Proses Produksi PCB Rigid-Flex Multilapis: Panduan Langkah demi Langkah & Wawasan Industri

PCB rigid-flex multilayer mewakili inovasi hibrida dalam elektronik, menggabungkan stabilitas struktural PCB kaku dengan fleksibilitas sirkuit fleksibel. Desain unik ini memungkinkan perangkat untuk ditekuk, dilipat, atau disesuaikan dengan ruang sempit—kritis untuk aplikasi modern seperti ponsel lipat, sensor otomotif, dan implan medis—sambil mendukung sirkuit padat, multi-lapis. Namun, proses produksinya jauh lebih kompleks daripada PCB tradisional yang hanya kaku atau fleksibel, membutuhkan bahan khusus, laminasi presisi, dan penanganan segmen fleksibel yang hati-hati.

Panduan ini mengungkap proses produksi PCB rigid-flex multilayer, mulai dari pemilihan bahan hingga pengujian akhir. Ini mencakup langkah-langkah terperinci, data komparatif terhadap jenis PCB lainnya, dan praktik terbaik yang kritis untuk memastikan keandalan. Baik Anda seorang insinyur yang merancang untuk miniaturisasi atau produsen yang meningkatkan produksi, memahami proses ini akan membantu Anda memanfaatkan potensi penuh teknologi rigid-flex multilayer.

Apa Itu PCB Rigid-Flex Multilayer?
Sebelum menyelami produksi, penting untuk mendefinisikan PCB rigid-flex multilayer dan nilai uniknya:

  1.Struktur: Mereka terdiri dari lapisan kaku bergantian (biasanya FR-4) dan lapisan fleksibel (misalnya, polimida), dihubungkan melalui vias berlapis untuk membentuk sirkuit terpadu tunggal.
  2.Keuntungan Utama: Tidak seperti PCB kaku (bentuk tetap) atau PCB hanya fleksibel (jumlah lapisan terbatas), desain rigid-flex multilayer mendukung 4–20 lapisan sirkuit sambil memungkinkan pembengkokan di area tertentu (misalnya, engsel ponsel lipat).
  3.Penggunaan Umum: Elektronik lipat, modul ADAS otomotif, perangkat medis yang dapat dikenakan, dan sensor dirgantara—aplikasi di mana ruang, berat, dan daya tahan tidak dapat dinegosiasikan.

Proses produksinya harus menyeimbangkan dua kebutuhan yang saling bertentangan: presisi yang diperlukan untuk sirkuit multilayer dan fleksibilitas untuk menghindari kerusakan lapisan fleksibel selama manufaktur.

Langkah 1: Pemilihan Bahan – Fondasi PCB Rigid-Flex yang Andal
Pilihan bahan sangat penting untuk PCB rigid-flex multilayer, karena setiap komponen harus tahan terhadap panas laminasi, siklus pembengkokan, dan lingkungan penggunaan akhir. Di bawah ini adalah rincian bahan kritis dan spesifikasinya:

Pertimbangan Bahan Kritis
  1.Kompatibilitas Fleksibel-Kaku: Perekat harus cocok dengan CTE (koefisien ekspansi termal) dari substrat fleksibel dan kaku untuk menghindari lengkungan selama laminasi. Misalnya, inti fleksibel polimida paling cocok dengan perekat epoksi (CTE ~20 ppm/°C) untuk meminimalkan tekanan.
  2.Daya Tahan Lapisan Fleksibel: Gunakan tembaga rolled-annealed (RA) untuk jejak fleksibel—keuletannya tahan terhadap 10.000+ siklus pembengkokan, dibandingkan dengan 1.000–2.000 siklus untuk tembaga electrodeposited (ED).
  3.Aplikasi Suhu Tinggi: Untuk penggunaan otomotif atau dirgantara, pilih substrat fleksibel LCP (polimer kristal cair), yang mempertahankan fleksibilitas pada suhu 200°C+ dan tahan terhadap bahan kimia.

Langkah 2: Proses Produksi Rigid-Flex Multilayer Langkah-Demi-Langkah
Proses produksi mengintegrasikan manufaktur PCB kaku (laminasi, pengeboran) dengan teknik PCB fleksibel (penanganan substrat halus, menghindari lipatan). Di bawah ini adalah rincian berurutan yang terperinci:

Fase 1: Pra-Produksi & Persiapan Bahan
Sebelum pola sirkuit, bahan disiapkan untuk memastikan keseragaman dan adhesi:

1.Persiapan Inti Fleksibel:
  a.Substrat fleksibel (misalnya, polimida 50μm) dibersihkan dengan isopropil alkohol untuk menghilangkan minyak dan debu—kontaminan yang menyebabkan   b.kegagalan perekat.
Foil tembaga (tembaga RA 12–35μm) dilaminasi ke kedua sisi inti fleksibel menggunakan panas (180°C) dan tekanan (300 psi), membentuk “laminasi berlapis tembaga fleksibel (CCL).”
2.Persiapan Inti Kaku:
  a.Substrat kaku (misalnya, FR-4 1,6mm) dipotong sesuai ukuran panel (biasanya 18”x24”) dan dibersihkan untuk menghilangkan tepi tajam.
  b.Foil tembaga (tembaga ED 35–70μm) diikat ke inti kaku melalui laminasi termal, menciptakan dasar untuk lapisan sirkuit kaku.

Fase 2: Pemolaan Sirkuit (Lapisan Fleksibel & Kaku)
Pemolaan menciptakan jejak konduktif pada lapisan fleksibel dan kaku, menggunakan fotolitografi dan etsa:

1.Aplikasi Fotoresist:
  a.Resist fotosensitif (film cair atau kering) diterapkan pada laminasi fleksibel dan kaku berlapis tembaga. Untuk lapisan fleksibel, resist fleksibel digunakan untuk menghindari retak selama penanganan.
2.Pemaparan & Pengembangan:
  a.Resist terpapar sinar UV melalui photomask (dengan pola sirkuit). Resist yang tidak terpapar dicuci dengan larutan pengembang, meninggalkan jejak tembaga yang akan dietsa terpapar.
3.Etsa:
  a.Lapisan fleksibel: Direndam dalam etsa ringan (ammonium persulfat) untuk menghilangkan tembaga yang tidak diinginkan—waktu etsa dikurangi 20% dibandingkan dengan lapisan kaku untuk menghindari kerusakan substrat polimida.
  b.Lapisan kaku: Dietsa dengan besi klorida atau tembaga klorida, standar untuk FR-4.
4.Pengupasan Resist:
  a.Fotoresist yang tersisa dihilangkan dengan pelarut (misalnya, natrium hidroksida), mengungkapkan pola sirkuit akhir pada lapisan fleksibel dan kaku.

Fase 3: Laminasi – Mengikat Lapisan Fleksibel & Kaku
Laminasi adalah langkah paling kritis dalam produksi rigid-flex, karena harus mengikat lapisan tanpa melipat segmen fleksibel atau merusak sirkuit:

1.Pemotongan Perekat:
  a.Lembaran perekat (misalnya, berbasis epoksi) dipotong laser agar sesuai dengan ukuran panel, dengan bukaan untuk vias dan area fleksibel (untuk menghindari pengikatan segmen fleksibel ke lapisan kaku).
2.Stackup Lapisan:
  a.Lapisan disejajarkan menggunakan tanda fidusia (lingkaran tembaga 1mm) untuk memastikan registrasi via dan jejak (toleransi ±0,02mm). Stackup biasanya mengikuti: Lapisan Kaku → Perekat → Lapisan Fleksibel → Perekat → Lapisan Kaku.
3.Laminasi Terkendali:
  a.Tumpukan ditekan dalam laminator vakum pada suhu 160–180°C dan 400–500 psi selama 30–60 menit. Vakum menghilangkan gelembung udara, sementara tekanan bertahap mencegah lipatan lapisan fleksibel.
  b.Untuk desain lapisan tinggi (10+ lapisan), laminasi berurutan digunakan: lapisan ditambahkan satu per satu, dengan penyembuhan perantara untuk mempertahankan penyelarasan.

Fase 4: Pengeboran – Membuat Vias untuk Konektivitas Lapisan
Vias (lubang yang menghubungkan lapisan) dibor setelah laminasi, dengan teknik yang disesuaikan untuk area fleksibel dan kaku:

1.Perencanaan Pengeboran:
  a.File Gerber menentukan lokasi via: Through-hole (menghubungkan semua lapisan), Blind vias (menghubungkan lapisan luar ke dalam), dan Buried vias (menghubungkan lapisan dalam saja). Area fleksibel menggunakan vias yang lebih kecil (0,1–0,2mm) untuk menghindari retak.
2.Metode Pengeboran:
  a.Pengeboran Mekanis: Digunakan untuk lapisan kaku (diameter via ≥0,2mm) dengan mata bor karbida (30.000 RPM) untuk memastikan lubang bersih.
  b.Pengeboran Laser: Digunakan untuk lapisan fleksibel dan microvia (≤0,15mm) dengan laser UV—meminimalkan kerusakan panas pada substrat polimida.
3.Deburring & Desmearing:
  a.Lapisan fleksibel: Etsa plasma menghilangkan noda resin dari dinding via (menghindari korsleting) tanpa mengikis substrat yang halus.
  b.Lapisan kaku: Desmearing kimia (menggunakan kalium permanganat) membersihkan dinding via untuk pelapisan.

Fase 5: Pelapisan – Memastikan Konektivitas Listrik
Pelapisan melapisi dinding via dengan tembaga untuk menghubungkan lapisan dan menambahkan lapisan akhir permukaan untuk kemampuan solder:

1.Pelapisan Tembaga Elektroless:
  a.Lapisan tembaga tipis (0,5–1μm) disimpan pada dinding via dan jejak sirkuit melalui reaksi kimia (tanpa listrik), menciptakan dasar untuk pelapisan listrik.
2.Pelapisan Listrik:
  a.Panel direndam dalam bak tembaga sulfat, dengan arus listrik (2–4 A/dm²) membangun ketebalan tembaga hingga 15–25μm—kritis untuk koneksi via resistansi rendah. Area fleksibel menggunakan kepadatan arus yang lebih rendah (1,5–2 A/dm²) untuk menghindari retak tembaga.
3.Aplikasi Lapisan Akhir Permukaan:
  a.ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold): Pilihan untuk area fleksibel—keuletan emas tahan terhadap pembengkokan; nikel mencegah difusi tembaga.
  b.HASL (Hot Air Solder Leveling): Digunakan untuk area kaku (hemat biaya, kemampuan solder yang baik).
  c.OSP (Organic Solderability Preservative): Ideal untuk elektronik konsumen volume tinggi (biaya rendah, permukaan datar).

Fase 6: Topeng Solder & Silkscreen
Topeng solder melindungi jejak, sementara silkscreen menambahkan label komponen—keduanya harus mengakomodasi area fleksibel:

1.Aplikasi Topeng Solder:
   a.Topeng solder polimida liquid photoimageable (LPI) disablon pada panel. Area fleksibel menggunakan formulasi topeng yang lebih fleksibel (perpanjangan ≥100%) untuk menghindari retak selama pembengkokan.
   b.Pemaparan UV dan pengembangan mendefinisikan bukaan untuk bantalan dan vias; topeng disembuhkan pada suhu 150°C selama 60 menit.
2.Pencetakan Silkscreen:
   a.Tinta berbasis poliuretan dicetak pada area kaku (area fleksibel menghindari silkscreen, karena tinta retak selama pembengkokan). Ukuran teks adalah ≥0,8mm x 0,4mm untuk keterbacaan, dengan jarak 0,1mm dari bantalan.

Fase 7: Perutean & Singulasi – Memisahkan PCB Individual
Perutean memotong panel menjadi PCB rigid-flex individual, dengan perawatan khusus untuk segmen fleksibel:

1.Pemasangan Panel:
  a.Panel dipasang pada rangka kaku untuk menstabilkan area fleksibel selama perutean, mencegah robekan.
2.Perutean CNC:
  a.Router CNC dengan end mill 0,8mm memotong di sekitar perimeter PCB. Area fleksibel dirutekan dengan laju umpan yang lebih lambat (50mm/menit vs. 100mm/menit untuk kaku) untuk menghindari berjumbai.
3.Singulasi:
  a.Untuk produksi volume tinggi, perutean laser digunakan untuk area fleksibel—menciptakan tepi bersih tanpa tekanan mekanis. V-scoring dihindari (itu melemahkan batas fleksibel-kaku).

Fase 8: Pengujian & Kontrol Kualitas
PCB rigid-flex menjalani pengujian ketat untuk memastikan keandalan listrik dan mekanik:

Rigid-Flex Multilayer vs. Jenis PCB Lainnya: Analisis Komparatif
Untuk memahami mengapa rigid-flex dipilih untuk aplikasi tertentu, bandingkan produksi dan kinerjanya dengan alternatif:

Tantangan Produksi Kritis & Solusi
Produksi rigid-flex multilayer menghadapi rintangan unik—ditangani oleh teknik khusus:

1.Lipatan Lapisan Fleksibel Selama Laminasi
  a.Tantangan: Tekanan yang tidak merata menyebabkan segmen fleksibel terlipat, merusak jejak.
  b.Solusi: Gunakan laminator vakum dengan tanjakan tekanan yang dapat diprogram (peningkatan bertahap dari 100 hingga 500 psi) dan bantalan silikon untuk mendistribusikan tekanan secara merata.
2.Keseragaman Pelapisan Via di Area Fleksibel
  a.Tantangan: Vias kecil (≤0,15mm) di lapisan fleksibel menderita pelapisan tipis.
  b.Solusi: Tingkatkan suhu bak tembaga elektroless menjadi 45°C (vs. 40°C untuk kaku) dan tambahkan surfaktan untuk meningkatkan aliran larutan ke dalam vias kecil.
3.Delaminasi di Batas Fleksibel-Kaku
  a.Tantangan: Kegagalan perekat antara lapisan fleksibel dan kaku karena ketidakcocokan CTE.
  b.Solusi: Gunakan perekat hibrida akrilik-epoksi (CTE ~18 ppm/°C) dan pra-sembuhkan lapisan fleksibel pada suhu 120°C sebelum laminasi akhir.
4.Retak Jejak Selama Pembengkokan
  a.Tantangan: Jejak tembaga di area fleksibel retak setelah pembengkokan berulang.
  b.Solusi: Gunakan tembaga RA (ulet) dan rancang sudut jejak 45° (bukan 90°) untuk mendistribusikan tekanan; tambahkan loop “peredaan tekanan” di segmen fleksibel.

Manfaat PCB Rigid-Flex Multilayer (Didorong oleh Proses Produksi)
Proses produksi khusus memberikan keuntungan unik dibandingkan PCB tradisional:

  a.Penghematan Ruang: Mengintegrasikan beberapa PCB kaku menjadi satu desain, mengurangi jumlah konektor sebesar 50–70% (misalnya, engsel ponsel lipat menggunakan 1 PCB rigid-flex vs. 3 PCB kaku terpisah).
  b.Pengurangan Berat: 30–40% lebih ringan daripada PCB kaku yang setara, kritis untuk perangkat dirgantara dan yang dapat dikenakan.
  c.Peningkatan Keandalan: Lebih sedikit konektor berarti lebih sedikit titik kegagalan—tingkat kegagalan lapangan 60% lebih rendah daripada PCB kaku dengan koneksi kabel, per data IPC.
  d.Kebebasan Desain: Memungkinkan pengemasan 3D (misalnya, membungkus di sekitar motor) dan faktor bentuk yang dapat dilipat yang tidak mungkin dengan PCB kaku.

Aplikasi Industri PCB Rigid-Flex Multilayer
Proses produksi disesuaikan untuk memenuhi kebutuhan sektor utama:
1. Elektronik Konsumen
   a.Ponsel Lipat (misalnya, Samsung Galaxy Z Fold): PCB rigid-flex multilayer di engsel mendukung 20+ lapisan sirkuit, memungkinkan 200.000+ siklus pembengkokan.
   b.Perangkat yang Dapat Dipakai (misalnya, Apple Watch): Desain rigid-flex tipis (0,5mm) sesuai dengan pergelangan tangan sambil menampung 6–8 lapisan sensor dan prosesor.

2. Otomotif
  a.Sensor ADAS: PCB rigid-flex menekuk di sekitar rangka kendaraan, menghubungkan kamera, radar, dan LiDAR—tahan suhu -40°C hingga 125°C.
  b.Sistem Manajemen Baterai (BMS) EV: Segmen fleksibel merutekan daya antara sel baterai, mengurangi berat sebesar 35% vs. PCB kaku.

3. Perangkat Medis
  a.Alat Pacu Jantung yang Dapat Ditanamkan: Lapisan fleksibel polimida biokompatibel dan 4–6 lapisan sirkuit pas di volume 1cm³, tahan terhadap cairan tubuh.
  b.Probe Ultrasonografi Portabel: PCB rigid-flex menekuk agar sesuai dengan bentuk probe sambil mempertahankan integritas sinyal untuk pencitraan resolusi tinggi.

4. Dirgantara & Pertahanan
  a.Antena Satelit: PCB rigid-flex ringan (30g per papan) dilipat ke dalam kendaraan peluncuran dan dikerahkan di luar angkasa, tahan terhadap radiasi dan suhu ekstrem.
  b.Headset Militer: Segmen fleksibel sesuai dengan telinga pengguna, sementara lapisan kaku menampung chip komunikasi—memenuhi standar getaran MIL-STD-883.

FAQ
T: Berapa jumlah maksimum lapisan dalam PCB rigid-flex multilayer?
J: Sebagian besar produsen menghasilkan desain 4–12 lapisan, tetapi proses canggih (laminasi berurutan) dapat mencapai 20+ lapisan untuk aplikasi dirgantara dan medis.

T: Berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk memproduksi PCB rigid-flex multilayer?
J: Prototipe membutuhkan waktu 2–3 minggu (karena laminasi dan pengujian khusus); produksi volume tinggi (10k+ unit) membutuhkan waktu 4–6 minggu.

T: Bisakah PCB rigid-flex menggunakan komponen pemasangan permukaan (SMD) di area fleksibel?
J: Ya, tetapi komponen harus “ramah fleksibel” (misalnya, resistor chip ≤0603, tidak ada IC besar) untuk menghindari retak selama pembengkokan. Volume pasta solder dikurangi 30% di area fleksibel untuk mencegah tekanan sambungan.

T: Berapa radius tekukan minimum untuk PCB rigid-flex multilayer?
J: Biasanya 5–10x ketebalan lapisan fleksibel (misalnya, lapisan polimida 50μm memiliki radius tekukan minimum 250–500μm). Jari-jari yang lebih ketat berisiko retak jejak.

T: Apakah PCB rigid-flex multilayer sesuai dengan RoHS?
J: Ya—bahan seperti solder bebas timah, perekat bebas halogen, dan polimida yang sesuai dengan RoHS digunakan. Produsen menyediakan dokumen DoC (Declaration of Conformity) untuk memverifikasi kepatuhan.

Kesimpulan
Proses produksi PCB rigid-flex multilayer adalah keajaiban teknis, menyeimbangkan presisi manufaktur kaku multilayer dengan kehalusan penanganan sirkuit fleksibel. Dari pemilihan bahan (polimida untuk fleksibel, FR-4 untuk kaku) hingga laminasi terkontrol dan perutean laser, setiap langkah dioptimalkan untuk membuat papan yang ringkas, tahan lama, dan serbaguna.

Meskipun biaya produksi lebih tinggi daripada PCB tradisional, manfaatnya—penghematan ruang, pengurangan berat, dan peningkatan keandalan—membuat PCB rigid-flex multilayer sangat diperlukan untuk inovasi dalam perangkat yang dapat dilipat, otomotif, medis, dan industri dirgantara. Untuk produsen, bermitra dengan spesialis yang berpengalaman dalam produksi rigid-flex (dan mengikuti kontrol kualitas yang ketat) adalah kunci untuk membuka manfaat ini.

Karena perangkat terus menyusut dan menuntut lebih banyak fungsionalitas, peran PCB rigid-flex multilayer hanya akan tumbuh—didorong oleh kemajuan dalam teknik produksi yang mengurangi biaya dan meningkatkan kinerja.