PCB แบบสองด้านทำงานอย่างไร?

การแนะนำ

วงจรพิมพ์ที่ยืดหยุ่นสองด้าน (FPC) เป็นความก้าวหน้าที่สำคัญในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยรวมความยืดหยุ่นกับการทำงานของเค้าโครงวงจรที่ซับซ้อน แตกต่างจากบอร์ดด้านเดียวที่มีรูปแบบการนำไฟฟ้าอยู่บนพื้นผิวเดียวเท่านั้น คุณสมบัติของ FPCs สองด้านที่ มีการติดตามตัวนำทั้งชั้นบนและด้านล่างของสารตั้งต้นที่ยืดหยุ่น เลเยอร์นำไฟฟ้าทั้งสองนี้เชื่อมต่อกันโดยใช้หลุมชุบทำให้สามารถออกแบบวงจรที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นโดยไม่เพิ่มขนาดโดยรวมของบอร์ด คุณสมบัตินี้มีความสำคัญสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดกะทัดรัดเช่นโมดูลควบคุมยานยนต์แผงสวิตช์พวงมาลัยเทคโนโลยีที่สวมใส่ได้และอุปกรณ์ทางการแพทย์

ข้อได้เปรียบหลักของ FPC สองด้านอยู่ในความสามารถในการเพิ่มความหนาแน่นของวงจรในขณะที่ยังคงความยืดหยุ่นทางกายภาพที่จำเป็นสำหรับการใช้งานที่บอร์ดแข็งจะล้มเหลว ด้วยการใช้สารตั้งต้นโพลีอิมด์หรือโพลีเอสเตอร์ผู้ผลิตให้แน่ใจว่าบอร์ดยังคงบางน้ำหนักเบาและสามารถโค้งงอหรือพับให้พอดีกับตัวเรือนผลิตภัณฑ์ขนาดกะทัดรัด สิ่งนี้ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีการสั่นสะเทือนพื้นที่ จำกัด และความเครียดเชิงกล

นอกจากนี้การออกแบบ FPC แบบสองด้านยังรองรับการกำหนดเส้นทางสัญญาณที่ซับซ้อนมากขึ้นและประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ดีขึ้น ส่วนประกอบสามารถติดตั้งได้ทั้งสองด้านและสัญญาณสามารถเคลื่อนที่ระหว่างเลเยอร์ผ่าน VIAS ลด crosstalk และปรับปรุงความสมบูรณ์ของสัญญาณ ความสมดุลระหว่างความสามารถในการปรับตัวเชิงกลและฟังก์ชั่นไฟฟ้าที่มีความหนาแน่นสูงทำให้ FPCs สองด้านเป็นตัวเลือกที่ขาดไม่ได้ในวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัย

ในส่วนต่อไปนี้เราจะสำรวจรายละเอียดว่า PCB สองด้านทำงานได้อย่างไรกระบวนการผลิตผลประโยชน์ประสิทธิภาพการใช้งานทั่วไปและการพิจารณาที่สำคัญเมื่อเลือกพวกเขาสำหรับโครงการ นอกจากนี้เรายังจะจัดเตรียมส่วนคำถามที่พบบ่อยโดยละเอียดและตารางเปรียบเทียบเพื่อชี้แจงความแตกต่างจาก PCB ประเภทอื่น ๆ

โครงสร้างและหลักการทำงานของ FPC สองด้าน

โครงสร้างหลักของ FPC สองด้านประกอบด้วยชั้นทองแดงสองชั้นคั่นด้วยสารตั้งต้นอิเล็กทริกซึ่งมักทำจากโพลีอิมด์ที่ยืดหยุ่น แต่ละชั้นทองแดงมีเส้นทางการนำไฟฟ้าที่ซับซ้อนซึ่งมีสัญญาณไฟฟ้าระหว่างส่วนประกอบต่างๆ เลเยอร์เหล่านี้เชื่อมต่อกันโดยใช้ หลุมชุบ (PTH) -รูเจาะขนาดเล็กที่เรียงรายไปด้วยวัสดุนำไฟฟ้าที่ทำให้กระแสไหลจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่ง

เมื่ออุปกรณ์ทำงานสัญญาณจะเดินทางไปตามร่องรอยทองแดงจากส่วนประกอบหนึ่งไปยังอีกส่วนหนึ่ง หากเส้นทางต้องข้ามเส้นทางสัญญาณอื่นการติดตามสามารถเคลื่อนย้ายไปยังฝั่งตรงข้ามของบอร์ดผ่าน VIA ซึ่งจะกำจัดสัญญาณรบกวน ความสามารถนี้เป็นสิ่งที่อนุญาต FPC แบบสองด้าน เพื่อรองรับเค้าโครงวงจรที่ซับซ้อนและกะทัดรัดมากกว่าบอร์ดด้านเดียว

กลไกการทำงานสามารถสรุปได้ดังนี้:

1. การกำหนดเส้นทางสัญญาณข้ามเลเยอร์ -สัญญาณไฟฟ้าเคลื่อนที่ระหว่างชั้นทองแดงทั้งสองผ่านผ่านหลุมชุบทำให้การออกแบบขนาดกะทัดรัดและสลับซับซ้อน

2. ความยืดหยุ่นในการติดตั้งส่วนประกอบ - ส่วนประกอบต่าง ๆ เช่นตัวต้านทานตัวเก็บประจุและวงจรรวมสามารถวางได้ทั้งสองด้านเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พื้นที่

3. ความยืดหยุ่นเชิงกล - ฐานโพลีไมด์ช่วยให้บอร์ดโค้งงอโดยไม่ทำลายร่องรอยทองแดงทำให้เหมาะสำหรับการพับลงในพื้นที่แคบ

4. การจัดการความร้อน -การออกแบบสองชั้นสามารถกระจายความร้อนที่เกิดจากส่วนประกอบประสิทธิภาพสูงปรับปรุงความน่าเชื่อถือ

การรวมกันของปัจจัยเหล่านี้ช่วยให้ FPC สองด้านสามารถจัดการความซับซ้อนของวงจรที่สูงขึ้นในขณะที่ยังคงความสามารถในการปรับตัวทางกายภาพ นี่คือเหตุผลที่พวกเขามักจะใช้ในวงจรควบคุมพวงมาลัยยานยนต์ซึ่งต้องมีเส้นทางสัญญาณหลายเส้นทางในพื้นที่ขนาดกะทัดรัดและโค้งโดยไม่ต้องเสียสละความทนทาน

กระบวนการผลิต FPC สองด้าน

การผลิต PCB ที่ยืดหยุ่นสองด้านนั้นเกี่ยวข้องกับขั้นตอนการควบคุมที่แม่นยำหลายขั้นตอนเพื่อให้แน่ใจว่าประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและความน่าเชื่อถือเชิงกล โดยทั่วไปแล้วกระบวนการจะเป็นไปตามขั้นตอนเหล่านี้:

1. การเตรียมวัสดุพื้นฐาน - สารตั้งต้นที่มีความยืดหยุ่นมักจะมีโพลีอิมด์จะถูกลามิเนตด้วยฟอยล์ทองแดงทั้งสองด้าน ความหนาของทองแดงถูกเลือกตามข้อกำหนดการพกพาปัจจุบันของแอปพลิเคชัน

2. แอปพลิเคชันและการถ่ายภาพ Photoresist- ทั้งสองด้านถูกเคลือบด้วยเลเยอร์ Photoresist ที่ไวต่อแสง รูปแบบวงจรจะถูกถ่ายโอนไปยังพื้นผิวทองแดงโดยใช้แสง UV ผ่าน photomask

3. การแกะสลัก - ทองแดงที่ไม่พึงประสงค์จะถูกลบออกโดยใช้การแกะสลักเคมีทิ้งไว้เบื้องหลังรูปแบบวงจรที่ต้องการทั้งสองด้าน

4. การขุดเจาะและการชุบ - เครื่องขุดเจาะที่แม่นยำสร้าง Vias ที่ชุบด้วยทองแดงเพื่อเชื่อมต่อชั้นวงจรด้านบนและด้านล่างไฟฟ้า

5. หน้ากากประสานและผิวผิว - หน้ากากประสานถูกนำไปใช้เพื่อป้องกันร่องรอยทองแดงจากการเกิดออกซิเดชันและป้องกันการเชื่อมประสานระหว่างการประกอบส่วนประกอบ เสร็จสิ้นเช่น Enig (อิเล็กโทรไลต์นิกเกิลจุ่มทองคำ) หรือ OSP (สารกันบูดความสามารถในการประสานอินทรีย์) ให้แน่ใจว่าการประสานและการต้านทานการกัดกร่อน

6. การทดสอบและการควบคุมคุณภาพ - FPC แต่ละตัวผ่านการทดสอบความต่อเนื่องทางไฟฟ้าและการทดสอบการดัดเชิงกลเพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพก่อนการจัดส่ง

กระบวนการที่พิถีพิถันนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายมีการนำไฟฟ้าสูงความยืดหยุ่นเชิงกลและความทนทานภายใต้รอบการดัดซ้ำ การจัดตำแหน่งที่แม่นยำของชั้นทองแดงทั้งสองในระหว่างการผลิตเป็นสิ่งสำคัญ - การจัดแนวใด ๆ อาจทำให้เกิดปัญหาความสมบูรณ์ของสัญญาณหรือความล้มเหลวทางกลระหว่างการดำเนินการ

ข้อดีของ FPC สองด้าน

FPCs สองด้าน ให้ประโยชน์ที่แตกต่างกันหลายประการทั้งบอร์ดที่ยืดหยุ่นด้านเดียวและ PCBs แข็ง:

• ความหนาแน่นของวงจรที่สูงขึ้น - สองชั้นทองแดงช่วยให้ตัวเลือกการกำหนดเส้นทางมากขึ้นทำให้การออกแบบที่ซับซ้อนในรอยเท้าขนาดเล็ก

• การออกแบบผลิตภัณฑ์ขนาดกะทัดรัด - ธรรมชาติที่บางและโค้งงอได้ช่วยให้พอดีกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ให้เข้ากับรูปร่างที่ไม่เป็นทางการหรือโค้ง

• ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ดีขึ้น - ลดความต้องการเส้นทางสัญญาณยาวช่วยลดความต้านทานและลดการสูญเสียสัญญาณ

• ประสิทธิภาพด้านต้นทุนสำหรับการออกแบบที่ซับซ้อน -เมื่อเทียบกับบอร์ดหลายชั้น FPC แบบสองด้านให้ความสมดุลระหว่างความซับซ้อนและค่าใช้จ่าย

• ความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้นในแอปพลิเคชันแบบไดนามิก - สารตั้งต้นที่ยืดหยุ่นดูดซับการสั่นสะเทือนลดความเสี่ยงของความล้มเหลวของการประสานร่วมกัน

ข้อได้เปรียบเหล่านี้อธิบายว่าทำไม FPC แบบสองด้านมักพบได้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ที่ทันสมัยเครื่องมือการบินและอวกาศอิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภคแบบพกพาและอุปกรณ์การแพทย์ที่สวมใส่ได้ ความสามารถในการรวมความซับซ้อนทางไฟฟ้าเข้ากับการปรับตัวเชิงกลทำให้วิศวกรมีอิสระในการออกแบบมากขึ้นโดยไม่ลดทอนประสิทธิภาพ

แอปพลิเคชันทั่วไปและกรณีการใช้งาน

FPC สองด้านมีความหลากหลายและใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม:

• ระบบยานยนต์ - ใช้ในสวิตช์พวงมาลัยจอแสดงผลแดชบอร์ดและระบบสาระบันเทิงซึ่งความยืดหยุ่นและความกะทัดรัดมีความสำคัญ

• อุปกรณ์การแพทย์ - ใช้ในเครื่องมือวินิจฉัยจอภาพสุขภาพที่สวมใส่ได้และเครื่องมือผ่าตัดเนื่องจากคุณสมบัติที่มีน้ำหนักเบาและโค้งงอ

• ผู้บริโภคอิเล็กทรอนิกส์ -พบได้ในสมาร์ทโฟนแท็บเล็ตและกล้องที่พับเก็บได้เพื่อเปิดใช้งานการออกแบบที่ประหยัดพื้นที่

• อุปกรณ์อุตสาหกรรม - ใช้ในหุ่นยนต์แผงควบคุมและชุดประกอบเซ็นเซอร์ที่ต้องการความทนทานสูงภายใต้ความเครียดเชิงกล

ตารางด้านล่างสรุปความแตกต่างของคีย์ระหว่าง PCB แบบสองด้าน

สอง	และ	แข็ง	ด้าน
ชั้นทองแดง	1	2	2+
ความยืดหยุ่น	สูง	สูง	ต่ำ
ความหนาแน่นของวงจร	ต่ำ	ปานกลาง	สูง
ค่าใช้จ่าย	ต่ำ	ปานกลาง	แตกต่างกันไป
แอปพลิเคชัน	วงจรง่ายๆ	ซับซ้อนยืดหยุ่น	แข็งและมีกำลังสูง

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับ FPC สองด้าน

Q1: อะไรคือความแตกต่างหลักระหว่าง FPC สองด้านและ FPC ด้านเดียว?
อัน FPC สองด้าน มีร่องรอยทองแดงทั้งสองด้านของสารตั้งต้นที่ยืดหยุ่นเชื่อมต่อผ่าน VIAS ช่วยให้การออกแบบวงจรที่ซับซ้อนและกะทัดรัดมากขึ้นเมื่อเทียบกับบอร์ดด้านเดียว

Q2: FPC แบบสองด้านสามารถจัดการแอปพลิเคชันปัจจุบันได้หรือไม่?
ใช่ แต่ความหนาของทองแดงและความกว้างการติดตามต้องได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสม สำหรับแอพพลิเคชั่นปัจจุบันที่สูงมากอาจจำเป็นต้องมีการออกแบบหลายชั้นหรือทองแดงเสริม

Q3: FPC แบบสองด้านมีราคาแพงกว่าด้านเดียวหรือไม่?
โดยทั่วไปใช่ ชั้นทองแดงเพิ่มเติมการขุดเจาะและกระบวนการชุบเพิ่มต้นทุนการผลิต แต่ยังคงมีประสิทธิภาพมากกว่าบอร์ดหลายชั้นเต็มสำหรับการออกแบบที่ซับซ้อนปานกลาง

Q4: FPCs สองด้านมีความทนทานแค่ไหน?
เมื่อผลิตด้วยวัสดุที่มีคุณภาพและกฎการออกแบบที่เหมาะสมพวกเขาสามารถทนต่อการดัดงอหลายพันรอบโดยไม่ลดลงอย่างมีนัยสำคัญในประสิทธิภาพ

Q5: ซอฟต์แวร์การออกแบบใดที่ดีที่สุดสำหรับการสร้างเค้าโครง FPC สองด้าน
ซอฟต์แวร์การออกแบบ PCB ระดับมืออาชีพส่วนใหญ่เช่น Altium Designer, KICAD และ ORCAD สามารถจัดการเลย์เอาต์ PCB ที่ยืดหยุ่นได้สองด้าน