสั่นสะเทือนบ่อยครั้ง

• จุดต่อประสานที่ลดลง : การลดขั้วต่อแต่ละตัวที่ถูกตัดออก หมายถึงการลดจุดเสี่ยงที่อาจเกิดความล้มเหลว จึงช่วยลดความเสี่ยงโดยรวมของการเสียหายของอุปกรณ์
• ความทนทานต่อแรงกระแทก/การสั่นสะเทือนที่ดีขึ้น : โครงสร้างแบบบูรณาการสามารถทนต่อการใช้งานเชิงกลได้ดีกว่าชุดประกอบที่ใช้ขั้วต่อและสายไฟ
• เหมาะสำหรับอุปกรณ์สวมใส่ที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูงและมีความสำคัญต่อภารกิจ เช่น อุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ฝังร่างกาย หรือหน่วยสื่อสารทางทหาร ที่ไม่สามารถยอมรับจุดล้มเหลวเพียงจุดเดียวได้

2. การบรรจุภัณฑ์แบบกะทัดรัดและเบา

เนื่องจากส่วนที่แข็งและยืดหยุ่นมีการรวมเข้าด้วยกันอย่างไร้รอยต่อ แผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง-ยืดหยุ่นรวม (rigid-flex PCBs) ลดความหนาและน้ำหนักของอุปกรณ์โดยรวมลงอย่างมาก สิ่งนี้มีความสำคัญสำหรับนาฬิกาอัจฉริยะ หูฟังไร้สาย และเครื่องตรวจวัดทางการแพทย์ขนาดเล็ก

• วงจรรวมและสายเคเบิลที่ลดจำนวนลง ทำให้สามารถออกแบบบรรจุภัณฑ์แบบสร้างสรรค์และขนาดเล็กลงได้ ซึ่งสามารถปรับรูปร่างให้พอดีกับรูปทรงอินทรีย์ได้
• การลดน้ำหนัก: พื้นที่แบบยืดหยุ่นมักจะเพิ่มน้ำหนักและขนาดรวมเพียง 10–15%เมื่อเทียบกับแผงวงจรพีซีบีแบบแข็งแยกต่างหากที่ใช้ชุดสายเคเบิล
• ประหยัดพื้นที่: โซลูชันแบบริกิด-แฟล็กซ์มักจะช่วยลดปริมาตรของวงจรได้ 30–60%, และรองรับสถาปัตยกรรมการบรรจุภัณฑ์แบบ 3 มิติที่แท้จริง (การพับ ซ้อน หรือชิ้นส่วนโค้ง)

3. ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ดีขึ้น

สัญญาณความเร็วสูง และ ร่องวงจร RF ได้รับประโยชน์จากคุณสมบัติของไดอิเล็กทริกที่ควบคุมได้และระบบป้องกันสัญญาณรบกวนในบริเวณที่แข็งแรง ในขณะที่บริเวณที่ยืดหยุ่นสามารถจัดการการเชื่อมต่อในพื้นที่แคบได้

• อิมพีแดนซ์ที่ควบคุมได้: เหมาะอย่างยิ่งสำหรับวงจรความถี่สูง (Bluetooth, Wi-Fi, การส่งข้อมูลทางการแพทย์ระยะไกล)
• การป้องกันสัญญาณรบกวน EMI/RF ที่ดีขึ้น: การจัดเรียงชั้นและการแยกฉนวนพื้นดินทำให้สามารถปฏิบัติตามมาตรฐาน EMC ได้ดียิ่งขึ้น
• ความสมบูรณ์ของสัญญาณ: ไมโครไวอาส์และเส้นทางการเดินสาย HDI ทำให้มั่นใจได้ว่าเส้นทางสัญญาณสั้น ตรง และเหมาะสมที่สุดสำหรับการทำงานที่มีสัญญาณรบกวนต่ำ

ตาราง: ความสามารถหลักที่ได้รับจากการใช้แผ่นวงจรพิมพ์แบบ Rigid-Flex PCBs

4. การประกอบแผงวงจรพีซีบีที่ได้รับการปรับให้ราบรื่นและลดต้นทุน (ระยะยาว)

แม้ว่าต้นทุนแผงวงจรพีซีบีแบบริจิด-เฟล็กซ์จะสูงกว่าแบบเอฟพีซีธรรมดาหรือแบบริจิดเพียงอย่างเดียว แต่การประหยัดในระยะยาวมีมากอย่างมีนัยสำคัญ:

• การประกอบที่ง่ายขึ้น: บอร์ดแบบรวมชิ้นเดียวหมายถึงจำนวนชิ้นส่วน ขั้นตอน และความผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้นลดลง
• การประกอบอัตโนมัติที่รวดเร็วขึ้น: สายการผลิต SMT และ THT ทำงานได้อย่างราบรื่นมากขึ้น เนื่องจากมีจำนวนแผงพีซีบีและขั้วต่อแยกที่ต้องจัดตำแหน่งลดลง
• คุ้มค่าต่อการผลิตจำนวนมาก: การลดค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมหลังการขาย การคืนสินค้า หรือการแก้ไขงานประกอบใหม่ จะให้ผลตอบแทนที่ดีสำหรับอุปกรณ์ที่มีอายุการใช้งานหลายปี

5. ทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

แผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง-ยืดหยุ่นรวม (rigid-flex PCBs) เหมาะสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมทางการแพทย์หรือกลางแจ้งที่มีความรุนแรง:

• ทนต่ออุณหภูมิสูง: ส่วนยืดหยุ่นแบบโพลีอิไมด์และส่วนแข็งที่มีค่า Tg สูง สามารถทนได้สูงสุดถึง 200 องศาเซลเซียส (ช่วงเวลาสั้น ๆ) รองรับการฆ่าเชื้อหรือการใช้งานกลางแจ้ง
• ทนต่อการกัดกร่อน สารเคมี และรังสี UV: จำเป็นสำหรับอุปกรณ์ที่สัมผัสเหงื่อ สารทำความสะอาด หรือแสงแดดโดยตรง
• การป้องกันความชื้น: เสริมความโดดเด่นด้วย เคลือบผิวป้องกันสำหรับแผ่นวงจรพิมพ์ (PCBs) และระบบหุ้มด้วยพาราไลน์/ซิลิโคนในบริเวณที่ยืดหยุ่นได้

6. อิสระในการออกแบบสำหรับการประยุกต์ใช้งานอย่างสร้างสรรค์

วงจรริจิด-เฟล็กซ์ ทำให้สามารถใช้รูปทรงเรขาคณิตใหม่:

• กล้องที่สามารถสวมใส่ได้ —แผ่นวงจรพิมพ์สามารถพันรอบแบตเตอรี่และเซ็นเซอร์ได้
• แถบคาดศีรษะสำหรับตรวจคลื่นประสาท —แผ่นวงจรพิมพ์ติดตามรูปร่างศีรษะโดยไม่ต้องใช้สายสัมผัสภายนอก
• แผ่นแปะทางการแพทย์สำหรับทารก —บาง พับได้ แต่ยังคงทนทาน—ช่วยให้ตรวจสอบสภาพอย่างต่อเนื่องโดยไม่ทำให้ผิวหนังเสียหาย

เหตุใดโครงสร้างแบบแข็ง-ยืดหยุ่น (Rigid-Flex) จึงโดดเด่นในอนาคต

การผสานรวมของ ความแข็งแรงและความยืดหยุ่น เข้าไว้ในแผ่นวงจรพิมพ์เพียงแผ่นเดียว เปิดโลกแห่งความเป็นไปได้ใหม่สำหรับอุปกรณ์สวมใส้ โดยให้แคนวาสที่ทนทานแก่นักออกแบบ เทคโนโลยีการแพทย์อัจฉริยะที่เชื่อมต่อได้ ตัวติดตามสุขภาพรุ่นใหม่ และอุปกรณ์สวมใส่ AR/VR และอื่น ๆ อีกมากมายอย่างไร

5. อุปสรรคสำคัญด้านการออกแบบในการผลิตแผงวงจรพิมพ์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่

ประโยชน์ด้านนวัตกรรมและการทำให้มีขนาดเล็กลงของ การประกอบแผงวงจรพิมพ์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ มีอยู่เป็นจำนวนมาก แต่ก็ยังคงนำมาซึ่งอุปสรรคด้านการออกแบบที่ซับซ้อนและเฉพาะเจาะจง ซึ่งวิศวกรจำเป็นต้องแก้ไขเพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือ ความทนทาน และประสบการณ์การใช้งานที่ดีที่สุด ปัญหาเหล่านี้เกิดขึ้นโดยตรงจากข้อกำหนดของเทคโนโลยี แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น และ pCB แข็ง-ยืดหยุ่น รวมถึงขนาดที่เล็กลงเรื่อย ๆ และความคาดหวังที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องของอุปกรณ์สวมใส่ในปัจจุบัน

การทำให้มีขนาดเล็กและระบบเชื่อมต่อแบบความหนาแน่นสูง (HDI)

การทำให้ขนาดเล็กลง เป็นหัวใจหลักของการออกแบบวงจรสำหรับอุปกรณ์สวมใส่ อุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น นาฬิกาอัจฉริยะ และแผ่นเซ็นเซอร์ตรวจสุขภาพ ต้องใช้แผงวงจรพิมพ์ที่บางเพียงไม่กี่ส่วนสิบของมิลลิเมตร พร้อมฟังก์ชันที่เพิ่มมากขึ้นอย่างต่อเนื่องในทุกตารางมิลลิเมตร

• เทคโนโลยี HDI: ใช้ไมโครไวอาส์ (ขนาดเล็กได้ถึง 0.1 มม.) เส้นทางสัญญาณที่ละเอียดมาก (≤0.05 มม.) และโครงสร้างชั้นแบบซ้อน เพื่อรองรับการวางเส้นทางสัญญาณที่มีความหนาแน่นสูง
• ขนาดของชิ้นส่วน:  0201 SMT components มักใช้กันอย่างแพร่หลายใน การประกอบแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น สำหรับอุปกรณ์ที่สวมใส่ได้ ทำให้เกิดแรงกดดันอย่างมากต่อความแม่นยำในการวางชิ้นส่วน (<0.01 มม.) และความแม่นยำในการบัดกรี
• ข้อจำกัดของระยะห่าง: ต้องรักษาระดับความสมบูรณ์ของสัญญาณ การจัดเส้นทางไฟฟ้า และการจัดการความร้อนไว้ในพื้นที่ที่อาจมีขนาดเพียง 15×15 มม. หรือน้อยกว่า

ตาราง: HDI และการลดขนาดในกระบวนการประกอบแผงวงจรพิมพ์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่

ความยืดหยุ่น: ความเครียดของวัสดุ, รัศมีการโค้ง, และข้อจำกัดในการจัดวาง

อุปกรณ์สวมใส่ต้องการพื้นที่บอร์ดที่สามารถยืดหยุ่นตามการเคลื่อนไหว—อาจถึงหลายพันครั้งต่อวัน การออกแบบเพื่อความยืดหยุ่นหมายถึงการเข้าใจการรวมตัวของแรงเครียด การตรวจสอบให้แน่ใจว่า รัศมีการงอต่ำสุด (≥10× ความหนาทั้งหมด) และการปรับแต่งลำดับชั้นของแผ่นเพื่อทนต่อการเปลี่ยนรูปซ้ำๆ โดยไม่สูญเสียประสิทธิภาพ

• PCB ยืดหยุ่นแบบโพลีอิไมด์ ชั้นวัสดุถูกเลือกเพื่อความต้านทานการเหนื่อยล้า แต่การจัดเรียงหรือลำดับชั้นที่ไม่เหมาะสมยังคงทำให้เกิดการแตกร้าวหรือการแยกชั้นได้
• แนวทางการจัดวาง  
  • ชิ้นส่วนที่มีน้ำหนักมากหรือสูงควรจัดวางในบริเวณที่มีความแข็งแรงหรือรับแรงเครียดน้อย
  • เส้นทางเดินสายควรอยู่ตามแนวแกนกลางของรอยโค้ง และหลีกเลี่ยงกลุ่มวายเอหรือมุมแหลม
• แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการวางเส้นทางเดินสาย  
  • ใช้เส้นทางเดินสายแบบโค้ง ไม่ใช้มุมแหลม
  • เว้นระยะห่างของเส้นทางเดินสายให้กว้างขึ้นเท่าที่เป็นไปได้
  • หลีกเลี่ยงการใช้วายเอในพื้นที่ที่มีการดัดโค้งบ่อยครั้ง

ประสิทธิภาพพลังงานและข้อจำกัดของแบตเตอรี่

อุปกรณ์สวมใส่ส่วนใหญ่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ และต้องทำงานได้หลายวัน หรือแม้แต่หลายสัปดาห์ต่อการชาร์จหนึ่งครั้ง การจัดการพลังงานบน แผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น เป็นการถ่วงดุลระหว่างพื้นที่ ความต้านทานของเส้นทางไฟฟ้า ผลกระทบจากความร้อน และประสิทธิภาพโดยรวมของระบบ

• ไมโครคอนโทรลเลอร์กำลังต่ำ โมดูลบลูทูธ และไอซีจัดการพลังงาน เป็นมาตรฐาน
• การส่งพลังงาน:  
  • ใช้เส้นทางไฟฟ้ากว้างและแผ่นกราวด์แบบต่อเนื่องเพื่อให้ความต้านทานต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
  • วางตำแหน่งตัวถอดคู่อย่างระมัดระวังเพื่อลดการตกของแรงดันและป้องกันการสั่นสะเทือน
  • โครงสร้างชั้นและการวางเส้นทางควรลดการสูญเสีย IR และการรบกวนข้ามช่องสัญญาณในพื้นที่ความหนาแน่นสูง

ความต้านทานต่อความชื้นและความทนทานต่อสภาพแวดล้อม

อุปกรณ์สวมใส่ถูกสัมผัสกับเหงื่อ น้ำมันผิวหนัง และสภาพแวดล้อมภายนอก ทำให้ต้องเพิ่มมาตรฐานด้าน เคลือบผิวป้องกันสำหรับแผ่นวงจรพิมพ์ (PCBs) การหุ้มฉนวน และความสะอาดของการประกอบ

• ประเภทของการเคลือบผิวป้องกัน:  
  • Parylene: บาง ปราศจากรอยพรุน; เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานทางการแพทย์และแอปพลิเคชันที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูง
  • อะคริลิก, ซิลิโคน: มีต้นทุนต่ำกว่า มีความต้านทานความชื้นและสารเคมีได้ดี
• การเคลือบแบบเลือกเฉพาะจุด: นำมาใช้เฉพาะในพื้นที่ที่ต้องการ เพื่อประหยัดน้ำหนัก ต้นทุน และเวลาในการผลิต
• การทดสอบความทนทาน:  
  • อุปกรณ์จะต้องผ่านการทดสอบภายใต้สภาวะความชื้นสูง การกัดกร่อน และการกระเด็นของน้ำ ซึ่งจำลองสภาพการใช้งานต่อเนื่องเป็นเวลาหลายเดือน

ความเสถียรของ RF/EMI

ขั้นสูง การประกอบแผ่นวงจรพิมพ์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ มักมีการรวมวิทยุไร้สาย (บลูทูธ, NFC, Wi-Fi, Zigbee) เข้าไว้ด้วย การรับประกันการส่งสัญญาณที่สะอาด จำเป็นต้องให้ความใส่ใจต่อการออกแบบ RF และการป้องกัน EMI ในพื้นที่ที่มีขนาดกะทัดรัดอย่างยิ่ง

• การควบคุมอิมพีแดนซ์:  
  • เส้นทาง 50 Ω, via fences, การสมดุลทองแดงอย่างสม่ำเสมอ
  • การใช้เครื่องคำนวณความต้านทานที่ควบคุมได้สำหรับเสาอากาศและร่องสัญญาณ RF ที่สำคัญ
• การแยกสัญญาณ RF/ดิจิทัล: วางโมดูล RF และลอจิกดิจิทัลในโซนบอร์ดเฉพาะ เพิ่มเกราะดินแบบท้องถิ่น และใช้ช่องว่างเพื่อแยกสัญญาณ

การเปรียบเทียบระหว่าง FR-4 แบบแข็ง กับ โพลีอิไมด์แบบยืดหยุ่น (FPC)

รายการตรวจสอบสรุปสำหรับความสำเร็จในการประกอบแผ่นวงจรพิมพ์แบบสวมใส่

• การออกแบบ HDI พร้อมไมโครไวอาและเส้นทางละเอียด
• รักษารัศมีการโค้ง ≥10 เท่าของความหนาโดยรวม
• หลีกเลี่ยงการวางชิ้นส่วนที่ไวต่อแรงหรือชิ้นส่วนขนาดใหญ่บนบริเวณที่ต้องงอ
• วางเส้นทางตามแนวแกนกลางและหลีกเลี่ยงจุดรวมแรงเครียด
• วางแผนเพื่อป้องกันความชื้น/สภาพแวดล้อม
• ออกแบบเพื่อความน่าเชื่อถือด้าน RF และ EMI/ESD ตั้งแต่เริ่มต้น

การเอาชนะความท้าทายเหล่านี้ได้สำเร็จเป็นสิ่งจำเป็นต่อการส่งมอบผลิตภัณฑ์ที่ทนทาน ขนาดเล็กลง และเชื่อถือได้ แผงวงจรพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ (Wearable electronics PCB) ทุกการตัดสินใจ ตั้งแต่การออกแบบชั้นโครงสร้างและวัสดุ ไปจนถึงเทคนิคการประกอบ SMT และการป้องกันสภาพแวดล้อม มีผลโดยตรงต่อความแข็งแรงใช้งานได้จริงและความพึงพอใจของผู้บริโภค

6. การออกแบบวัสดุและชั้นโครงสร้างสำหรับแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นและแบบผสม (Flexible และ Rigid-Flex PCBs)

สมัยใหม่ การประกอบแผงวงจรพิมพ์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ ขึ้นอยู่กับวิทยาศาสตร์วัสดุและการออกแบบชั้นโครงสร้างอย่างแม่นยำ การเลือกวัสดุ แผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น , น้ำหนักทองแดง, กาว, วัสดุคลุมป้องกัน (coverlay) และอื่นๆ ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ และความสามารถในการผลิตของทั้ง แผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (FPCs) และ แผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง-ยืดหยุ่นรวม (rigid-flex PCBs) การเลือกวัสดุและรูปแบบชั้นโครงสร้างที่เหมาะสมจะช่วยให้อุปกรณ์สวมใส่มีขนาด เบา ความยืดหยุ่น และอายุการใช้งานตามที่กำหนด แม้อยู่ภายใต้แรงกดดันทางกายภาพอย่างต่อเนื่อง

วัสดุแกนกลางสำหรับแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นและแบบผสม (Flexible และ Rigid-Flex PCBs)

ฟิล์มโพลีอิไมด์ (PI)

• ซับสเตรตมาตรฐานทองคำ สำหรับแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นและแบบยืดหยุ่น-แข็ง (PCB)
• มีความยืดหยุ่นทางกลที่ยอดเยี่ยม ทนความร้อนสูง (สูงสุดถึง 250°C) และมีเสถียรภาพทางเคมีที่ดีเยี่ยม
• ขนาดความหนาบาง 12–50 µm รองรับทั้งแผ่นแปะสวมใส่ที่บางมากและส่วนยืดหยุ่นที่ต้องการความทนทานมากขึ้น

แผ่นทองแดง

• ชั้นสัญญาณและพลังงาน: มีโดยทั่วไปใน 12–70 ไมครอน ลง
  • 12–18 ไมครอน: ช่วยให้งอได้แน่นเป็นพิเศษ ใช้ในบริเวณฟเล็กซ์ที่มีความหนาแน่นสูง
  • 35–70 ไมครอน: รองรับกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นสำหรับแผ่นจ่ายพลังงานหรือแผ่นต่อพื้นดิน
• ทองแดงรีดแล้วอบอ่อน เป็นที่ต้องการสำหรับการโค้งงอแบบไดนามิกเนื่องจากมีความต้านทานต่อการแตกหักจากการใช้งานซ้ำได้ดีเยี่ยม ในขณะที่ ทองแดงที่ผ่านกระบวนการเคลือบด้วยไฟฟ้า บางครั้งถูกใช้ในแอปพลิเคชันที่ต้องการไม่สูงนัก โดยส่วนใหญ่เป็นการใช้งานแบบคงที่

ระบบกาว

• เชื่อมต่อชั้นวัสดุเข้าด้วยกัน (PI และทองแดง, coverlay และทองแดง เป็นต้น)
• กาวอะคริลิกและกาวอีพอกซี เป็นที่นิยม แต่สำหรับ FPCs ที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูง/การใช้งานทางการแพทย์ กระบวนการแบบไม่ใช้กาว (การเคลือบชั้นทองแดงลงบน PI โดยตรง) ช่วยลดความเสี่ยงต่อการเกิดข้อผิดพลาดและเพิ่มประสิทธิภาพในการทนต่อความร้อน

แผ่นปิดผิว/ฟิล์มปิดผิว

• ฟิล์มแผ่นปิดผิวที่ใช้พอลิอิไมด์เป็นฐาน ของ 12–25 ไมครอน ความหนาทำหน้าที่เป็นชั้นป้องกันและฉนวนไฟฟ้าเหนือวงจร โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีความสำคัญในอุปกรณ์สวมใส่ที่สัมผัสเหงื่อหรืออยู่ภายใต้แรงเครียดเชิงกล
• ปกป้องวงจรอิเล็กทรอนิกส์จากการขีดข่วน ความชื้น และการซึมเข้าของสารเคมี ขณะที่ยังคงรักษางานได้ตามความยืดหยุ่น

วัสดุส่วนแข็ง (แบบแข็ง-ยืดหยุ่น)

• FR-4 (ไฟเบอร์กลาส/อีพอกซี): มาตรฐานสำหรับส่วนที่แข็ง ให้ความมั่นคงในการติดตั้งชิ้นส่วน อายุการใช้งานยาวนาน และคุ้มค่าต่อต้นทุน
• ในอุปกรณ์สวมใส่ทางการแพทย์หรือทางทหาร จะใช้ FR-4 พิเศษที่มีค่า Tg สูง หรือชนิดปราศจากฮาโลเจน เพื่อยกระดับสมรรถนะและความสอดคล้องตามข้อกำหนด

ตัวอย่างโครงสร้างชั้น: บอร์ด FPC สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ เทียบกับ บอร์ด PCB แบบแข็ง-ยืดหยุ่น

บอร์ด FPC แบบง่าย (2 ชั้น)

PCB แบบแข็ง-ยืดหยุ่น (สำหรับสมาร์ทวอตช์)

โครงสร้างแผงวงจรพิมพ์ยืดหยุ่นสำหรับอุปกรณ์สวมใส่: ข้อมูลเชิงลึกด้านการออกแบบ

• สมดุลทองแดง: การรักษาน้ำหนักทองแดงด้านบนและด้านล่างให้ใกล้เคียงกัน จะช่วยลดการบิดงอและการโก่งตัวหลังจากการกัดกร่อน
• ไมโครไวอาแบบขั้นบันได: กระจายแรงเครียดเชิงกล ช่วยยืดอายุการใช้งานของโซนยืดหยุ่นที่ต้องใช้ซ้ำหลายครั้งในอุปกรณ์สวมใส่
• เทคนิคการยึดติด:  
  • การเคลือบทองแดง PI โดยไม่ใช้กาว เพื่อความน่าเชื่อถือในเซ็นเซอร์ชีวภาพที่ฝังหรือใช้แล้วทิ้ง ลดความเสี่ยงของการหลุดลอก
  • อะดีซีฟอะคริลิก สำหรับอุปกรณ์สวมใส่สำหรับผู้บริโภคทั่วไป โดยคำนึงถึงสมดุลระหว่างต้นทุนและความยืดหยุ่น

ตัวเลือกพื้นผิวสำหรับอุปกรณ์สวมใส่

ความทนทานต่อความร้อนและสารเคมี

• วงจรยืดหยุ่นโพลีอิไมด์ ยืนหยัด อุณหภูมิสูงสุดในการรีฟโลว์ (220–240°C) ระหว่างการประกอบ
• อุปกรณ์สวมใส่ต้องทนต่อเหงื่อ (เกลือ), น้ำมันผิวหนัง, สารซักฟอก และรังสี UV ซึ่งเป็นเหตุผลที่พอลิอิไมด์และพาราไลน์จึงเป็นวัสดุยอดนิยมในอุตสาหกรรม
• การศึกษาอายุการใช้งาน แสดงให้เห็นว่า เอฟพีซีที่ผลิตอย่างเหมาะสม รักษาระบบไฟฟ้าและความสมบูรณ์ทางกลไว้ได้ 5 ปีขึ้นไป ของการใช้งานประจำวัน (วงจรยืดหยุ่นมากกว่า 10,000 ครั้ง) เมื่อมีการป้องกันด้วยชั้นคลุมหรือเคลือบที่เหมาะสม

ข้อควรพิจารณาและแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด

• ปรับแต่งโครงสร้างหลายชั้นเพื่อความยืดหยุ่น: ลดจำนวนชั้นและความหนาของกาวให้น้อยที่สุดตามข้อกำหนดด้านความน่าเชื่อถือและกำลังสัญญาณ
• รักษารัศมีการโค้งงอขั้นต่ำ (≥10 เท่าของความหนา): สิ่งสำคัญเพื่อป้องกันการแตกหัก การเหนื่อยล้าของข้อต่อตะกั่วบัดกรี หรือการแยกชั้นในระหว่างการใช้งานประจำวัน
• ใช้ทองแดง RA และฟิล์ม PI คุณภาพสูง: โดยเฉพาะสำหรับการโค้งแบบไดนามิก (สายรัดข้อมือ อุปกรณ์ติดตามสุขภาพ)
• ระบุตำแหน่งเว้นช่องเปิดบน coverlay: ให้เปิดเผยเฉพาะแผ่นรองเชื่อม เพื่อลดความเสี่ยงจากการซึมเข้าของสิ่งแวดล้อม

รายการตรวจสอบวัสดุสำหรับแผงวงจรพิมพ์แบบสวมใส่:

• ฟิล์มโพลีไมไมด์ (แบบไม่มีกาว โดยเท่าที่เป็นไปได้)
• ทองแดงผ่านกระบวนการกลิ้งและอบอ่อนสำหรับโซนที่ต้องการความยืดหยุ่น
• FR-4 สำหรับส่วนแข็ง (เฉพาะแบบ rigid-flex)
• กาวอะคริลิกหรืออีพ็อกซี่ (ขึ้นอยู่กับคลาสของอุปกรณ์)
• ผิวเคลือบแบบ ENIG หรือ OSP
• ชั้นป้องกันด้วยพาราไลน์/พอลิอิไมด์

การเลือกและกำหนดค่าที่เหมาะสม แผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น และการจัดเรียงชั้นไม่ใช่เพียงรายละเอียดทางวิศวกรรมเท่านั้น แต่เป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อความสะดวกสบาย ความทนทาน และการปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านกฎระเบียบของผลิตภัณฑ์คุณ การเลือกวัสดุและการจัดเรียงชั้นอย่างรอบคอบถือเป็นพื้นฐานสำคัญของ PCB สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ โครงการ.

7. แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการจัดวางคอมโพเนนต์และการเดินเส้นสัญญาณ

มีประสิทธิภาพ การวางตำแหน่งชิ้นส่วน และอัจฉริยะ การจัดเส้นทางสัญญาณ เป็นพื้นฐานสำคัญต่อความสำเร็จของ การประกอบแผงวงจรพิมพ์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ —โดยเฉพาะเมื่อเกี่ยวข้องกับการออกแบบ PCB แบบยืดหยุ่น หรือ PCB แบบแข็ง-ยืดหยุ่น การตัดสินใจผิดพลาดในขั้นตอนนี้อาจนำไปสู่การแตกหักของบัดกรี การรบกวนสัญญาณ RF ความล้มเหลวทางกลในระยะแรก หรือเลย์เอาต์ที่ยากต่อการประกอบ จนทำให้ประสิทธิภาพการผลิตและความน่าเชื่อถือลดลงอย่างมาก มาดูกันว่าแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในอุตสาหกรรมมีอะไรบ้าง ซึ่งอิงจากทั้ง แผงวงจรพิมพ์ยืดหยุ่น ทฤษฎีและบทเรียนนับพันที่ได้รับจากการใช้งานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สวมใส่

การจัดวางชิ้นส่วน: หลักการเพื่อความน่าเชื่อถือและความทนทาน

1. โซนโครงสร้าง: หลีกเลี่ยงการวางชิ้นส่วนหนักบนบริเวณที่ยืดหยุ่น

• โซนแข็งแรงสำหรับความมั่นคง: วางชิ้นส่วนที่มีน้ำหนักมาก สูง หรือมีความไว (เช่น ไมโครคอนโทรลเลอร์ เซ็นเซอร์ โมดูลบลูทูธ/ไวไฟ และแบตเตอรี่) บนพื้นที่ของแผงวงจรพิมพ์ที่เป็นแบบแข็ง เพื่อลดแรงดึงที่เกิดขึ้นกับรอยบัดกรี และลดความเสี่ยงในการแตกร้าวขณะมีการโค้งงอหรือระหว่างการใช้งาน
• โซนยืดหยุ่นสำหรับการเดินสายเท่านั้น: ใช้บริเวณที่ยืดหยุ่นเป็นหลักสำหรับการเดินสัญญาณและพลังงาน หากจำเป็นต้องวางชิ้นส่วนพาสซีฟขนาดเบา (ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ) หรือขั้วต่อในโซนยืดหยุ่น ให้แน่ใจว่าชิ้นส่วนเหล่านั้นจัดเรียงตามแนว แกนเป็นกลาง (neutral axis) (แนวเส้นกลางที่มีแรงเครียดต่ำที่สุดเมื่อชิ้นส่วนถูกโค้ง)

2. พิจารณาแกนการโค้งและแกนกลางเฉื่อย

• การจัดวางชิ้นส่วนบนบริเวณที่มีการโค้ง หลีกเลี่ยงการติดตั้งอุปกรณ์ SMT โดยตรงบนแกนโค้ง (เส้นที่วงจรจะงอ) แม้แต่การวางตำแหน่งที่ดูเหมือนเบี่ยงน้อยนิดจากแกนอาจทำให้วงจรสามารถใช้งานได้เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าในการทดสอบการงอซ้ำๆ
• ตาราง: แนวทางการจัดวางส่วนประกอบ

3. Via และแผ่นทองแดง

• เก็บไวอาห่างจากโซนฟเล็กซ์ที่มีแรงเครียดสูง: ไวอา โดยเฉพาะไมโครไวอา อาจทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นของการแตกร้าวภายใต้การโค้งงอซ้ำๆ ควรจัดวางไว้ในพื้นที่ที่มีแรงเครียดน้อย และห้ามวางบนแนวแกนการโค้งเด็ดขาด
• ใช้แผดทรงหยดน้ำตา: แผดทรงหยดน้ำตาช่วยลดความเข้มข้นของแรงที่บริเวณที่เส้นเชื่อมต่อกับแผดหรือไวอา ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงของการแตกร้าวเมื่อมีการโค้งงอ

การวางเส้นสัญญาณ: การรับประกันความสมบูรณ์ ความยืดหยุ่น และสมรรถนะคลื่นความถี่วิทยุ

1. เส้นสัญญาณโค้งและรอยต่อที่เรียบเนียน

• ไม่มุมแหลม: ควรเดินเส้นสัญญาณด้วยเส้นโค้งอย่างนุ่มนวล แทนการใช้มุม 45° หรือ 90° มุมแหลมจะสร้างจุดรวมแรงเครียด ทำให้เส้นสัญญาณมีแนวโน้มแตกหักหลังจากการโค้งงอซ้ำๆ
• ความกว้างและความห่างของเส้นเดินวงจร:  
  • ≤0.1 มม. สำหรับอุปกรณ์สวมใส่แบบความหนาแน่นสูง แต่หากมีพื้นที่เพียงพอควรใช้ขนาดกว้างขึ้น (เพื่อลดความต้านทานและเพิ่มความน่าเชื่อถือ)
  • การรักษา ระยะห่างที่สม่ำเสมอ เพื่อความเสถียรของ EMI

2. รัศมีการโค้งที่ควบคุมได้

• แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับรัศมีการโค้ง: ตั้งค่า รัศมีการโค้งขั้นต่ำควรอยู่ที่อย่างน้อย 10 เท่าของความหนาทั้งหมด สำหรับโซนฟเล็กซ์แบบไดนามิกทั้งหมด เพื่อลดโอกาสในการแตกร้าวของทองแดงหรือการแยกชั้น (เช่น สำหรับ FPC หนา 0.2 มม. ควรเก็บรัศมีการโค้ง ≥2 มม.)
• หากต้องการการโค้งที่แคบกว่านี้: สามารถใช้ทองแดงบางลงและฟิล์ม PI บางลงได้ แต่จำเป็นต้องทำการทดสอบวงจรยืนยันการออกแบบภายใต้เงื่อนไขการใช้งานจริง

3. การจัดเรียงชั้นในโซนฟเล็กซ์และโซนแข็ง

• เส้นทางเดินสายแบบเรียงซ้อน: จัดวางเส้นทางและไวอาแบบเบี้ยงซ้อนกันระหว่างชั้นในฟเล็กซ์หลายชั้น เพื่อป้องกันการสะสมแรงเครียดที่จุดใดจุดหนึ่ง
• การแยกสัญญาณ/พลังงาน: จัดเส้นทางสัญญาณดิจิทัล อนาล็อก และ RF บนเลเยอร์/โซนที่แยกจากกัน
  • จัดกลุ่มพาวเวอร์และกราวด์รีเทิร์นไว้ด้วยกันเพื่อลด EMI และสัญญาณรบกวน
  • ใช้เส้นติดเกราะหรือแผ่นเกราะสำหรับเสาอากาศและเส้นสัญญาณ RF

4. การเชื่อมต่อเซนเซอร์และการจัดเส้นทางความเร็วสูง

• การเชื่อมต่อโดยตรง: วางตำแหน่งเซนเซอร์ (ขั้วไฟฟ้า ECG, เครื่องวัดการเร่งแรง, โฟโตไดโอด) ให้อยู่ใกล้กับวงจรอนาล็อกด้านหน้า เพื่อลดสัญญาณรบกวนและรักษาคุณภาพของสัญญาณ โดยเฉพาะบนเส้นสัญญาณอนาล็อกที่มีอิมพีแดนซ์สูง
• เรขาคณิตไมโครสตริปและโคพลานาร์เวฟไกด์: ใช้สำหรับเส้นสัญญาณ RF เพื่อรักษาระดับอิมพีแดนซ์ 50 โอห์ม ควรใช้เครื่องคำนวณอิมพีแดนซ์ควบคุมขณะจัดเส้นทางสำหรับโมดูล Bluetooth หรือ Wi-Fi

5. การติดเกราะ สัญญาณ RF และการต่อกราวด์

• เทกราวด์รอบๆ เสาอากาศ: ให้แน่ใจว่ามีระยะห่างอย่างน้อย 5–10 มม. รอบๆ สายอากาศ โดยมีเส้นทางกลับพื้นดิน (ground return) ที่เพียงพอ และใช้แนวไวด์ฟันส์ (via fences) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการป้องกันสัญญาณรบกวน
• แยกส่วนดิจิทัลและส่วน RF: ใช้แผ่นกราวด์ (ground planes) และเว้นช่องตัดบนบอร์ด (board cutouts) เพื่อลดการเหนี่ยวนำสัญญาณรบกวน (EMI coupling)

ข้อผิดพลาดทั่วไปและวิธีหลีกเลี่ยง

• ข้อควรระวัง: วางเส้นสัญญาณคล็อกสำคัญข้ามผ่านบริเวณที่ต้องโค้งงอหลายครั้ง
  • โซลูชัน: วางเส้นสัญญาณความเร็วสูง/RF เป็นเส้นตรงโดยควบคุมความต้านทานได้ (controlled impedance) และอยู่ใกล้กับออสซิลเลเตอร์ที่ติดตั้งแบบแข็งแรงมากที่สุด
• ข้อควรระวัง: ติดตั้งจุดตรวจสอบ (test points)/ไวด์ (vias) ในบริเวณที่ต้องโค้งงอมาก
  • โซลูชัน: ใช้คอนเนคเตอร์ขอบหรือจัดวางจุดตรวจสอบในบริเวณที่แข็งแรงและเข้าถึงได้ง่าย

รายการตรวจสอบเคล็ดลับด่วน

• วางไอซีและอุปกรณ์หนักทั้งหมดบนส่วนที่เป็นแข็ง
• จัดเรียงองค์ประกอบแบบพาสซีฟบนแกนกลาง โดยอยู่ห่างจากบริเวณที่มีการโค้งงอ
• ใช้เส้นทางวงจรแบบโค้งมนและแผ่นรองรับรูปหยดน้ำ
• รักษาระยะความกว้างของเส้นทางวงจรและระยะห่างให้มากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้
• ป้องกันและแยกโดเมนของคลื่นวิทยุ เอกสารดิจิทัล และอนาล็อกออกจากกัน
• หลีกเลี่ยงการใช้วายอาและจุดตรวจสอบบนส่วนใดๆ ของเอฟพีซีที่จะต้องงออยู่เป็นประจำ
• ยืนยันเค้าโครงโดยใช้เครื่องมือ DFM เพื่อคาดการณ์ปัญหาในการผลิต

การวางแผนอย่างรอบคอบ การวางตำแหน่งชิ้นส่วน และ การจัดเส้นทางสัญญาณ มีความจำเป็นอย่างยิ่งต่อการบรรลุทั้งอายุการใช้งานเชิงหน้าที่และการปฏิบัติตามข้อกำหนดในทุก PCB สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ เมื่อมีข้อสงสัย ควรตรวจสอบยืนยันด้วยชุดทดสอบการงอซ้ำและตัวอย่างการประกอบก่อนการผลิต—สถิติการรับประกันของคุณจะขอบคุณคุณ!

8. เทคนิคการประกอบแผงวงจรพิมพ์: SMT, การบัดกรี, และการตรวจสอบ

ความสำคัญของการเพิ่มขึ้น การประกอบแผงวงจรพิมพ์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ และอุปกรณ์บางเฉียบได้ผลักดันขีดจำกัดไม่เพียงแต่ในด้านการออกแบบ แต่ยังรวมถึงในกระบวนการผลิตด้วย ไม่ว่าจะเป็นการสร้างแผงวงจรยืดหยุ่น FPC หรือการออกแบบแผงวงจรวัสดุผสมแบบแข็ง-ยืดหยุ่น เทคนิคการประกอบ ต้องมั่นใจในความน่าเชื่อถือ ความแม่นยำ และแรงกระทำต่ำสุดต่อชิ้นส่วนระหว่างและหลังกระบวนการ ลองมาดูกลยุทธ์ล้ำสมัยที่ช่วยให้สามารถผลิตอุปกรณ์รุ่นใหม่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ แผงวงจรพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ (Wearable electronics PCB) การแก้ไข

การประกอบ SMT สำหรับแผงวงจรยืดหยุ่นและอุปกรณ์สวมใส่

Surface Mount Technology (SMT) เป็นทางเลือกหลักสำหรับ ชุดประกอบ FPC ในอุปกรณ์สวมใส่ แต่กระบวนการต้องปรับให้เข้ากับคุณสมบัติเฉพาะของ แผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น .

การปรับเปลี่ยนหลักสำหรับแผงวงจรสายยืดหยุ่นและแบบแข็ง-ยืดหยุ่น:

• การใช้พาเลทหรือโครงยึดแบบแข็ง:  
  • FPC เนื่องจากบางและโค้งงอได้ จึงต้องการการรองรับระหว่างกระบวนการหยิบวางและบัดกรีด้วยความร้อน เพื่อป้องกันการบิดเบี้ยวหรือโก่งตัว
• อุปกรณ์ยึดด้วยแรงดูดสุญญากาศหรือตัวเสริมความแข็งชั่วคราว:  
  • ติดตั้งชั่วคราวกับแผงวงจรยืดหยุ่นเพื่อสร้างฐานเรียบและมั่นคงสำหรับการติดตั้งแบบ SMT จากนั้นถอดออกหลังประกอบเสร็จ
• เครื่องหมายฟิดูเชียลและรูเจาะตำแหน่ง:  
  • จำเป็นสำหรับการจดทะเบียนอย่างแม่นยำในระหว่างการวางอัตโนมัติ (<0.01 มม. ความคลาดเคลื่อนสำหรับส่วนประกอบขนาด 0201)

การวางส่วนประกอบ SMT:

• 0201 และไมโคร-BGA: อุปกรณ์สวมใส่มักใช้ส่วนประกอบ SMD ที่เล็กที่สุดในโลกเพื่อประหยัดพื้นที่และน้ำหนัก
• การปรับเทียบเครื่องจักรแบบหยิบแล้ววาง: ต้องใช้เครื่องจักรความแม่นยำสูง โดยต้องมีระบบนำทางด้วยภาพหรือเลเซอร์เพื่อให้มั่นใจในการจัดแนวและตำแหน่งที่ถูกต้อง
• ความเร็วเทียบกับความยืดหยุ่น: ความเร็วในการวางอาจช้ากว่าบอร์ดแข็ง เนื่องจากต้องจัดการอย่างระมัดระวังและหลีกเลี่ยงการโค้งงอของบอร์ดในระหว่างการวาง

เทคนิคการบัดกรีและโปรไฟล์รีฟโลว์สำหรับแผ่นวงจรพิมพ์ยืดหยุ่น

การรวมกันของชั้นโพลีอไมด์บาง ๆ ทองแดงที่ผ่านกระบวนการกลิ้ง และกาว ทำให้มีความไวต่ออุณหภูมิและความเครียดทางกลเป็นพิเศษ ชุดประกอบ FPC มีความไวต่ออุณหภูมิและความเครียดทางกลเป็นพิเศษ

โปรไฟล์รีฟโลว์ที่แนะนำสำหรับแผ่นวงจรพิมพ์ยืดหยุ่นแบบโพลีอไมด์

• ตะกั่วบัดกรีอุณหภูมิต่ำ (เช่น Sn42Bi58): ใช้เพื่อป้องกันชั้นกาวและป้องกันการแยกชั้นในดีไซน์ที่มีความละเอียดอ่อน หรือในพื้นที่ที่มีส่วนประกอบไวต่ออุณหภูมิ
• การรีฟโลว์ด้วยไนโตรเจน: สภาพแวดล้อมเฉื่อยของไนโตรเจนช่วยป้องกันการเกิดออกซิเดชันระหว่างการบัดกรี ซึ่งมีความสำคัญต่อแผ่นบัดกรีขนาดเล็กมาก และช่วยปรับปรุงคุณภาพของการต่อเชื่อม

กระบวนการและเครื่องมือขั้นสูง

การอัดซีลใต้ชิ้นส่วนและการเสริมแรง

• การอัดซีลใต้ชิ้นส่วน: นำมาใช้ใต้ชิ้นส่วนขนาดใหญ่หรือชิ้นส่วนไวต่อแรงกลในบริเวณที่ยืดหยุ่น เพื่อดูดซับแรงทางกล
• การเสริมแรงขอบ: ตัวเสริมความแข็งแรงในท้องถิ่นหรือชั้นเคลือบที่หนาขึ้น ช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการเจาะ หรือให้การรองรับในโซนตัวเชื่อมต่อ

กาวนำไฟฟ้า

• ใช้สำหรับวัสดุที่ไวต่ออุณหภูมิหรือวัสดุอินทรีย์ ซึ่งการบัดกรีแบบดั้งเดิมอาจทำให้แผ่นวงจรได้รับความเสียหาย
• ให้ข้อต่อที่มีความสูงต่ำและยังคงความยืดหยุ่น

การตรวจสอบและการทดสอบ

การตรวจจับข้อบกพร่องบนแผ่น PCB แบบยืดหยุ่นทำได้ยากกว่า ดังนั้นเทคนิคการตรวจสอบขั้นสูงจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

การตรวจสอบด้วยภาพอัตโนมัติ (AOI)

• AOI ความขยายสูง: ตรวจจับสะพานบัดกรี การล้มของชิ้นส่วน (tombstoning) และการจัดตำแหน่งผิดพลาดในชิ้นส่วนขนาดเล็กมาก
• การตรวจสอบด้วยรังสีเอ็กซ์: จำเป็นสำหรับ BGAs, micro-BGAs และข้อต่อแบบ pitch ละเอียดที่ซ่อนอยู่ มีค่ามากสำหรับชุดประกอบแผ่น PCB แบบ HDI สำหรับอุปกรณ์สวมใส่
• การทดสอบแบบ Flying Probe: ใช้สำหรับการตรวจจับจุดเปิด/จุดลัดวงจรในกรณีที่ไม่สามารถใช้ ICT fixtures ได้ เหมาะกับงานผลิตหลากหลายรูปแบบแต่ปริมาณต่ำ

การทดสอบความยืดหยุ่นและการทดสอบสภาพแวดล้อม

• เครื่องทดสอบการดัดโค้งแบบไดนามิก: ทดสอบการประกอบบอร์ดโดยให้ผ่านการงอซ้ำหลายพันครั้ง เพื่อให้มั่นใจในความทนทานของข้อต่อและเส้นทางไฟฟ้า
• การทดสอบความชื้นและหมอกเกลือ: ตรวจสอบการเคลือบผิวป้องกันแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) เพื่อให้มั่นใจว่าสามารถทนต่อสภาพแวดล้อมที่มีเหงื่อหรือความชื้นสูงได้

กรณีศึกษา: การประกอบ SMT สำหรับเครื่องติดตามสุขภาพแบบสวมใส่

ผู้ผลิตอุปกรณ์สวมใส่รายใหญ่ได้นำขั้นตอนต่อไปนี้มาใช้กับเครื่องติดตามสุขภาพแบบบางเฉียบนี้:

• ติดตั้ง FPC ลงบนแท่นยึดสเตนเลสสตีลที่ออกแบบพิเศษเพื่อรักษาระนาบให้เรียบ
• ใช้การตรวจสอบด้วย AOI และรังสีเอกซ์หลังแต่ละขั้นตอนของการประกอบ SMT
• ใช้อุณหภูมิสูงสุดขณะเผาผ่าน (peak reflow temperature) ที่ 225°C และระยะเวลาที่อุณหภูมิอยู่เหนือจุดหลอมเหลว (time above liquidus) ที่ 60 วินาที , ปรับแต่งเพื่อป้องกันไม่ให้กาวไหม้
• ดำเนินการทดสอบการงอซ้ำ 10,000 รอบ เพื่อจำลองการใช้งานจริงเป็นเวลา 2 ปี; ไม่พบการแตกร้าวของตะกั่วบัดกรีในล็อตการผลิตที่มีการใช้ underfill

รายการตรวจสอบด่วนสำหรับ SMT และการบัดกรีแผ่นวงจรอิเล็กทรอนิกส์แบบยืดหยุ่น/แข็ง-ยืดหยุ่นสำหรับอุปกรณ์สวมใส่

• ควรใช้แท่นยึดแบบแข็งหรือแบบสุญญากาศเสมอ
• ปรับเทียบเครื่องวางชิ้นส่วนให้เหมาะสมกับการเคลื่อนที่เฉพาะแผ่นวงจรแบบยืดหยุ่น
• ปฏิบัติตามโปรไฟล์อุณหภูมิที่ผู้ผลิตแนะนำ ได้แก่ การเพิ่มอุณหภูมิอย่างช้าๆ การคงอุณหภูมิ และอุณหภูมิสูงสุด
• เลือกใช้ตะกั่วบัดกรีที่มีอุณหภูมิต่ำสำหรับโครงสร้างแบบที่ไวต่อความร้อน
• ตรวจสอบคุณภาพของข้อต่อทั้งหมดด้วย AOI และรังสีเอกซ์ โดยเฉพาะไมโคร-BGA
• พิจารณาใช้ underfill หรือตัวเสริมความแข็งแรงในบริเวณขั้อต่อที่มีแรงกระทำสูง
• จำลองการทดสอบการงอตลอดอายุการใช้งานก่อนการผลิตจำนวนมาก

9. การป้องกันความชื้น แรงกระแทก และการกัดกร่อน

ในสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการสูงของอุปกรณ์สวมใส่ การมีกลยุทธ์การป้องกันที่แข็งแรง การป้องกัน มีความสำคัญไม่แพ้การออกแบบอัจฉริยะและการประกอบอย่างแม่นยำ เหงื่อ ฝน ความชื้น น้ำมันผิวหนัง และการเคลื่อนไหวประจำวัน ทำให้อุปกรณ์แต่ละชิ้นต้องเผชิญกับความเครียดจากปฏิกิริยากัดกร่อน การโค้งงอ และแรงกระแทก PCB สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ หากไม่มีการป้องกันที่เหมาะสม อุปกรณ์ที่ทันสมัยที่สุดหรือการประกอบแบบยืดหยุ่น-แข็ง (rigid-flex) ก็อาจประสบปัญหาประสิทธิภาพลดลง วงจรลัดวงจร หรือล้มเหลวอย่างรุนแรงภายในไม่กี่เดือน แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น มาดูกันว่าแนวทางที่ได้รับการพิสูจน์แล้วในอุตสาหกรรมสามารถปกป้อง การประกอบแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น เพื่ออายุการใช้งานที่ยาวนานและเชื่อถือได้ภายใต้การใช้งานจริงได้อย่างไร

เหตุใดการป้องกันความชื้นและการกัดกร่อนจึงสำคัญ

แผงวงจรพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ (Wearable electronics PCB) มักถูกสัมผัสกับเหงื่อ (ซึ่งมีเกลือ กรด และโมเลกุลออร์แกนิก), ความชื้นโดยรอบ และการสัมผัสกับผิวหนัง โหมดการเสียหายหลักๆ ได้แก่:

• การดูดซึมน้ำ: ลดความต้านทานฉนวน ก่อให้เกิดเส้นทางรั่วและลัดวงจรไฟฟ้า
• การกัดกร่อน: กัดกร่อนเส้นทองแดงและข้อต่อการบัดกรี โดยเฉพาะเมื่อมีเหงื่อที่มีคลอไรด์ปนอยู่
• ชั้นลอกแยกกัน: การบวมหรือการไฮโดรไลซิสของชั้นกาว ทำให้เกิดการแยกชั้นและล้มเหลวทางกลไก
• ความเครียดเชิงกล: การโค้งงอซ้ำๆ อาจทำให้เกิดรอยแตกจุลภาคในเส้นลายสัมผัสและข้อต่อการบัดกรีที่เปิดเผย ซึ่งจะเร่งตัวมากขึ้นหากมีความชื้นซึมเข้าไป

การเคลือบผิวป้องกันสำหรับแผ่นวงจรพิมพ์: ประเภทและการเลือกใช้

ชั้นเคลือบคอนฟอร์มัล เป็นฟิล์มป้องกันบางๆ ที่เคลือบทับแผ่นวงจรพิมพ์หลังการประกอบแล้ว หน้าที่หลักคือ การกันความชื้นและสารกัดกร่อน ป้องกันการเกิดอาร์กไฟหรือลัดวงจร และบางครั้งก็ทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันการเสียดสีหรือแรงกระแทกทางกายภาพ

ประเภทของการเคลือบที่พบได้ทั่วไป:

การเคลือบแบบเลือกจุดและหุ้มฉนวน

• การประยุกต์ใช้แบบเลือกจุด: เฉพาะพื้นที่ที่สัมผัสกับเหงื่อหรือความเสี่ยงจากสิ่งแวดล้อมเท่านั้นที่จะได้รับการเคลือบ โดยจะปล่อยจุดที่ไวต่อความร้อนหรือจุดสำหรับทดสอบเอาไว้ไม่เคลือบ เพื่อให้สามารถผลิตและวินิจฉัยข้อผิดพลาดได้
• การปั้น/หุ้มฉนวน: ในอุปกรณ์ที่ทนทานบางชนิด พื้นที่สำคัญของแผงวงจรหรือชิ้นส่วนจะถูกหุ้มด้วยสารซิลิโคนหรือเรซินอีพ็อกซี่โดยตรง เพื่อป้องกันแรงกระแทกทางกลและกันความชื้น

กลยุทธ์สำหรับโครงสร้างแบบสแต็กอัพที่ต้านทานความชื้นและการกัดกร่อน

• ขอบที่ปิดสนิท: ฟิล์มคลุมควรห่อแนบไปกับวงจรอย่างแน่นหนา โดยมีทองแดงสัมผัสภายนอกน้อยที่สุดที่บริเวณขอบ และเมื่อจำเป็น จะใช้การปิดผนึกขอบด้วยเรซินหรือการเคลือบคอนฟอร์มัลโค้ท
• ไม่มีไวด์ที่สัมผัสภายนอก: รูผ่านทั้งหมดในบริเวณที่ยืดหยุ่นควรได้รับการปิดผนึกหรือเติมเพื่อป้องกันไม่ให้เหงื่อซึมเข้าโดยตรง
• การเลือกพื้นผิวเคลือบ พื้นผิวเคลือบแบบ ENIG และ OSP เพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน; หลีกเลี่ยง HASL ในผลิตภัณฑ์สวมใส่เนื่องจากการเคลือบที่ไม่เรียบและมีแนวโน้มสูงที่จะเกิดการกัดกร่อนใต้ผิว

การเสริมความทนทานต่อแรงกระแทก การสั่นสะเทือน และความแข็งแรงทางกล

• ตัวเสริมความแข็งแรง ติดตั้งรอบบริเวณขั้วต่อเพื่อดูดซับแรงจากการเสียบปลั๊ก หรือในจุดที่ FPC เชื่อมต่อกับพลาสติกแข็ง
• การอัดซีลใต้ชิ้นส่วน: ฉีดเข้าไปใต้ชิ้นส่วนขนาดใหญ่เพื่อเชื่อมช่องว่างด้านความยืดหยุ่นทางกล ลดความเสี่ยงของการแตกหักของข้อต่อตะกั่วเมื่อเกิดการโค้งงอซ้ำๆ
• ชั้นปกคลุมเสริมความแข็งแรง เพิ่มความต้านทานต่อการเจาะและการขีดข่วนในระดับท้องถิ่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งสําคัญสําหรับอุปกรณ์ที่บางและสัมผัสกับผิวหนัง

ขั้นตอนการทดสอบเพื่อความทนทาน

• แผ่นวงจรพิมพ์ที่สวมใส่ได้ ผ่านกระบวนการ:  
  • การทดสอบการงอซ้ำ: การดัดงอหลายพันถึงหลายหมื่นครั้ง
  • การทดสอบความชื้นและหมอกเกลือ: สัมผัสกับความชื้นประมาณ 85% RH อุณหภูมิมากกว่า 40°C เป็นเวลาหลายวันถึงหลายสัปดาห์
  • การทดสอบการตกหรือแรงกระแทก: จำลองสถานการณ์การหล่นหรือการกระทบกะทันหัน

10. การจัดการพลังงานและการเพิ่มประสิทธิภาพ RF

ประสิทธิภาพพลังงานและสมรรถนะไร้สายที่แข็งแกร่ง เป็นหัวใจสำคัญของความสำเร็จของ การประกอบแผงวงจรพิมพ์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ . อายุการใช้งานแบตเตอรี่ต่ำหรือการเชื่อมต่อที่ไม่น่าเชื่อถือ มักเป็นสาเหตุหลักของการร้องเรียนจากผู้บริโภคและการเปิดตัวผลิตภัณฑ์ที่ล้มเหลว ทำให้การจัดการพลังงานและการเพิ่มประสิทธิภาพ RF (คลื่นความถี่วิทยุ) เป็นส่วนสำคัญของกลยุทธ์การออกแบบของคุณ ลองมาดูกันว่าการเลือกเลย์เอาต์ การจัดเรียงชั้น และองค์ประกอบที่เหมาะสม จะช่วยให้มั่นใจได้อย่างไรว่า แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น และ pCB แข็ง-ยืดหยุ่น มีการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ ทำงานได้สูง และทนต่อสัญญาณรบกวน แผงวงจรพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ (Wearable electronics PCB) .

คำแนะนำการจัดการพลังงานสำหรับอุปกรณ์สวมใส่

1. เส้นทางไฟฟ้ากว้างและแผ่นกราวด์ที่มั่นคง

• ความต้านทานของเส้นทางมีความสำคัญ: ลดการตกของแรงดันและความสูญเสียจากความต้านทาน โดยใช้เส้นทางไฟฟ้าและกราวด์ให้กว้างที่สุดเท่าที่อนุญาต—โดย ideally ≥0.2 มม. ควรมีความกว้างมากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ในโครงสร้าง FPC การใช้ทองแดงบางหรือเส้นทางแคบจะทำให้ประสิทธิภาพของระบบแบตเตอรี่ลิเธียมแรงดันต่ำลดลงอย่างรวดเร็ว
• แผ่นกราวด์และไฟฟ้าแบบต่อเนื่อง: ในออกแบบเฟล็กซ์หลายชั้นและแบบแข็ง-ยืดหยุ่น ควรจัดเส้นทางกราวด์และไฟฟ้าเป็นแผ่นต่อเนื่อง วิธีนี้ช่วยลดความไวต่อปัญหา EMC/ESD และลดการสูญเสียจากกระแสและความต้านทาน (IR losses) ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในอุปกรณ์ที่ตื่นจากการทำงานบ่อยครั้งและสื่อสารแบบไร้สาย

2. การถอดคู่ความถี่และการรักษาความสมบูรณ์ของแหล่งจ่ายไฟ

• การวางตำแหน่งตัวถอดคู่ความถี่อย่างระมัดระวัง: วางตัวเก็บประจุให้อยู่ใกล้กับขาจ่ายไฟ/กราวด์ และ LDOs/Buck regulators ให้มากที่สุด
• การเชื่อมต่อสั้นและกว้าง: ใช้เส้นทางเดินสัญญาณที่สั้นที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ระหว่างขั้วของตัวเก็บประจุและแผ่นวงจรรวม (IC pads) เพื่อลดสัญญาณรบกวนและความผันผวน

3. ตัวควบคุมแรงดันแบบตกต่ำน้อยและแบบสวิตชิ่ง

• LDOs สำหรับแหล่งจ่ายไฟที่มีความเงียบมาก: ส่วนที่เป็นอนาล็อก/RF มักใช้ LDOs เพื่อให้ได้สัญญาณรบกวนต่ำ แม้ว่าจะสูญเสียประสิทธิภาพบางส่วนไปก็ตาม
• ตัวควบคุมแบบสวิตชิ่งเพื่อประสิทธิภาพสูง: แพลตฟอร์มดิจิทัลและเซนเซอร์นิยมใช้ตัวควบคุมแบบสวิตชิ่งเพื่อให้มีประสิทธิภาพสูง แต่ต้องแลกมากับการออกแบบแผงวงจรพีซีบีที่ซับซ้อนขึ้น (เนื่องจากสัญญาณรบกวนจากการทำงานที่ความถี่สูง จำเป็นต้องวางแผนและป้องกันสัญญาณรบกวนอย่างระมัดระวัง)

4. เส้นทางจ่ายไฟแบบแบ่งส่วน

• โดเมนไฟฟ้าแบบมีสวิตช์ควบคุม: ใช้สวิตช์ควบคุมโหลดหรือทรานซิสเตอร์ MOSFET เพื่อตัดกระแสไฟฟ้าในส่วนต่างๆ (เช่น เซนเซอร์, บลูทูธ, จอแสดงผล) เมื่อไม่ได้ใช้งาน เพื่อป้องกันการรั่วไหลของกระแสไฟฟ้าเล็กน้อยในโหมดสลีป
• มาตรวัดแบตเตอรี่: การวางมาตรวัดแบตเตอรี่ที่ขาเข้าหลักของ FPC จะช่วยทำให้การวัดระดับประจุไฟฟ้าคงเหลือ (SOC) บนระบบง่ายขึ้น และช่วยให้สามารถใช้โปรโตคอลการชาร์จอัจฉริยะได้

การปรับแต่ง RF สำหรับการประกอบแผงวงจรพีซีบีแบบสวมใส่

อุปกรณ์สวมใส่จะทำงานได้ดีหรือล้มเหลวขึ้นอยู่กับความสามารถในการสื่อสารอย่างมีเสถียรภาพ ไม่ว่าจะเป็น Bluetooth สำหรับหูฟัง Wi-Fi สำหรับเครื่องติดตามผู้ป่วย หรือ NFC สำหรับการชำระเงินแบบไร้สัมผัส การออกแบบ RF ใน แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น แผงประกอบจะต้องสามารถรับมือกับปัญหาต่าง ๆ ที่เกิดจากการรวมระบบที่ซับซ้อนได้มากมาย

1. การออกแบบความต้านทานควบคุมและลายเส้น

• การจับคู่ความต้านทาน: การรักษา ความต้านทานเฉพาะที่ 50 โอห์ม บนลายเส้น RF โดยใช้โครงสร้างไมโครสตริปหรือโคพลานาร์เวฟไกด์ ตามที่ผู้ผลิตชิปแนะนำ
  • ปรับความกว้างของลายเส้น ระยะห่างจากพื้นดิน และลำดับชั้นของแผงวงจรพีซีบี ตาม เครื่องคำนวณอิมพีแดนซ์ .
• สายส่งสัญญาณ RF สั้นและตรง: ควรจัดวางเส้นทางส่งสัญญาณให้กับเสาอากาศให้สั้นและตรงที่สุด เพื่อลดการสูญเสียสัญญาณและการบิดเบือนของสัญญาณ

2. การจัดวางและการเว้นระยะให้กับเสาอากาศ

• การเว้นระยะมีความสำคัญ: ควรมีระยะอย่างน้อย 5–10 มม. รอบๆ เสาอากาศ โดยไม่มีแผ่นทองแดง พื้นที่ต่อศูนย์ หรือชิ้นส่วนขนาดใหญ่
  • สำหรับแผง FPC ขนาดเล็ก ให้ใช้เสาอากาศแบบพิมพ์บนบริเวณที่ยืดหยุ่นได้ — ซึ่งจะสามารถโค้งตัวไปกับอุปกรณ์ได้ แต่จำเป็นต้องมีการปรับแต่ง/จับคู่สัญญาณที่มีความทนทาน
• ห้ามมีโลหะอยู่ด้านบน/ด้านล่าง: หลีกเลี่ยงการวางแบตเตอรี่ แผ่นกำบัง หรือหน้าจอโดยตรงเหนือเสาอากาศหรือส่วนหน้าส่งสัญญาณ RF เพราะอาจทำให้เสาอากาศเสียการปรับจูนและลดพลังงานที่แผ่รังสีออกมา

3. การป้องกันสัญญาณรบกวน การต่อศูนย์ และการแยกสัญญาณ

• เกราดเชลด์สำหรับสัญญาณ RF: สร้างพื้นที่เทากราวด์และรั้วไวอาเวอร์รอบบริเวณรอยต่อระหว่าง RF และดิจิทัล
  • ใช้รั้วไวอาเวอร์ (แถวของไวอาเวอร์ที่ระยะห่าง 0.5–1.0 มม.) เพื่อแยกโซน RF ออกจากกัน
• การแยกสัญญาณดิจิทัล/RF: วางสัญญาณคล็อกดิจิทัล เส้นข้อมูล และแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตช์ให้อยู่ห่างจากส่วน RF ที่ไวต่อสัญญาณ ใช้พื้นที่เว้นว่างหรือช่องกั้นในระนาบกราวด์หากจำเป็น

กรณีศึกษา: โมดูลบลูทูธในเครื่องติดตามสุขภาพ

ทีมออกแบบเครื่องติดตามสุขภาพชั้นนำได้ใช้โครงสร้าง FPC หกชั้น โดยมีระนาบกราวด์เฉพาะที่ด้านบนและด้านล่าง โดยติดตั้งเสาอากาศบลูทูธไว้ที่ปลายสุดของบริเวณสายรัดแบบยืดหยุ่น พร้อมเว้นระยะปลอดทองแดงและชิ้นส่วนขนาด 15 มม. นักออกแบบใช้เครื่องคำนวณความต้านทานเชิงควบคุมเพื่อให้มั่นใจว่าเส้นทางส่งสัญญาณจะตรงกับค่า 50 โอห์ม อย่างแม่นยำ

11. แนวทางการออกแบบเพื่อความสะดวกในการผลิต (DFM)

การเปลี่ยนแนวคิดที่ยอดเยี่ยม การประกอบแผงวงจรพิมพ์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ ให้กลายเป็นความจริงในปริมาณมาก หมายถึงการออกแบบที่มากกว่าแค่การทำงาน— ความสามารถในการผลิต เป็นปัจจัยที่สำคัญอย่างยิ่ง การเพิกเฉย DFM สำหรับแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น หรือโครงสร้างแบบยืดหยุ่น-แข็งแรง อาจนำไปสู่ของเสียในการผลิต ผลผลิตที่ลดลง ต้นทุนที่เพิ่มขึ้น หรือแม้แต่การเปิดตัวล่าช้า สำหรับอุปกรณ์สวมใส ซึ่งมีรูปร่างขนาดเล็กและไม่สมมาตร พร้อมข้อกำหนดด้านความน่าเชื่อถือที่เข้มงวด การพิจารณาทุกรายละเอียดในแนวทาง DFM ของคุณย่อมมีความแตกต่างอย่างชัดเจน

หลักเกณฑ์ DFM พื้นฐานสำหรับแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นและแบบยืดหยุ่น-แข็งแรง

รักษารัศมีการโค้งให้เพียงพอ

• กฎรัศมีการโค้ง ≥10 เท่าของความหนา: สำหรับโซนยืดหยุ่นแบบไดนามิก (บริเวณที่จะมีการโค้งขณะใช้งาน) รัศมีการโค้งด้านในขั้นต่ำควรจะ 10 เท่าของความหนาโดยรวมของชั้นโครงสร้างแบบยืดหยุ่น .
  • ตัวอย่าง : แผ่น FPC ที่มีความหนา 0.2 มม. ห้ามโค้งแน่นกว่ารัศมี 2 มม. ในระหว่างการใช้งานปกติ
• การโค้งที่แคบลง สามารถทำได้สำหรับการใช้งานแบบคงที่ แต่จำเป็นต้องมีการทดสอบรอบก่อนการผลิตเสมอเพื่อรับรองคุณสมบัติ

หลีกเลี่ยงชิ้นส่วนและวายแอเรียที่ยืดหยุ่น/พับได้

• ไม่อนุญาตให้วางชิ้นส่วน/วายใกล้ขอบหรือส่วนที่สามารถพับได้:  
  • วางชิ้นส่วนสำคัญ/ไวต่อการเสียหายบนโซนแข็ง หรือห่างจากแกนการพับ
  • กฎกิริยา: เว้นระยะสำรองอย่างน้อย 1 mm ระหว่างชิ้นส่วน/วายที่ใกล้ที่สุดกับจุดเริ่มต้นของการพับแบบไดนามิก
• ใช้วายแบบปิดผิว (Tented) หรืออุดเต็ม (Filled) เท่านั้น: ป้องกันการซึมของฟลักซ์ หรือการเข้ามาของความชื้นและการกัดกร่อนในภายหลัง

รวมถึง Fiducials, รูตัวอย่าง (Tooling Holes), และองค์ประกอบการลงทะเบียน

• ตัวทำเครื่องหมาย Fiducial: จัดเตรียมจุดที่ชัดเจนสำหรับการจัดแนว SMT—มีความสำคัญต่อการประกอบอย่างแม่นยำ โดยเฉพาะกับชิ้นส่วนขนาด 0201
• รูสำหรับอุปกรณ์ติดตั้ง: ช่วยให้การจัดวางตำแหน่งบนตัวยึดประกอบแม่นยำ ซึ่งจำเป็นต่อการประกอบแผงฟเล็กซ์แบบอัตโนมัติความเร็วสูง

รักษาความสมมาตรของทองแดงและการเรียงลำดับชั้น

• การกระจายทองแดงอย่างสมดุล: เพื่อให้มั่นใจว่าคุณสมบัติทางกลสม่ำเสมอ และลดความเสี่ยงที่แผงวงจรจะโก่งหรือบิดเบี้ยวหลังจากการเผาผ่านเตา (reflow) หรือการดัดโค้ง
• เรียงลำดับชั้นอย่างสมมาตร: สำหรับการออกแบบแบบแข็ง-ยืดหยุ่น (rigid-flex) ควรจัดเรียงชั้นแบบสะท้อนภาพซึ่งกันและกันเท่าที่เป็นไปได้ เพื่อไม่ให้กระดานโค้งงอหลังกระบวนการผลิตหรือการเคลือบ

ใช้แผ่นเสริมความแข็งแรงและโครงเสริมที่เหมาะสม

• พื้นที่ที่ต้องการความแข็งแรงต้องมีการเสริมความแข็งแรง: เพิ่มแผ่นเสริมความแข็งแรง (ชิ้นส่วน FR-4 หรือ Polyimide) ใต้บริเวณขั้วต่อ SMT, แผ่นทดสอบ หรือชิ้นส่วนที่อาจได้รับแรงจากการเสียบหรือถอด

คำแนะนำการออกแบบเพื่อการประกอบสำหรับ FPCs แบบสวมใส่

• การออกแบบแผด ใช้แผดแบบไม่มีมาสก์บัดกรี (NSMD) เพื่อปรับปรุงคุณภาพของข้อต่อโซลเดอร์
• ระยะห่างระหว่างชิ้นส่วน เว้นระยะที่เพียงพอระหว่างอุปกรณ์ SMT เพื่อให้สามารถตรวจสอบด้วย AOI/X-ray ได้ โดยเฉพาะไมโคร-BGA
• ระยะห่างจากขอบ: อย่างน้อย 0.5 มม. จากทองแดงถึงเส้นรอบขอบบอร์ด เพื่อหลีกเลี่ยงการลัดวงจร การแยกชั้น หรือพื้นผิวขอบที่ไม่เรียบร้อย

ตารางแนวทางการวางเส้นทาง

การใช้เครื่องมือวิเคราะห์ DFM

เครื่องมืออุตสาหกรรมจากผู้ผลิต PCB ชั้นนำช่วยให้กระบวนการเปลี่ยนผ่านจากออกแบบสู่การผลิตราบรื่นขึ้น ใช้เครื่องมือตรวจสอบ DFM ฟรี/ออนไลน์ เพื่อตรวจจับความเสี่ยงด้านความสามารถในการผลิต ก่อนส่งไฟล์ gerber ไปยังผู้จัดจำหน่ายแผ่นฟเล็กซ์ของคุณ

• เครื่องมือ DFM ของ JLCPCB: ใช้งานผ่านเว็บ รองรับการออกแบบแบบฟเล็กซ์ แบบแข็ง และแบบผสม
• เครื่องมือวิเคราะห์ DFM ของ ALLPCB/Epec: มีห้องสมุดโครงสร้างชั้นสำหรับการออกแบบฟเล็กซ์ กฎ IPC ทั่วไป และสามารถจำลองขั้นตอนกระบวนการผลิตได้
• การตรวจสอบ DFM ภายในองค์กร: เครื่องมือ EDA หลายตัวรองรับการวิเคราะห์ DFM สำหรับแผ่นฟเล็กซ์และแบบผสมตามกฎเกณฑ์—เปิดใช้งานและปรับแต่งให้เหมาะสมโดยเร็วที่สุดในขั้นตอนวางผัง

รายการตรวจสอบการทบทวน DFM

• ยืนยันว่ารอยพับทั้งหมดตามต้องการมีรัศมีขั้นต่ำ
• ไม่มีชิ้นส่วนหรือแผ่นทดสอบในบริเวณที่ต้องพับ/ยืดหยุ่น
• โครงสร้างเลเยอร์สมดุลและเรียงซ้อนอย่างสมมาตร
• ฟิดูเชียลและรูเครื่องมืออยู่บนทุกแผง
• ระบุตำแหน่งตัวเสริมความแข็งไว้ใต้ขั้อต่อและตำแหน่งที่มีแรงกระทำสูง
• กฎการออกแบบ (DR) ทั้งหมดได้รับการตรวจสอบ DFM โดยผู้จัดจำหน่ายก่อนการผลิตจำนวนมาก

ตัวอย่าง: การหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดที่สูญเสียค่าใช้จ่าย

บริษัทสตาร์ทอัพชั้นนำด้านอุปกรณ์สวมใส่ล้มเหลวในการคำนึงถึงรัศมีการโค้งงอและการจัดวางไวอา ในการออกแบบแผ่นวงจรรุ่นแรกของผลิตภัณฑ์ตรวจติดตามสุขภาพ ส่งผลให้มี อัตราการปฏิเสธแผ่นวงจร 32% เนื่องจากเกิดรอยแตกที่เส้นทางไฟฟ้าและไวอาขาดในการผลิตชุดที่ 1 หลังจากการออกแบบใหม่โดยใช้ DFM ที่เหมาะสม เพิ่มระยะห่างระหว่างไวอากับจุดพับเป็น 1 มม. และเพิ่มรัศมีการโค้งงอขั้นต่ำเป็น 8 เท่าของความหนา ทำให้อัตราผลผลิตเพิ่มขึ้นเป็น 98.4% ในล็อตถัดไป และปัญหาการเคลมประกันก็หายไป

12. ความล้มเหลวทั่วไปในการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) และวิธีป้องกัน

แม้จะมีความก้าวหน้าในด้านวัสดุ การประกอบ และระบบอัตโนมัติของการออกแบบ แต่ประสิทธิภาพการใช้งานจริงของ การประกอบแผงวงจรพิมพ์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ มักถูกกำหนดโดยปัญหาความล้มเหลวที่เกิดขึ้นซ้ำๆ และสามารถป้องกันได้เพียงไม่กี่ประการ การเข้าใจสาเหตุรากและนำกลยุทธ์การป้องกันตามแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดมาใช้จึงเป็นสิ่งจำเป็น เพื่อหลีกเลี่ยงการเรียกคืนสินค้า การส่งคืน หรือลูกค้าไม่พึงพอใจ หัวข้อนี้จะอธิบายถึง กลไกความล้มเหลวที่พบบ่อยที่สุด ที่เกิดขึ้นในกระบวนการ แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น และ pCB แข็ง-ยืดหยุ่น การผลิต และเสนอแนะแนวทางแก้ไขที่ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถนำไปปฏิบัติได้จริง

การแตกร้าวและการเหนื่อยล้าของตะกั่วบัดกรี

สิ่งที่ผิดพลาด: เมื่อแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (flexible printed circuit boards) ถูกดัดโค้งซ้ำๆ บางครั้งอาจถึงหลายพันรอบในระหว่างการใช้งานประจำวัน เช่น บนอุปกรณ์สวมใส่ แรงเครียดจะสะสมอยู่ที่ข้อต่อตะกั่วบัดกรี SMB โดยเฉพาะบริเวณแนวโค้งหรือพื้นที่ที่มีความแตกต่างของแรงดึงสูง ในที่สุด อาจเกิดรอยแตกร้าวเล็กๆ ขึ้นในตะกั่วบัดกรี ทำให้เกิดการเชื่อมต่อที่มีความต้านทานสูง หรือขาดหายไปอย่างสิ้นเชิง

เกิดจากสาเหตุใด:

• การวางชิ้นส่วนบนหรือใกล้บริเวณที่มีการโค้งตัวแบบไดนามิก
• การใช้โลหะผสมตะกั่วบัดกรีที่เปราะ หรือไม่ใช้สารอันเดอร์ฟิล (underfill) ในกรณีที่จำเป็น
• การเผชิญหน้ากับอุณหภูมิที่เกินขั้นตอนระหว่างการประกอบ/การปรับปรุง (นําไปสู่การเติบโตของเมล็ดพันธุ์ขนาดเล็กหรือเพิ่มความเครียด)
• การออกแบบสับสน/แข็งของข้อต่อเนื่องที่ไม่ดี ทําให้ความเครียดมุ่งมั่นอยู่ด้านหนึ่ง

วิธีป้องกัน:

• ตั้งส่วนใหญ่หรือแข็งเสมอห่างจากแกนบิด ดีที่สุดคือในพื้นที่แข็ง
• ใช้การเติมลด ภายใต้ BGA, QFN หรือส่วนใหญ่ในพื้นที่พับเพื่อกระจายและดูดความเครียดทางกล
• ใช้โลหะยืดหยุ่น (เช่น บรรดาที่มีปริมาณเงินสูงกว่าสําหรับความยืดหยุ่น)
• การจําลองการบิดในช่วงระยะการสร้างต้นแบบ (การทดสอบแบบฟล็กซ์ไซค์ > 10,000 วงจร)
• ออกแบบการเปลี่ยนผ่านชั้นอย่างนุ่มนวล (ไม่มีขั้นตอนที่เปลี่ยนอย่างฉับพลันระหว่างโซนแข็งและยืดหยุ่น)

การแยกชั้นและการหลุดลอกของกาว

สิ่งที่ผิดพลาด: ชั้นต่างๆ ของบอร์ด FPC หรือบอร์ดริจิด-เฟล็กซ์ เกิดการแยกกัน ไม่ว่าจะเป็นตามแนวเชื่อมต่อระหว่างทองแดงกับพอลิอิไมด์ ภายในชั้นกาว หรือใต้ชั้นเคลือบในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง การแยกชั้นมักก่อให้เกิดความเสียหายร้ายแรง จนนำไปสู่การตัดการเชื่อมต่อวงจรทันที

สาเหตุหลัก:

• ความชื้นค้างอยู่ระหว่างกระบวนการประกอบ (ไม่ได้อบแผ่นบอร์ดแบบยืดหยุ่นมาก่อน)
• อุณหภูมิรีฟโลว์สูงเกินไป ทำให้กาวเสื่อมสภาพ
• การยึดเกาะระหว่างทองแดงกับพอลิอิไมด์ไม่ดีพอเนื่องจากสิ่งปนเปื้อนหรือลำดับการเรียงชั้นไม่ถูกต้อง
• ความเครียดจากการประกอบที่กระทำต่อชั้นต่างๆ เนื่องจากการติดตั้งสเตฟเฟนเนอร์ไม่เหมาะสม

วิธีป้องกัน:

• ควรอบแผ่นบอร์ดเอฟพีซีแบบยืดหยุ่นทุกครั้งก่อนการใช้งาน (125°C, 2–4 ชั่วโมง) ก่อนการประกอบ SMT เพื่อขจัดความชื้นที่ถูกดูดซึมออก
• ใช้ตะกั่วบัดกรีอุณหภูมิต่ำและปรับแต่งโปรไฟล์การนำกลับมาหลอมละลายใหม่ เพื่อหลีกเลี่ยงการสลายตัวของกาว
• ระบุให้ใช้พอลิไมด์คุณภาพสูงและระบบกาวที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว
• การออกแบบ/การใช้งานแผ่นเสริมความแข็งแรงอย่างระมัดระวัง —ใช้ร่วมกับฟิล์มยืดหยุ่น ไม่ใช่เม็ดกาวแข็ง

ตาราง: รายการตรวจสอบเพื่อป้องกันการแยกชั้น

การกัดกร่อนและน้ำซึมเข้า

สิ่งที่ผิดพลาด: รอยทองแดง เวีย หรือแผ่นทองแดงที่ไม่ได้รับการป้องกันจะเกิดการกัดกร่อน—โดยเฉพาะในอุปกรณ์ที่สัมผัสเหงื่อ—ทำให้เกิดเกลือทองแดงสีเขียว ความต้านทานสูง วงจรขาด หรือการลัดวงจรแบบกิ่งไม้

สาเหตุหลัก:

• การเคลือบผิวป้องกันที่ไม่สมบูรณ์หรือทาไม่ดี
• การซึมของน้ำยาที่รอยผ่านแบบเปิด/ไม่เติมในบริเวณที่ยืดหยุ่น
• ขอบที่ไม่ได้ปิดผนึกหรือวัสดุคลุมแยกตัวออก
• การเลือกผิวเคลือบพื้นผิวที่ไม่เหมาะสมสำหรับแผ่นทองแดงที่เปิด (HASL แทนที่จะเป็น ENIG/OSP)

วิธีป้องกัน:

• เลือกใช้ชั้นเคลือบที่ทนทาน (พาราไพรลีน, อะคริลิก, ซิลิโคน) เพื่อป้องกันสภาพแวดล้อม
• ปิดผิวหรือเติมรูทุกดวง ในโซนที่ยืดหยุ่น; หลีกเลี่ยงรูแบบผ่านที่ไม่จำเป็น
• การปิดผนึกขอบและการห่อคลุมอย่างต่อเนื่อง ของแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น
• ใช้ผิวเคลือบประเภท ENIG หรือ OSP พิสูจน์แล้วว่าทนต่อการกัดกร่อนในอุปกรณ์สวมใส่

การลื่นของความถี่ RF และความล้มเหลวของการไร้สาย

สิ่งที่ผิดพลาด: อุปกรณ์ที่ทำงานได้ในห้องปฏิบัติการ แต่กลับสูญเสียระยะทางหรือมีปัญหาการเชื่อมต่อแบบบลูทูธ/ไวไฟเป็นช่วงๆ "ในสภาพแวดล้อมจริง" บ่อยครั้งการปรับแก้หรือเคลือบอุปกรณ์ใหม่จะทำให้ความถี่ของเสาอากาศเปลี่ยนไป หรือเพิ่มการสูญเสียสัญญาณเข้า

สาเหตุทั่วไป:

• ระยะเว้นรอบเสาอากาศไม่เพียงพอ หรือไม่สามารถทำซ้ำผลได้
• เทแผ่นกราวด์หรือติดตั้งเกราะป้องกันใกล้เกินไปกับเสาอากาศ/เส้นทางสัญญาณ หลังจากการออกแบบใหม่หรือการแก้ไขเพิ่มเติม
• ลำดับชั้นของแผงวงจรพิมพ์ (stack-up) ผิด หรือความต้านทานขวาง (impedance) บนเส้นสัญญาณ RF ควบคุมไม่ได้
• เคลือบหนาเกินไป หรือใช้วัสดุที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริก (dielectric constant) ผิดบริเวณเสาอากาศ

วิธีป้องกัน:

• เว้นระยะ 5–10 มม. รอบๆ เสาอากาศ ทั้งในขั้นตอนการออกแบบเลยเอาต์และประกอบ
• ควบคุมความต้านทานขวางอย่างระมัดระวัง: ควรใช้เครื่องคำนวณ stack-up เสมอ และทดสอบค่า impedance ของตัวอย่างที่ประกอบเรียบร้อยแล้วในการผลิต
• การปรับแต่งเสาอากาศแบบอิน-ซีทู ต้องทำการปรับแต่งขั้นสุดท้ายหลังจากการเคลือบทุกชนิดและประกอบเปลือกภายนอกเรียบร้อยแล้ว
• กำหนดการทดสอบคลื่นวิทยุ (RF) เป็นรายการควบคุมคุณภาพขาออกในการผลิต ไม่ใช่เพียงแค่รายการตรวจสอบในช่วงออกแบบ

ตารางสรุปการป้องกันอย่างรวดเร็ว

การทดสอบ Flex-Cycle และอายุการใช้งานจำเป็นต้องทำ

สำหรับการออกแบบใดๆ ที่ตั้งใจใช้กับอุปกรณ์สวมใส่หรือการใช้งานแบบฟเล็กซ์ ตัวอย่างก่อนการผลิตจะต้องผ่านการทดสอบ วงจรการโค้งงอ , การทดสอบการตก, ความชื้น และหมอกเกลือ ผลลัพธ์จากการทดสอบเหล่านี้ควรใช้เป็นแนวทางในการปรับปรุงการออกแบบอย่างต่อเนื่อง—ก่อนที่จะเริ่มการผลิตจำนวนมาก

สรุป: ความล้มเหลวส่วนใหญ่ใน ชุดประกอบ FPC และ การผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น-แข็ง (rigid-flex PCB) เกิดจากปัจจัยพื้นฐานที่มองข้ามไป เช่น การวางตำแหน่ง การจัดการความชื้น การเคลือบผิว และความสมบูรณ์ของออกแบบทางไฟฟ้า หากคุณออกแบบอย่างรอบคอบในประเด็นเหล่านี้ คุณจะสามารถส่งมอบ แผงวงจรพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ (Wearable electronics PCB) ที่ทำงานได้อย่างยอดเยี่ยมในสภาพแวดล้อมจริง ไม่ใช่แค่ในห้องปฏิบัติการ

13. แนวโน้มในอนาคตของการผลิตแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นและแบบยืดหยุ่น-แข็ง

โลกของ การประกอบแผงวงจรพิมพ์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ และอิเล็กทรอนิกส์แบบยืดหยุ่นกำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว เมื่ออุปกรณ์สำหรับผู้บริโภคและอุปกรณ์ทางการแพทย์มีแนวโน้มเล็กลง ฉลาดขึ้น และทนทานมากขึ้น คลื่นนวัตกรรมถัดไปใน แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น และ pCB แข็ง-ยืดหยุ่น การออกแบบและการผลิต กำลังจะเปลี่ยนแปลงไม่เพียงแต่อุปกรณ์สวมใส่เท่านั้น แต่รวมถึงทั้งอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด มาดูกันว่าอะไรคือ แนวโน้มที่กำลังเกิดขึ้น ที่คาดว่าจะกำหนดอนาคตของ แผงวงจรพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ (Wearable electronics PCB) เทคโนโลยี.

1. วัสดุขั้นสูง: ก้าวไกลกว่าโพลีไมด์

• ซับสเตรตกราฟีนและนาโนแมททีเรียล: การนํามา graphene และวัสดุ 2 มิติอื่นๆ คาดว่าจะเปิดแนวหน้าใหม่สำหรับวงจรที่บางพิเศษ มีการนำไฟฟ้าสูง และยืดหยุ่นได้มาก เบื้องต้นการศึกษาแสดงให้เห็นถึงความยืดหยุ่นที่เหนือกว่า ความจุกระแสไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น และศักยภาพในการประยุกต์ใช้กับเซนเซอร์ชีวภาพแบบบูรณาการ หรือจอแสดงผลแบบยืดหยุ่นได้ (เช่น แผ่นปิดอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผิวหนัง หรือหุ่นยนต์อ่อน)
• โพลีอิไมด์ผสมแบบยืดหยุ่นได้: โพลีอิไมด์รูปแบบใหม่ที่มีคุณสมบัติยืดและเด้งกลับในตัว จะทำให้แผ่นวงจรพีซีบีสามารถทนต่อไม่เพียงแค่การโค้งงอ แต่ยังรวมถึงการยืดและการบิด ซึ่งเหมาะสำหรับอุปกรณ์สวมใส่ทางการแพทย์รุ่นต่อไปที่ต้องปรับตัวตามข้อต่อที่เคลื่อนไหว หรือเสื้อผ้ากีฬาอัจฉริยะ
• ซับสเตรตที่เข้ากันได้กับร่างกายและย่อยสลายได้: สำหรับอุปกรณ์ฝังร่างกายและของใช้ทิ้งที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม งานวิจัยกำลังก้าวหน้าไปสู่วัสดุที่สามารถย่อยสลายได้อย่างปลอดภัยหลังการใช้งาน หรือคงสภาพเฉื่อยในร่างกายระยะยาว

2. พีซีบีแบบยืดหยุ่นที่พิมพ์ 3 มิติและต้นแบบอย่างรวดเร็ว

• พีซีบีและตัวเชื่อมต่อที่พิมพ์ 3 มิติ: การรวมกันของเทคโนโลยีการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุและหมึกเชิงหน้าที่ ทำให้สามารถพิมพ์ชิ้นส่วนวงจรเต็มรูปแบบ รวมถึงเสาอากาศ และไฮบริดแบบแข็ง-ยืดหยุ่นได้ในกระบวนการเดียว ซึ่งช่วยลดระยะเวลาการทำต้นแบบจากหลายสัปดาห์เหลือเพียงไม่กี่ชั่วโมง และปลดปล่อยความคิดสร้างสรรค์ในการออกแบบเลย์เอาต์แบบอินทรีย์หรือฝังตัว
• อุปกรณ์เมดเทคส่วนบุคคล: คลินิกและโรงพยาบาลวิจัยจะสามารถพิมพ์เครื่องติดตามผู้ป่วยที่ออกแบบเฉพาะบุคคลได้อย่างรวดเร็ว โดยตรงกับลักษณะทางกายภาพหรือความต้องการทางการแพทย์อย่างแม่นยำ ช่วยลดต้นทุนลงอย่างมากและปรับปรุงผลลัพธ์สำหรับผู้ป่วย

3. การเติบโตของการรวมตัวแบบความหนาแน่นสูงและหลายชั้น

• จำนวนชั้นที่เพิ่มขึ้น: เมื่ออุปกรณ์สมาร์ตวอทช์และอุปกรณ์ทางการแพทย์ต้องการฟีเจอร์มากขึ้นในพื้นที่เท่าเดิม (หรือเล็กลง) อุตสาหกรรมจึงกำลังเปลี่ยนแนวโน้มไปสู่ แผ่นวงจรพิมพ์ยืดหยุ่นแบบ 6 ชั้น, 8 ชั้น หรือแม้แต่ 12 ชั้น โดยใช้ทองแดงบางเป็นพิเศษ (บางประมาณ 9 ไมครอน) และไดอิเล็กทริกคุณภาพสูงที่มีความละเอียดมาก
• เทคโนโลยีระยะห่างขนาดเล็กพิเศษและไมโครไวอา: ไมโครไวอาที่มีขนาดเล็กที่สุดเท่า 0.05 มม. และระยะห่างของส่วนประกอบที่ต่ำกว่า 0.3 มม. จะกลายเป็นมาตรฐานทั่วไป ซึ่งช่วยให้สามารถวางซ้อนเซนเซอร์ หน่วยความจำ และไอซีการจัดการพลังงานได้มากขึ้นเรื่อยๆ ภายในพื้นที่ไม่กี่มิลลิเมตร
• ระบบแบบบรรจุภัณฑ์ (SiP) และชิปบนฟเล็กซ์ การติดตั้งโดยตรงของไดอันเปลือย (ชิปบนฟเล็กซ์) โมดูลหลายชิป และพาสซีฟที่รวมเข้าด้วยกันบนซับสเตรตแบบยืดหยุ่น จะช่วยลดขนาดและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานในอุปกรณ์สวมใส่

4. การบูรณาการกับอิเล็กทรอนิกส์แบบยืดหดได้และผ้าอิเล็กทรอนิกส์

• การฝังลงในผ้า อิเล็กทรอนิกส์สวมใส่กำลังถูกถักทอเข้ากับเสื้อผ้ามากขึ้นเรื่อยๆ (เช่น เสื้อฉลาด ถุงเท้าอัจฉริยะ และแผ่นแปะอัจฉริยะ) โดยวงจรแบบยืดหยุ่นหรือโครงสร้างแบบแข็ง-ยืดหยุ่นสามารถห่อหุ้มหรือเย็บลงในเนื้อผ้าโดยตรง เพื่อประสบการณ์การใช้งานที่ไร้รอยต่อ
• นวัตกรรมวงจรแบบยืดหดได้ โครงข่ายโลหะ เส้นทางลายงู และวิศวกรรมซับสเตรต กำลังทำให้วงจรแบบยืดหดได้จริง—ที่สามารถยืดออกได้ 20–50%—กลายเป็นความจริงสำหรับอุปกรณ์ออกกำลังกายและอุปกรณ์ทางการแพทย์ ซึ่งต้องสามารถโค้ง บิด และยืดตามร่างกายได้โดยไม่สูญเสียหน้าที่การทำงาน

5. การทดสอบอัตโนมัติ การตรวจสอบ และการเพิ่มประสิทธิภาพผลผลิตด้วยปัญญาประดิษฐ์

• การรวมระบบสมาร์ทแฟคทอรี: สายการผลิตสำหรับการประกอบแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นกำลังนำเทคโนโลยีการตรวจสอบด้วยปัญญาประดิษฐ์ (AOI, เรย์เอ็กซ์ และการทดสอบด้วยหัวทดสอบบิน) มาใช้เพื่อตรวจจับข้อบกพร่องขนาดเล็ก คาดการณ์ความล้มเหลว และเพิ่มอัตราผลผลิตให้สูงสุด
• การทดสอบรอบการทำงานเป็นมาตรฐาน: เครื่องมือทดสอบแบบอัตโนมัติสำหรับการทดสอบการโค้งงอซ้ำและการทดสอบสภาพแวดล้อม จะกลายเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการมาตรฐานในไม่ช้า เพื่อให้มั่นใจว่าทุกล็อตของแผ่นวงจรพิมพ์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่จะตรงตามข้อกำหนดอายุการใช้งานตามฟังก์ชัน — ไม่ใช่เป็นเพียงส่วนเสริม แต่ถูกผสานไว้ในกระบวนการผลิตแล้ว

6. การขยายตัวของ IoT และระบบไร้สาย

• การเชื่อมต่อที่ไร้รอยต่อ: ด้วยเทคโนโลยี 5G, UWB และโปรโตคอล IoT รุ่นใหม่ๆ แผ่นวงจรพิมพ์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่จะสามารถรวมเสาอากาศเพิ่มเติม สวิตช์สัญญาณวิทยุขั้นสูง หรือแม้แต่เส้นทางวงจรที่สามารถซ่อมแซมตัวเองได้หรือปรับความถี่ได้ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานภายใต้สภาวะที่เปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา (เช่น เหงื่อ การเคลื่อนไหว หรือการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อม)
• การเก็บพลังงานบนตัวอุปกรณ์: การออกแบบแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นรุ่นถัดไปกำลังสำรวจการฝังเซลล์แสงอาทิตย์ พลังงานไตรโบอิเล็กทริก หรือองค์ประกอบการเก็บพลังงานจากคลื่นวิทยุ ซึ่งจะช่วยยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ หรือแม้แต่ทำให้แพตช์อัจฉริยะสามารถทำงานได้โดยไม่ต้องใช้แบตเตอรี่

มุมมองของอุตสาหกรรมและคำพูดจากผู้เชี่ยวชาญ

“เรากำลังก้าวข้ามแผงวงจรยืดหยุ่นแบบธรรมดาไปแล้ว แผงวงจุรุ่นต่อไปจะมีความนิ่ม ยืดหยุ่นได้ และแทบมองไม่เห็นสำหรับผู้ใช้งาน การแยกแยะระหว่างแผงวงจรกับผลิตภัณฑ์กำลังค่อยๆ หายไป”  — ผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยและพัฒนา เทคโนโลยีสวมใส่ ผู้ผลิตอุปกรณ์เทคโนโลยียักษ์ใหญ่ระดับ 5 อันดับแรก

“ทุกก้าวกระโดดของเทคโนโลยีซับสเตรต—กราฟีน โพลีอิไมด์ที่ยืดหยุ่นได้—ไม่เพียงแต่ทำให้อุปกรณ์เล็กลงเท่านั้น แต่มันยังก่อให้เกิดหมวดหมู่ผลิตภัณฑ์ใหม่ทั้งหมด เช่น สักลายอัจฉริยะ เซ็นเซอร์ทอเข้าผ้า เม็ดยาตรวจวัดชีวภาพ และอื่นๆ อีกมากมาย”  — หัวหน้านักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุ ผู้สร้างนวัตกรรมอุปกรณ์การแพทย์

ตาราง: คุณสมบัติที่พร้อมสำหรับอนาคตที่กำลังเข้ามาในกระบวนการผลิตแผงวงจรยืดหยุ่นและแบบผสม (Flexible และ Rigid-Flex PCB)

14. บทสรุป: เหตุใดแผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นและแบบผสมจึงขับเคลื่อนยุคต่อไป

การเดินทางผ่าน การประกอบแผงวงจรพิมพ์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ —ตั้งแต่วัสดุแกนกลางและกลยุทธ์การจัดชั้น ไปจนถึงขั้นตอนการประกอบ การป้องกัน และแนวโน้มในอนาคต—เปิดเผยความจริงข้อหนึ่งที่ซ่อนอยู่: แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น และ pCB แข็ง-ยืดหยุ่น เทคโนโลยีเหล่านี้คือรากฐานที่จะสร้างนวัตกรรมสวมใส่และทางการแพทย์ในทศวรรษหน้า

กุญแจสู่การย่อขนาดและฟังก์ชันการทำงาน

ไม่ว่าจะเป็นแผ่นติดเพื่อสุขภาพที่ออกแบบอย่างลับๆ หรือนาฬิกาอัจฉริยะที่มาพร้อมคุณสมบัติครบครัน การทำให้ขนาดเล็กลง กำหนดนิยามของอุปกรณ์สวมใส่ยุคใหม่ ซึ่งมีเพียง แผ่นวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น และแผงวงจรแบบแข็ง-ยืดหยุ่นรูปแบบผสมเท่านั้นที่สามารถใช้พื้นที่ที่มีอยู่ได้อย่างเต็มศักยภาพ โดยเลี้ยวโค้งไปตามรูปร่างต่างๆ จัดเรียงชั้นของฟังก์ชันสำคัญในความหนาน้อยกว่าหนึ่งมิลลิเมตร และมอบความสบายในการสวมใส่ที่เบากว่าขนนก เบาเหมือนขนนก ให้แก่ผู้ใช้งานปลายทาง

ตาราง: สรุป—เหตุใดแผงวงจรยืดหยุ่นและแบบแข็ง-ยืดหยุ่นจึงเหมาะกับอุปกรณ์สวมใส่

ความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์

อุปกรณ์สวมใส่ต้องเผชิญกับการโค้งงอ สารเหงื่อ การกระแทก และการใช้งานประจำวันนับพันครั้ง เพียงแต่ผ่านการ ชุดประกอบ FPC , การเคลือบผิวแบบคอนฟอร์มอล, การจัดวางชิ้นส่วนอย่างชาญฉลาด, และกฎ DFM ที่ได้รับการตรวจสอบยืนยันแล้ว เท่านั้นจึงจะสามารถหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดที่ทำให้การออกแบบระดับต่ำกว่าล้มเหลวได้ ผลิตภัณฑ์ที่ประสบความสำเร็จและเชื่อถือได้มากที่สุดในตลาดทั้งหมดล้วนปฏิบัติตามแนวทางปฏิบัติที่จำเป็นเหล่านี้—จนนำไปสู่ความสำเร็จทางการค้าอย่างแท้จริงและผู้ใช้งานที่พึงพอใจ

ขับเคลื่อนประสิทธิภาพและการจัดการพลังงาน

ตั้งแต่อายุการใช้งานแบตเตอรี่ไปจนถึงประสิทธิภาพ RF PCB สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ กำหนดมาตรฐานไว้สูง การควบคุมความต้านทานเชิงซ้อน การลดสัญญาณรบกวน และวงจรประหยัดพลังงานแบบบูรณาการที่เป็นไปได้ด้วยเทคนิคการผลิตล่าสุด ทำให้มั่นใจได้ว่าอุปกรณ์สวมใส่จะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพขณะใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ขนาดเล็กเพียงเล็กน้อย

สนับสนุนการประยุกต์ใช้งานแบบปฏิวัติวงการ

PCB แข็ง-ยืดหยุ่น และวงจรยืดหยุ่นขั้นสูงไม่เพียงแต่ตอบสนองความต้องการในปัจจุบันเท่านั้น แต่ยังเปิดประตูสู่นวัตกรรมแห่งอนาคต:

• แผ่นเวชภัณฑ์อัจฉริยะที่คอยตรวจสอบสุขภาพผู้ป่วยอย่างต่อเนื่อง
• อุปกรณ์ตรวจติดตามสมรรถภาพร่างกายที่สามารถซ่อนเร้นไปกับเสื้อผ้าหรือร่างกายได้
• โมดูล AR/VR ที่มีขนาดกะทัดรัด น้ำหนักเบา และ เกือบไร้น้ำหนัก
• อุปกรณ์สวมใส่ที่รองรับ IoT และ AI พร้อมการสื่อสารแบบเรียลไทม์ การเก็บเกี่ยวพลังงาน และปัญญาประดิษฐ์ในตัว

ทุกสิ่งเกี่ยวกับการทำงานร่วมกัน

ในท้ายที่สุด เพื่อใช้ศักยภาพอย่างเต็มที่ของ แผงวงจรพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับอุปกรณ์สวมใส่ (Wearable electronics PCB) โซลูชัน—โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานระดับมาสก์เกตหรือการใช้งานที่ต้องคำนึงถึงกฎระเบียบ—หมายถึงการร่วมมือกับพันธมิตรผู้เชี่ยวชาญด้านการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) การประกอบ และการทดสอบ ควรใช้เครื่องมือ DFM ของพวกเขา ดำเนินการทดสอบในสภาพแวดล้อมจริงก่อนการเปิดตัวผลิตภัณฑ์ และถือเอาบทเรียนจากภาคสนามเป็นแรงผลักดันในการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง