Rigid-Flex PCB Design: คู่มือออกแบบแผ่นวงจรยืดหยุ่นฉบับสมบูรณ์

บทนำ: Rigid-Flex PCB คืออะไร?

Rigid-Flex PCB คือแผ่นวงจรพิมพ์ที่ผสมผสานคุณสมบัติของทั้ง Rigid PCB (แข็ง) และ Flex PCB (ยืดหยุ่น) เข้าด้วยกันในแผ่นวงจรเดียว ทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่:

• ขนาดเล็กลง - ลดพื้นที่และ connectors
• น้ำหนักเบาลง - ไม่ต้องใช้สายไฟเชื่อมต่อ
• น่าเชื่อถือมากขึ้น - ลดจุดเชื่อมต่อ
• ดีไซน์ 3 มิติ - ม้วน พับ ได้ตามต้องการ

> คำแนะนำจากผู้เชี่ยวชาญ: "Rigid-Flex PCB ช่วยลดความซับซ้อนของการประกอบได้มาก แทนที่จะต้องเชื่อมต่อ PCB หลายแผ่นด้วยสายไฟ คุณสามารถรวมทุกอย่างไว้ในแผ่นเดียวที่ออกแบบมาให้พอดีกับโครงสร้างของผลิตภัณฑ์" — Hommer Zhao, ผู้เชี่ยวชาญด้านการผลิต PCB

---

โครงสร้างของ Rigid-Flex PCB

ส่วนประกอบหลัก

เปรียบเทียบ Rigid vs Flex vs Rigid-Flex

---

ประเภทของ Rigid-Flex PCB

1. Single-Sided Flex (Type 1)

```

Rigid → 1 Layer Flex → Rigid

```

• ง่ายที่สุด
• ราคาถูกที่สุด
• สำหรับ static flex หรือ install-to-flex

2. Double-Sided Flex (Type 2)

```

Rigid → 2 Layer Flex → Rigid

```

• Flex area มี 2 ชั้น
• รองรับ signal หลายเส้น
• ยังคงยืดหยุ่นได้ดี

3. Multilayer Rigid-Flex (Type 3-4)

```

4-8 Layer Rigid → 2-4 Layer Flex → 4-8 Layer Rigid

```

• ซับซ้อนที่สุด
• รองรับ high-density signals
• สำหรับงาน aerospace, medical

---

Stack-up Design

ตัวอย่าง 4-Layer Rigid-Flex

หลักการออกแบบ Stack-up

1. ใช้ชั้นคู่ใน Flex Area

- ลด stress concentration

- Balance copper ทั้งสองด้าน

1. Adhesiveless PI สำหรับ Dynamic Flex

- ทน flex cycles มากกว่า

- Thermal stability ดีกว่า

1. Stagger หรือ Loose-Leaf Design

- แยก layer ใน flex area

- ลด total thickness ที่ bend

```

Bookbinder (All Layers Bonded):

└── ทุกชั้นยึดติดกัน

└── หนากว่า

└── สำหรับ static flex

Loose-Leaf (Layers Separated):

└── ชั้นแยกใน flex area

└── บางกว่า, ดัดง่ายกว่า

└── สำหรับ dynamic flex

```

---

Bend Area Design Guidelines

1. Minimum Bend Radius

กฎทั่วไปสำหรับ bend radius ขั้นต่ำ:

ตัวอย่าง:

```

Flex Thickness = 0.2 mm

Install-to-Flex: R ≥ 6 × 0.2 = 1.2 mm

Static Flex: R ≥ 12 × 0.2 = 2.4 mm

Dynamic Flex: R ≥ 25 × 0.2 = 5.0 mm

```

2. Trace Routing ใน Bend Area

DO:

• ✅ วาง traces ตั้งฉากกับแนว bend
• ✅ ใช้ curved traces (ไม่มีมุมแหลม)
• ✅ กระจาย traces ให้สม่ำเสมอ
• ✅ ใช้ hatched ground plane

DON'T:

• ❌ วาง traces ขนานกับแนว bend
• ❌ มี traces ซ้อนทับกันที่ bend
• ❌ ใช้ solid copper plane ที่ bend
• ❌ เปลี่ยน layer ที่ bend area

3. Copper Features ใน Flex

---

Transition Zone Design

Transition Zone คือบริเวณที่ Rigid และ Flex มาเชื่อมกัน เป็นจุดที่ stress สูงที่สุด

Best Practices:

1. Gradual Transition

- ไม่ให้หยุดกะทันหัน

- ใช้ stepped transition

1. Anchor Pattern

- เพิ่ม copper anchors ที่ transition

- ป้องกัน delamination

1. Relief Cuts

- ตัดมุมที่ edge ของ rigid

- ลด stress concentration

1. Solder Mask Opening

- เปิด solder mask ที่ transition

- ลด cracking

```

[Rigid Area]

│

└──┬── Transition Zone (2-3 mm)

│ - Copper anchors

│ - Stepped thickness

│ - Relief cuts

│

[Flex Area]

```

---

Design for Manufacturing (DFM) Tips

1. Panelization

2. Coverlay Design

Coverlay เป็น protective layer สำหรับ flex:

3. Stiffener Placement

4. Via Design

---

Electrical Considerations

1. Impedance Control

Flex section มี Dk ต่างจาก FR4:

ผลกระทบ:

• Trace width ใน flex ต้องปรับเพื่อให้ได้ impedance เดียวกัน
• คำนวณแยกสำหรับ rigid และ flex sections

2. Signal Integrity

3. Power Distribution

• ใช้ hatched copper แทน solid plane ที่ flex
• Width ของ power traces ต้องเพียงพอ
• หลีกเลี่ยง narrow neck ที่ transition

---

การใช้งาน Rigid-Flex PCB

1. Medical Devices

ดู บริการสำหรับอุปกรณ์การแพทย์

2. Consumer Electronics

ดู บริการสำหรับอิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภค

3. Aerospace & Defense

ดู บริการสำหรับการบินและอวกาศ

4. Automotive

ดู บริการสำหรับยานยนต์

---

ต้นทุนและ Lead Time

ปัจจัยที่ส่งผลต่อราคา

เปรียบเทียบราคาโดยประมาณ

Lead Time ทั่วไป

---

Checklist: Rigid-Flex Design Review

Stack-up:

• [ ] ใช้ adhesiveless PI สำหรับ dynamic flex
• [ ] Balance copper layers ทั้งสองด้าน
• [ ] กำหนด bookbinder หรือ loose-leaf

Bend Area:

• [ ] Bend radius ≥ minimum requirement
• [ ] Traces ตั้งฉากกับ bend line
• [ ] ไม่มี vias ใกล้ bend (<2.5 mm)
• [ ] ใช้ hatched ground plane

Transition Zone:

• [ ] มี gradual transition
• [ ] เพิ่ม anchor pattern
• [ ] มี relief cuts ที่มุม

DFM:

• [ ] Coverlay openings มี rounded corners
• [ ] Stiffeners ที่ตำแหน่งที่เหมาะสม
• [ ] Panelization ถูกต้อง

Electrical:

• [ ] Impedance calculation แยก rigid/flex
• [ ] High-speed signals อยู่ใน rigid
• [ ] Power distribution เพียงพอ

---

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

Q1: Rigid-Flex แพงกว่า FR4 เท่าไหร่?

A: โดยทั่วไป 5-15 เท่าของ FR4 ขึ้นกับความซับซ้อน แต่เมื่อรวม:

• ลด assembly cost (ไม่ต้องใช้ connectors)
• ลด failure rate
• ลด product size

Total cost อาจใกล้เคียงหรือถูกกว่า

Q2: สามารถใช้ SMT บน Rigid-Flex ได้หรือไม่?

A: ได้ แต่:

• ติดตั้งบน rigid section เท่านั้น
• ต้องมี stiffener รองรับ
• ต้องระวัง thermal profile

Q3: Rigid-Flex ทนการดัดได้กี่ครั้ง?

A: ขึ้นกับการออกแบบ:

Q4: Software อะไรรองรับการออกแบบ Rigid-Flex?

A:

• Altium Designer
• Cadence Allegro
• Mentor PADS
• KiCad (limited)
• OrCAD

Q5: สามารถทำ prototype ได้เร็วแค่ไหน?

A: Quick-turn prototype: 1-2 สัปดาห์

Standard prototype: 2-3 สัปดาห์

---

สรุป

Rigid-Flex PCB เป็นโซลูชันที่ดีสำหรับ:

✅ ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการขนาดเล็กและน้ำหนักเบา

✅ การเชื่อมต่อ 3 มิติที่ซับซ้อน

✅ ลดจำนวน connectors และจุดเชื่อมต่อ

✅ เพิ่มความน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมรุนแรง

✅ Wearables, Medical, Aerospace applications

ข้อควรพิจารณา:

• ต้นทุนสูงกว่า standard PCB
• Lead time นานกว่า
• ต้องการ design expertise
• ต้องทำงานร่วมกับผู้ผลิตตั้งแต่ต้น

> สรุปจากผู้เชี่ยวชาญ: "การออกแบบ Rigid-Flex ที่ดีต้องเริ่มจากการเข้าใจ mechanical requirements ของผลิตภัณฑ์ ไม่ใช่แค่ electrical requirements ควรทำงานร่วมกับ mechanical engineer และผู้ผลิต PCB ตั้งแต่เริ่มต้น" — Hommer Zhao

---

บริการของเรา

PCB Thailand ให้บริการ Rigid-Flex PCB และ Flex PCB:

• Design Support - ช่วยออกแบบ stack-up
• DFM Review - ตรวจสอบก่อนผลิต
• Prototype - ต้นแบบ 2-3 สัปดาห์
• Production - ผลิตจำนวนมาก

ขอใบเสนอราคา หรือ ติดต่อเรา เพื่อปรึกษาโครงการ Rigid-Flex ของคุณ

---

บทความที่เกี่ยวข้อง

• Flex PCB vs Rigid PCB: เปรียบเทียบฉบับสมบูรณ์
• HDI PCB vs Standard PCB
• คู่มือ PCB Stack-up สำหรับ Multilayer
• DFM Checklist: 25 ข้อที่ต้องตรวจสอบ

---

เอกสารอ้างอิง

1. IPC-2223 Sectional Design Standard for Flexible PCBs: www.ipc.org
2. IPC-6013 Qualification and Performance Specification for Flexible PCBs: www.ipc.org
3. IPC-2221 Generic Standard on PCB Design: www.ipc.org
4. DuPont Pyralux Design Guide: www.dupont.com