Flex PCB กับ Rigid-Flex PCB: ควรเลือกแบบไหนในปี 2026?

คุณต้องการวงจรยืดหยุ่นในโปรเจกต์ถัดไป แต่ควรเลือก flex PCB ล้วนๆ หรือออกแบบเป็น rigid-flex? เลือกผิดแล้วจะเจอหนึ่งในสองปัญหา: จ่ายแพงเกินไปกับความซับซ้อนที่ไม่จำเป็น หรือเจอปัญหาความน่าเชื่อถือที่สถาปัตยกรรมที่ถูกต้องจะป้องกันได้ตั้งแต่แรก

คู่มือนี้ให้การเปรียบเทียบที่ชัดเจนและอิงข้อมูลจริงระหว่าง flex PCB กับ rigid-flex PCB ครอบคลุมโครงสร้าง ต้นทุน ประสิทธิภาพ และสถานการณ์ที่แต่ละแบบเหมาะสมที่สุด

ความแตกต่างที่แท้จริงคืออะไร?

Flex PCB คือแผ่นวงจรพิมพ์ที่สร้างทั้งหมดบนแผ่นฐานโพลิอิไมด์ (Polyimide) ที่ยืดหยุ่นได้ สามารถดัด พับ และปรับรูปทรงให้เข้ากับพื้นที่แคบๆ IPC จัดประเภทเป็น Type 1 (หน้าเดียว), Type 2 (สองหน้า) หรือ Type 3 (หลายชั้น)

Rigid-flex PCB รวมส่วนแข็ง FR-4 เข้ากับส่วนยืดหยุ่นโพลิอิไมด์ในบอร์ดเดียว ส่วนแข็งรองรับการติดตั้งชิ้นส่วน ส่วนยืดหยุ่นทำหน้าที่แทนสายเคเบิลและคอนเนกเตอร์ระหว่างส่วนต่างๆ IPC จัดประเภทเป็น Type 4 ตาม IPC-2223

จุดสำคัญที่ต้องเข้าใจ: rigid-flex ไม่ใช่แค่บอร์ดยืดหยุ่นที่เอา stiffener มาติดเสริม ชั้นแข็งและชั้นยืดหยุ่นถูกลามิเนตเข้าด้วยกันระหว่างกระบวนการผลิต สร้างเป็นโครงสร้างเดียวที่ชั้นทองแดงวิ่งต่อเนื่องจากโซนแข็งไปยังโซนยืดหยุ่น

"ความเข้าใจผิดที่พบบ่อยที่สุดคือวิศวกรมองว่า rigid-flex เป็นแค่ 'flex PCB บวกชิ้นส่วนแข็งบางส่วน' แต่จริงๆ แล้วโครงสร้างการผลิตต่างกันโดยสิ้นเชิง Rigid-flex ผลิตเป็นชิ้นเดียว ส่วนแข็งและส่วนยืดหยุ่นใช้ชั้นทองแดงร่วมกันและถูกลามิเนตเข้าด้วยกัน ทำให้ได้ความต่อเนื่องทางไฟฟ้าและความน่าเชื่อถือทางกลที่ไม่มีโซลูชันแบบใช้คอนเนกเตอร์ใดเทียบได้"

— Hommer Zhao, Engineering Director at FlexiPCB

เปรียบเทียบตัวต่อตัว

เปรียบเทียบต้นทุน: ตัวเลขจริง

ต้นทุนมักเป็นปัจจัยชี้ขาด การเปรียบเทียบที่ปริมาณการผลิตต่างกันเป็นดังนี้:

ต้นทุนการผลิตบอร์ด rigid-flex สูงกว่าเสมอ แต่การดูแค่ต้นทุนการผลิตบอร์ดอย่างเดียวทำให้เข้าใจผิด สิ่งที่ต้องพิจารณาคือ ต้นทุนรวมทั้งระบบ

บอร์ด rigid-flex หนึ่งแผ่นที่ทดแทน PCB แข็ง 3 แผ่น, สายเคเบิลยืดหยุ่น 2 เส้น และคอนเนกเตอร์ 4 ตัว จะตัดทิ้งได้:

• $2–$20 ค่าคอนเนกเตอร์
• $1–$10 ค่าสายเคเบิล
• 5–15 นาทีค่าแรงประกอบต่อชิ้น
• จุดบัดกรีหลายจุดที่แต่ละจุดเป็นจุดเสี่ยงต่อการชำรุด

ที่ปริมาณมากกว่า 2,000 ชิ้น rigid-flex มักจะให้ การประหยัดต้นทุนรวม 15–25% เทียบกับโซลูชันหลายบอร์ด สำหรับการวิเคราะห์ต้นทุนเชิงลึก ดูที่ คู่มือต้นทุน Flex PCB

"วิศวกรมักปฏิเสธ rigid-flex ทันทีที่เห็นใบเสนอราคาผลิตบอร์ด แต่เมื่อเราคำนวณต้นทุนรวม ทั้งคอนเนกเตอร์ที่ตัดออก เวลาประกอบที่ลดลง จุดทดสอบที่น้อยลง และอัตราการชำรุดภาคสนามที่ต่ำลง rigid-flex จะชนะที่ปริมาณการผลิตจริง จุดคุ้มทุนอยู่ที่ประมาณ 2,000 ชิ้น"

— Hommer Zhao, Engineering Director at FlexiPCB

เมื่อไหร่ควรเลือก Flex PCB

Flex PCB ล้วนเป็นทางเลือกที่ถูกต้องเมื่อ:

วงจรของคุณต้องดัดโค้งแบบไดนามิก หากส่วนยืดหยุ่นจะถูกดัดซ้ำๆ ระหว่างใช้งานผลิตภัณฑ์ เช่น บานพับโน้ตบุ๊ก หัวพิมพ์ หรืออุปกรณ์สวมใส่ การออกแบบ flex ล้วนด้วยทองแดง rolled annealed ทนได้หลายล้านรอบการดัด บอร์ด rigid-flex ไม่ได้ถูกออกแบบมาให้ดัดซ้ำๆ ในส่วนยืดหยุ่น

คุณกำลังทดแทนสายเคเบิลแบนหรือคอนเนกเตอร์ริบบอน วงจรยืดหยุ่น 1–2 ชั้นที่เชื่อมต่อบอร์ดแข็ง 2 แผ่น ถูกกว่าและน่าเชื่อถือกว่าคอนเนกเตอร์ FFC/FPC และมีต้นทุนน้อยกว่า rigid-flex มาก

พื้นที่และน้ำหนักเป็นสิ่งสำคัญที่สุด Flex PCB สามารถบางได้ถึง 0.1 มม. สำหรับงานอย่างโทรศัพท์พับได้หรือเครื่องช่วยฟังที่ทุกเศษส่วนของมิลลิเมตรมีค่า flex ล้วนให้โปรไฟล์ที่บางที่สุดเท่าที่เป็นไปได้

งบจำกัดและปริมาณน้อย สำหรับต้นแบบหรือการผลิตปริมาณน้อยต่ำกว่า 1,000 ชิ้น flex PCB มีต้นทุนต่ำกว่า rigid-flex ถึง 50–70%

การออกแบบของคุณมี 1–2 ชั้น หากวงจรของคุณเดินลายได้บน 1–2 ชั้น แทบไม่มีเหตุผลที่จะใช้ rigid-flex flex PCB ชั้นเดียว หรือ สองชั้น จะทำงานได้ในต้นทุนเพียงเศษส่วน

เมื่อไหร่ควรเลือก Rigid-Flex PCB

Rigid-flex เป็นทางเลือกที่ถูกต้องเมื่อ:

คุณเชื่อมต่อส่วนแข็ง 3 ส่วนขึ้นไป เมื่อการออกแบบมีหลายบอร์ดเชื่อมต่อกันด้วยสายเคเบิล rigid-flex เริ่มประหยัดต้นทุนรวมและเพิ่มความน่าเชื่อถือ บริการ rigid-flex ตัดคอนเนกเตอร์และสายเคเบิลทุกเส้นระหว่างบอร์ดเหล่านั้น

คุณต้องการส่วนแข็งที่มีชิ้นส่วนหนาแน่นพร้อมตัวเชื่อมต่อยืดหยุ่น แพ็กเกจ BGA, QFP แบบ fine-pitch และคอนเนกเตอร์จำนวนพินสูงต้องการพื้นผิวติดตั้งแบบแข็ง Rigid-flex ให้ความสามารถในการติดตั้งชิ้นส่วนเต็มรูปแบบบนส่วนแข็งพร้อมการเดินลายยืดหยุ่นระหว่างกัน

ความทนทานต่อแรงสั่นสะเทือนและแรงกระแทกเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง ในงานยานยนต์, อวกาศ และอุตสาหกรรม/การทหาร คอนเนกเตอร์คือจุดชำรุดอันดับ 1 เมื่อเกิดแรงสั่นสะเทือน Rigid-flex ตัดปัญหานี้ออกทั้งหมด

การออกแบบของคุณต้องการ 4 ชั้นขึ้นไป Flex หลายชั้นเกิน 4 ชั้นมีราคาแพงมากและผลิตยาก Rigid-flex รับมือกับการเดินลายหลายชั้นที่ซับซ้อนบนส่วนแข็ง ในขณะที่ส่วนยืดหยุ่นคงอยู่ที่ 1–2 ชั้น

ต้องการบรรจุภัณฑ์ 3 มิติ เมื่อวงจรต้องพับเป็นรูปทรง 3 มิติเฉพาะเพื่อใส่ในตัวเรือน rigid-flex ถูกสร้างมาเพื่อสิ่งนี้โดยเฉพาะ ส่วนแข็งคงรูปทรงในขณะที่ส่วนยืดหยุ่นพับตามมุมที่กำหนด

ต้องการอิมพีแดนซ์ควบคุมตลอดทั้งชุดประกอบ ใน rigid-flex สายนำสัญญาณที่ควบคุมอิมพีแดนซ์วิ่งต่อเนื่องจากส่วนแข็งไปยังส่วนยืดหยุ่นโดยไม่มีจุดไม่ต่อเนื่องที่คอนเนกเตอร์สร้างขึ้น สำคัญมากสำหรับงานดิจิทัลความเร็วสูงและ RF

ทางสายกลาง: Flex PCB กับ Stiffener

มีทางเลือกที่วิศวกรหลายคนมองข้าม: flex PCB กับ stiffener เฉพาะจุด วิธีนี้ให้พื้นที่ติดตั้งแบบแข็งสำหรับชิ้นส่วน (ใช้ stiffener FR-4 หรือสแตนเลสติดบนแผ่นยืดหยุ่น) ในขณะที่ยังคงความเรียบง่ายและต้นทุนต่ำของโครงสร้าง flex ล้วน

เลือก flex กับ stiffener เมื่อ: คุณต้องการติดตั้งชิ้นส่วนในบางจุดแต่ไม่ต้องการจำนวนชั้นต่างกันระหว่างส่วนแข็งและส่วนยืดหยุ่น และต้นทุนเป็นปัจจัยหลัก วิธีนี้เหมาะกับการออกแบบที่ซับซ้อนปานกลาง และมักจะได้ 80% ของฟังก์ชันการทำงานของ rigid-flex ที่ 50–60% ของต้นทุน

ใช้ เครื่องมือสร้าง stackup เพื่อสำรวจการกำหนดค่าต่างๆ หรือตรวจสอบด้วย เครื่องคำนวณรัศมีดัดโค้ง เพื่อตรวจสอบการออกแบบส่วนยืดหยุ่นของคุณ

5 ข้อผิดพลาดที่นำไปสู่การเลือกผิด

1. เลือก rigid-flex สำหรับการเชื่อมต่อยืดหยุ่นเพียงจุดเดียว หากคุณต้องการส่วนยืดหยุ่นเพียงจุดเดียวระหว่างบอร์ดแข็ง 2 แผ่น สายเคเบิลยืดหยุ่นธรรมดาเป็นทางเลือกที่ดีกว่าเกือบทุกครั้ง Rigid-flex คุ้มค่าทางเศรษฐกิจเมื่อตัดคอนเนกเตอร์หรือสายเคเบิลออก 3 ชิ้นขึ้นไป

2. ใช้ flex สำหรับการออกแบบที่มีชิ้นส่วนหนาแน่นโดยไม่มี stiffener ชิ้นส่วน SMD ต้องการพื้นผิวติดตั้งแบบแข็ง การพยายามบัดกรี BGA หรือชิ้นส่วน fine-pitch ลงบน flex ที่ไม่มีส่วนรองรับโดยตรงจะทำให้เกิดจุดบัดกรีชำรุด ต้องเพิ่ม stiffener เสมอหรือใช้ rigid-flex

3. กำหนดให้มีการดัดโค้งไดนามิกในการออกแบบ rigid-flex ส่วนยืดหยุ่นของ rigid-flex ออกแบบมาสำหรับการดัดแบบคงที่ คือพับครั้งเดียวตอนประกอบแล้วอยู่กับที่ หากส่วนยืดหยุ่นจะถูกดัดซ้ำๆ ให้ใช้สายเคเบิล flex ล้วนแทน

4. ไม่สนใจกฎการออกแบบบริเวณเปลี่ยนผ่าน จุดเปลี่ยนจากแข็งเป็นยืดหยุ่นคือจุดที่ rigid-flex ชำรุดบ่อยที่สุด ปฏิบัติตามแนวทาง IPC-2223: รักษาระยะห่างอย่างน้อย 0.5 มม. (20 mil) จากเวียถึงขอบเปลี่ยนผ่าน ใช้ teardrop pad และห้ามวางชิ้นส่วนภายในระยะ 2.5 มม. จากจุดเปลี่ยนผ่าน

5. เปรียบเทียบต้นทุนบอร์ดแทนต้นทุนระบบ บอร์ด rigid-flex แพงกว่าสายเคเบิล flex เสมอ แต่เมื่อรวมค่าคอนเนกเตอร์ ค่าแรงประกอบ ค่าทดสอบ และอัตราการชำรุดภาคสนาม การคำนวณมักจะกลับด้านที่ปริมาณการผลิตจริง

"ข้อผิดพลาดในการออกแบบที่ใหญ่ที่สุดที่ผมเห็นใน rigid-flex คือวิศวกรนำกฎของ PCB แข็งมาใช้กับส่วนยืดหยุ่น ส่วนยืดหยุ่นต้องการลายวงจรที่ตั้งฉากกับแนวดัด เพลนกราวด์แบบ cross-hatch แทนทองแดงเต็มแผ่น และเวียแบบสลับ ไม่ใช่ซ้อนกัน ทำผิดตรงนี้จะทำให้ทองแดงแตกร้าวและชำรุดภาคสนามที่แทบจะซ่อมไม่ได้"

— Hommer Zhao, Engineering Director at FlexiPCB

กรอบการตัดสินใจ: เช็คลิสต์ด่วน

ตอบคำถามเหล่านี้เพื่อระบุสถาปัตยกรรมที่เหมาะสม:

1. มีการเชื่อมต่อแข็ง-ต่อ-แข็งกี่จุด? 1 จุด = สายเคเบิล flex 2 จุดขึ้นไป = พิจารณา rigid-flex
2. ส่วนยืดหยุ่นจะถูกดัดระหว่างใช้งานผลิตภัณฑ์หรือไม่? ใช่ = flex ล้วนด้วยทองแดง rolled annealed ไม่ = ใช้ได้ทั้งสองแบบ
3. ต้องการจำนวนชั้นต่างกันระหว่างส่วนแข็งกับส่วนยืดหยุ่นหรือไม่? ใช่ = rigid-flex ไม่ = flex กับ stiffener เป็นไปได้
4. ปริมาณการผลิตเกิน 2,000 ชิ้นหรือไม่? ใช่ = ข้อได้เปรียบต้นทุนรวมของ rigid-flex เพิ่มขึ้น ไม่ = flex น่าจะถูกกว่า
5. ความต้องการทนแรงสั่นสะเทือน/แรงกระแทกสำคัญมากหรือไม่? ใช่ = rigid-flex (ไม่มีคอนเนกเตอร์ที่จะชำรุด) ไม่ = ใช้ได้ทั้งสองแบบ
6. การออกแบบต้องการอิมพีแดนซ์ควบคุมข้ามจุดเปลี่ยนผ่าน rigid-flex หรือไม่? ใช่ = rigid-flex ไม่ = ใช้ได้ทั้งสองแบบ

หากตอบ "rigid-flex" 3 ข้อขึ้นไป rigid-flex น่าจะเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด มิเช่นนั้น เริ่มจาก flex ล้วน เรียบง่ายกว่า ถูกกว่า และทำต้นแบบได้เร็วกว่า

คำถามที่พบบ่อย

Flex PCB กับ stiffener ทดแทน rigid-flex ได้หรือไม่?

ในหลายกรณี ได้ หากส่วนแข็งและส่วนยืดหยุ่นต้องการจำนวนชั้นเท่ากันและไม่ต้องการเวียความหนาแน่นสูงหรือไมโครเวียในส่วนแข็ง flex board กับ stiffener FR-4 หรือสแตนเลสสามารถทำงานได้ใกล้เคียงกันในต้นทุนต่ำกว่า 30–50% อย่างไรก็ตาม สำหรับการออกแบบที่ต้องการจำนวนชั้นต่างกันระหว่างส่วนต่างๆ หรือต้องการความน่าเชื่อถือสูงสุดที่บริเวณเปลี่ยนผ่าน rigid-flex จริงเป็นทางเลือกที่ดีกว่า

Rigid-flex PCB น่าเชื่อถือกว่า flex PCB หรือไม่?

สำหรับการเชื่อมต่อหลายส่วนแข็งโดยเฉพาะ ใช่ Rigid-flex ตัดคอนเนกเตอร์ออก ซึ่งเป็นสาเหตุอันดับ 1 ของการชำรุดภาคสนามในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายใต้แรงสั่นสะเทือนหรือวงจรความร้อน อย่างไรก็ตาม สำหรับงานดัดโค้งแบบไดนามิก flex PCB ล้วนที่เลือกวัสดุถูกต้อง (ทองแดง rolled annealed, โพลิอิไมด์ไม่มีกาว) น่าเชื่อถือกว่า เพราะส่วนยืดหยุ่นของ rigid-flex ไม่ได้ออกแบบมาสำหรับการดัดซ้ำ

รัศมีดัดโค้งขั้นต่ำของ rigid-flex PCB คือเท่าไร?

รัศมีดัดโค้งขั้นต่ำแบบคงที่สำหรับส่วนยืดหยุ่นของบอร์ด rigid-flex โดยทั่วไปคือ 12–24 เท่าของความหนาส่วนยืดหยุ่น ขึ้นอยู่กับจำนวนชั้นยืดหยุ่น (ตาม IPC-2223) สำหรับส่วนยืดหยุ่นหนา 0.2 มม. รัศมีดัดโค้งขั้นต่ำจะอยู่ที่ 2.4–4.8 มม. ควรปรึกษาผู้ผลิตเสมอและใช้ เครื่องคำนวณรัศมีดัดโค้ง เพื่อตรวจสอบ

ต้นแบบ rigid-flex PCB ใช้เวลานานแค่ไหน?

ระยะเวลาส่งมอบต้นแบบ rigid-flex โดยทั่วไปคือ 2–4 สัปดาห์ เทียบกับ 1–2 สัปดาห์สำหรับ flex ล้วน และ 3–5 วันสำหรับ PCB แข็ง ระยะเวลาที่นานกว่าเกิดจากกระบวนการผลิตที่ซับซ้อนกว่า ซึ่งรวมถึงการประมวลผลส่วนแข็งและส่วนยืดหยุ่นแยกกันก่อนลามิเนตขั้นสุดท้าย บริการเร่งด่วนสามารถส่งมอบได้ใน 5–7 วันทำการโดยมีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติม

สามารถแปลงการออกแบบหลายบอร์ดที่มีอยู่เป็น rigid-flex ได้หรือไม่?

ได้ และนี่เป็นหนึ่งในการใช้งาน rigid-flex ที่พบบ่อยที่สุด เริ่มจากระบุว่าบอร์ดไหนเชื่อมต่อกันและการเชื่อมต่อไหนที่ทำให้เกิดปัญหาความน่าเชื่อถือหรือเพิ่มค่าประกอบ การตรวจสอบการออกแบบ rigid-flex กับทีมวิศวกรรมของเราสามารถประเมินการออกแบบเฉพาะของคุณและประมาณการปรับปรุงด้านต้นทุนและความน่าเชื่อถือ

เครื่องมือออกแบบใดรองรับเลย์เอาต์ rigid-flex PCB?

Altium Designer และ Cadence Allegro มีการรองรับ rigid-flex ที่สมบูรณ์ที่สุด รวมถึงการจำลองการดัดโค้ง 3 มิติและการจัดการ stackup หลายโซน KiCad (v8+) มีความสามารถ rigid-flex พื้นฐาน EasyEDA มีการรองรับจำกัด เมื่อเลือกเครื่องมือออกแบบ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสามารถกำหนด stackup แยกสำหรับส่วนแข็งและส่วนยืดหยุ่น และสร้างแบบสำหรับการผลิตที่แสดงเส้นดัดโค้งและบริเวณเปลี่ยนผ่านได้

รับคำปรึกษาจากผู้เชี่ยวชาญ

ยังไม่แน่ใจว่าแนวทางไหนเหมาะกับโปรเจกต์ของคุณ? ขอตรวจสอบการออกแบบฟรี จากทีมวิศวกรรมของเรา ส่ง schematic หรือ layout เบื้องต้นมาให้เรา แล้วเราจะแนะนำสถาปัตยกรรมที่เหมาะสมที่สุด ไม่ว่าจะเป็น flex, rigid-flex หรือ flex กับ stiffener ตามความต้องการเฉพาะ ปริมาณ และงบประมาณของคุณ

อ้างอิง:

1. IPC — Association Connecting Electronics Industries. IPC-2223 Sectional Design Standard for Flexible Printed Boards
2. Altium. Rigid-Flex PCBs: Advantages and Challenges
3. Epectec. Design Comparison: Flex Circuit with Stiffeners vs. Rigid-Flex PCB