อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ใช้การขึ้นรูปโลหะเพื่ออะไร

การขึ้นรูปโลหะแบบแม่นยำสำหรับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่มีขนาดเล็ก

บทบาทของการขึ้นรูปโลหะความแม่นยำสูงระดับไมโครในสมาร์ทโฟน แล็ปท็อป และอุปกรณ์สวมใส่

ศิลปะแห่งการตัดและขึ้นรูปโลหะด้วยความแม่นยำระดับไมโคร ทำให้สามารถผลิตชิ้นส่วนเล็กๆ ที่มีความสำคัญอย่างยิ่ง ซึ่งช่วยให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ของเราทำงานได้อย่างราบรื่น ข้อมูลอุตสาหกรรมล่าสุดจากปีที่แล้วแสดงให้เห็นว่า สมาร์ทโฟนในปัจจุบันมีชิ้นส่วนโลหะที่ถูกตัดและขึ้นรูปมากกว่าแปดสิบชิ้น สิ่งที่น่าทึ่งคือ ช่องใส่ซิมการ์ดที่บางเพียง 0.8 มิลลิเมตร หรือแม้แต่ที่ยึดเสาอากาศที่แทบมองไม่เห็น ซึ่งบางกว่าเส้นผมของมนุษย์เสียอีก ความแม่นยำในการผลิตชิ้นส่วนเหล่านี้เป็นสิ่งที่น่าประทับใจ โดยมีค่าความคลาดเคลื่อนต่ำกว่าห้าไมครอน หรือประมาณ ±0.005 มิลลิเมตร ความแม่นยำระดับนี้มีความสำคัญอย่างมากต่อตัวเชื่อมต่อโทรศัพท์ระบบ 5G เพราะแม้เพียงการเบี่ยงเบนเล็กน้อยก็อาจทำให้คุณภาพสัญญาณแย่ลงได้ เมื่อใช้แม่พิมพ์แบบโปรเกรสซีฟหลายขั้นตอน ผู้ผลิตสามารถขึ้นรูปชิ้นส่วนติดต่อไฟฟ้า พร้อมทั้งออกแบบลวดลายระบายความร้อนบนฮีทซิงค์ของโน๊ตบุ๊กได้ในเวลาเดียวกัน ทำให้ได้ทั้งประสิทธิภาพและการออกแบบในชิ้นเดียว และยังมีความเร็วในการผลิตอีกด้วย เครื่องจักรสามารถผลิตชิ้นส่วนได้มากกว่า 1,200 ชิ้นต่อนาที โดยไม่สูญเสียคุณภาพ แม้จะผลิตเป็นจำนวนมากถึงสิบล้านชิ้นหรือมากกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการอื่น เช่น การตัดด้วยเลเซอร์ วิธีการตัดและขึ้นรูปแบบนี้ถือว่ามีความได้เปรียบในการผลิตจำนวนมากอย่างมีประสิทธิภาพ

การผลิตชิ้นส่วนโลหะจากการขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์แบบโปรเกรสซีฟในปริมาณมาก

การขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์โปรเกรสซีฟความเร็วสูงสำหรับตัวต่อวงจรไฟฟ้า

การขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์โปรเกรสซีฟช่วยให้สามารถดำเนินการหลายอย่างพร้อมกัน เช่น การตัด การดัด และการขึ้นรูป ในหนึ่งรอบการกดเพียงครั้งเดียว นั่นจึงเป็นเหตุผลว่าทำไมผู้ผลิตจึงนิยมใช้วิธีการนี้ในการผลิตตัวต่อวงจรไฟฟ้าจำนวนมาก กระบวนการนี้สามารถทำงานได้เร็วถึง 1,200 ครั้งต่อนาที พร้อมทั้งรักษาความแม่นยำของตำแหน่งไว้ที่ประมาณบวกหรือลบ 0.05 มิลลิเมตร ซึ่งถือว่าน่าประทับใจมาก โดยเฉพาะเมื่อชิ้นส่วนเล็กๆ เช่น พอร์ต USB-C และช่องเสียบซิมการ์ด ต้องการความแม่นยำสูงมาก ตามรายงานการผลิตล่าสุด บริษัทที่นำวิธีการขึ้นรูปแบบโปรเกรสซีฟมาใช้สามารถลดขั้นตอนการผลิตเพิ่มเติมได้ประมาณ 40% เมื่อเทียบกับวิธีการขึ้นรูปแบบเดิม ซึ่งส่งผลอย่างมากโดยเฉพาะในการผลิตชิ้นส่วนละเอียดอ่อน เช่น สปริงส์สำหรับขั้วต่อ และแผ่นโลหะที่ใช้ป้องกันสัญญาณรบกวนสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ความสามารถในการขยายระบบและประสิทธิภาพด้านต้นทุนของการขึ้นรูปโลหะด้วยแรงกดในการผลิตจำนวนมาก

ระบบที่ใช้แม่พิมพ์แบบโปรเกรสซีฟ (Progressive die) มีความสามารถในตัวที่สามารถทำกระบวนการซ้ำๆ ได้อย่างสม่ำเสมอ ซึ่งหมายความว่าผู้ผลิตสามารถผลิตชิ้นส่วนได้มากกว่า 10 ล้านชิ้นต่อเดือน และคุณรู้ไหมว่าอะไรอีก? ต้นทุนต่อชิ้นยังคงต่ำกว่า 10 เซ็นต์สำหรับตัวเชื่อมต่อพื้นฐานที่บริษัทส่วนใหญ่ต้องการ เมื่อพูดถึงการป้อนวัสดุเข้าสู่ระบบเหล่านี้ เทคโนโลยีในปัจจุบันมีความมีประสิทธิภาพสูงมาก เราพูดถึงอัตราการใช้วัสดุที่สามารถทำได้ประมาณ 92% หรือสูงกว่าสำหรับโลหะผสมเช่น ทองแดง (copper alloys) และบรอนซ์ฟอสฟอรัส (phosphor bronze) ระดับประสิทธิภาพเช่นนี้มีความสำคัญอย่างมากเมื่อผลิตชิ้นส่วนสำหรับเสาอากาศ 5G และขั้วต่อแบตเตอรี่ ซึ่งทุกเพนนีมีความสำคัญ เครื่องอัดแรงกด (Press machines) ในปัจจุบันยังมาพร้อมกับเซ็นเซอร์ IoT อีกด้วย อุปกรณ์อัจฉริยะเหล่านี้ช่วยลดระยะเวลาในแต่ละรอบการผลิตลงประมาณ 15-20% และยังสามารถตรวจสอบการสึกหรอของเครื่องมือตลอดกระบวนการผลิตได้อีกด้วย

Fine Blanking และ Compound Die Stamping สำหรับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความซับซ้อน

การตัดชิ้นงานแบบ Fine blanking ใช้ได้ดีมากสำหรับการผลิตฝาครอบป้องกันสัญญาณรบกวน (EMI shielding cans) และตัวเรือนไมโคร-SD การ์ดขนาดเล็ก กระบวนการนี้สามารถสร้างขอบชิ้นงานที่สะอาดเรียบร้อย โดยมีค่าความหยาบผิว (surface roughness) ต่ำกว่า 3.2 Ra โดยประมาณ ในกรณีของแม่พิมพ์แบบ compound dies นั้น จะสามารถทำงานสองอย่างพร้อมกัน ได้แก่ การเจาะและการอัดรูป (pierce และ extrude) ซึ่งเหมาะมากสำหรับการผลิตพินสัมผัสที่ชุบด้วยทองคำ ซึ่งต้องมีความแม่นยำสูงในช่วงระยะ pitch ที่ 0.2 มม. นอกจากนี้ ผู้ผลิตยังมีความก้าวหน้าในการพัฒนากระบวนการอย่างมากในช่วงไม่นานมานี้ สามารถผลิตฮีทซิงค์แบบหลายระดับ (multi level heat sinks) พร้อมติดตั้งคลิปสำหรับยึดและช่องระบายความร้อนในขั้นตอนเดียว ซึ่งช่วยลดขั้นตอนการประกอบที่เคยต้องทำแยกกัน 3 ถึง 5 ขั้นตอน ในการผลิตชิ้นส่วนเซิร์ฟเวอร์ ทำให้ประหยัดทั้งเวลาและต้นทุนการผลิต

โซลูชันการป้องกันสัญญาณรบกวนแบบ EMI/RFI โดยใช้กล่องโลหะที่ผลิตจากกระบวนการตัดแต่งด้วยแรงกด (Stamped Metal Enclosures)

วิธีที่กล่องโลหะที่ผลิตจากกระบวนการตัดแต่งด้วยแรงกด (Stamped Metal Enclosures) ช่วยสร้างการป้องกันสัญญาณรบกวนแบบ EMI/RFI ที่มีประสิทธิภาพในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ตู้โลหะที่ขึ้นรูปด้วยวัสดุนำไฟฟ้า เช่น ทองแดง หรืออลูมิเนียมอัลลอยด์ ช่วยป้องกันการรบกวนจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) และคลื่นความถี่วิทยุ (RFI) วัสดุดังกล่าวสามารถสะท้อนสัญญาณที่เข้ามายังตัวเครื่อง ในขณะที่เหล็กกล้าไร้สนิมชนิดเฟอรัสบางประเภทสามารถดูดซับพลังงานที่เหลืออยู่ได้ แม้แต่ช่องว่างเล็กน้อยก็มีผลอย่างมากในกรณีนี้ หากมีช่องเปิดกว้างกว่า 0.3 มม. ประสิทธิภาพในการป้องกันสัญญาณรบกวนจะลดลงอย่างมาก ประมาณ 40 เดซิเบล (dB) ที่ความถี่ 1 กิกะเฮิรตซ์ ดังนั้นความแม่นยำจึงมีความสำคัญอย่างมากในกระบวนการขึ้นรูป โดยปัจจุบันสามารถทำให้ความคลาดเคลื่อนอยู่ในระดับ +/- 0.05 มม. ได้โดยทั่วไป การขยายตัวของเครือข่าย 5G พร้อมกับอุปกรณ์ IoT ที่มีอยู่ในตลาดจำนวนมาก ทำให้ความต้องการชิ้นส่วนป้องกันสัญญาณรบกวนเหล่านี้เพิ่มขึ้นอย่างชัดเจน รายงานจากอุตสาหกรรมชี้ให้เห็นว่ามีการเติบโตประมาณ 22% นับตั้งแต่ปี 2022 ผู้ผลิตส่วนใหญ่ในปัจจุบันมุ่งเน้นการออกแบบตู้ที่มีคุณสมบัติการต่อพื้น (Grounding) ถูกสร้างขึ้นมาพร้อมโครงสร้างหลักตั้งแต่แรก เห็นกว่าจะเพิ่มเข้าไปภายหลัง

การเลือกวัสดุและการพิจารณาด้านการออกแบบเพื่อประสิทธิภาพการป้องกันสูงสุด

ปัจจัยสามประการที่มีผลต่อประสิทธิภาพการป้องกัน:

*International Annealed Copper Standard

นักออกแบบต้องปรับปรุงรูปทรงเรขาคณิตของตัวเครื่องเพื่อกำจัดมุมแหลมที่เป็นสาเหตุของจุดรั่วไหลของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถึง 90% ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค พร้อมทั้งรักษจุดสัมผัสแบบสปริงเพื่อความนำไฟฟ้าที่สม่ำเสมอภายใต้การสั่นสะเทือน ในระบบยานยนต์ ชิ้นส่วนเกราะป้องกันแบบตัดแตะ (stamped shielding parts) ในปัจจุบันสามารถทนต่อช่วงอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงจาก -40°C ถึง 125°C โดยไม่สูญเสียสมรรถนะ

การผนวกรวมหลายฟังก์ชันของชิ้นส่วนโลหะแบบตัดแตะในระบบอิเล็กทรอนิกส์

การรวมฟังก์ชันทางกลและทางไฟฟ้าไว้ในชิ้นส่วนที่ตัดแตะ

ปัจจุบัน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างพึ่งพาชิ้นส่วนที่ผลิตโดยวิธีการอัดขึ้นรูป (stamped parts) ซึ่งมีความสามารถในการทำงานหลายอย่างพร้อมกัน โดยรวมเอาความแข็งแรงเชิงโครงสร้างไว้ด้วยกันกับความสามารถในการนำไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น แผ่นป้องกันสัญญาณรบกวนทางอิเล็กทรอนิกส์ (EMI shielding plates) ผู้ผลิตหลายรายกำลังออกแบบให้ชิ้นส่วนเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นโครงสร้างของตัวเครื่องเราเตอร์ 5G ด้วย วิธีนี้ช่วยลดจำนวนชิ้นส่วนที่ต้องผลิตและประกอบแยกกัน ซึ่งมีความสำคัญมากในการควบคุมต้นทุนการผลิต ตามรายงานวิจัยที่เผยแพร่เมื่อปีที่แล้วจากหลายอุตสาหกรรม พบว่าบริษัทผู้ผลิตอุปกรณ์โทรคมนาคมเกือบสองในสามได้ปรับใช้วิธีการนี้เป็นหลัก ด้วยเหตุผลหลักคือ ช่วยให้การประกอบอุปกรณ์ที่มีความซับซ้อนง่ายขึ้นมาก โดยเฉพาะเมื่อต้องทำงานกับพื้นที่จำกัดภายในอุปกรณ์รุ่นใหม่ๆ

การประยุกต์ใช้ชิ้นส่วนโลหะอัดขึ้นรูปที่มีหลายหน้าที่ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค

สมาร์ทโฟนเป็นตัวอย่างแนวโน้มนี้ผ่าน:

• ตัวยึดเสาอากาศที่ทำหน้าที่เป็นตัวระบายความร้อน
• ถาดใส่ซิมการ์ดที่ทำหน้าที่เป็นจุดต่อสายดิน
• ตัวเรือนปุ่มกดที่รวมซีลกันสัญญาณรบกวนทางอิเล็กทรอนิกส์ (EMI gaskets) ไว้ภายใน
  การรวมฟังก์ชันนี้ช่วยประหยัดพื้นที่ได้ 15–20% ในอุปกรณ์อย่างเช่น สมาร์ทวอทช์ และ แล็ปท็อปแบบบางพิเศษ เมื่อเทียบกับชิ้นส่วนแบบซ้อนกันดั้งเดิม

การสร้างสมดุลระหว่างความทนทานทางกลกับสมรรถนะทางไฟฟ้าในการออกแบบ

วิศวกรปรับแต่งการออกแบบแบบหลายฟังก์ชันโดยใช้อัลลอยทองแดง-เบริลเลียม ซึ่งให้ความแข็งแรงแรงดึง 80,000 PSI ควบคู่ไปกับการนำไฟฟ้า 98% IACS ลวดลายบนพื้นผิวที่ถูกกัดด้วยแสงเลเซอร์ช่วยรักษาความสมบูรณ์ของการสัมผัสทางไฟฟ้าหลังจากอุปกรณ์จอพับผ่านการพับเหยียดมากกว่า 50,000 รอบ การออกแบบที่ขับเคลื่อนด้วยการจำลองสามารถทำให้ความต้านทานมีความแปรปรวนน้อยกว่า 0.1Ø เมื่ออยู่ภายใต้แรงดันทางกล ±5% — ซึ่งเป็นเกณฑ์สำคัญสำหรับการใช้งานเซ็นเซอร์ในยานยนต์

ส่วน FAQ

ไมโครพรีซิชันการตัดโลหะคืออะไร?

กระบวนการตัดแต่งโลหะความแม่นยำสูงแบบไมโคร คือ กระบวนการผลิตชิ้นส่วนโลหะขนาดเล็กที่มีความแม่นยำสูง มักใช้ในส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์อย่างเช่น สมาร์ทโฟนและแล็ปท็อป โดยเป็นการขึ้นรูปโลหะด้วยความแม่นยำสูงภายในช่วงความคลาดเคลื่อนที่แน่นอน

การตัดแต่งโลหะแบบโปรเกรสซีฟได (Progressive Die Stamping) มีประโยชน์ต่อการผลิตตัวเชื่อมต่ออิเล็กทรอนิกส์อย่างไร

การขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์แบบโปรเกรสซีฟรวมหลายขั้นตอน เช่น การตัด การดัด และการขึ้นรูปให้เป็นหนึ่งรอบการกดในเครื่องอัดแรง ช่วยให้ผลิตตัวเชื่อมต่ออิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างรวดเร็วด้วยความแม่นยำที่คงที่ ลดขั้นตอนการผลิตเพิ่มเติมและต้นทุนการผลิต

อะไรที่ช่วยให้การป้องกันสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า/สัญญาณรบกวนวิทยุ (EMI/RFI) ในตัวเครื่องโลหะที่ถูกขึ้นรูปมีประสิทธิภาพสูงสุด?

การเลือกวัสดุ เช่น การใช้ทองแดงที่มีการนำไฟฟ้าสูง พร้อมทั้งการขึ้นรูปอย่างแม่นยำที่ช่วยกำจัดช่องว่างที่ใหญ่กว่า 0.3 มม. ทำให้เกิดการป้องกันสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า/สัญญาณรบกวนวิทยุ (EMI/RFI) ที่มีประสิทธิภาพ คุณสมบัติการต่อสายดินที่ออกแบบมาช่วยเพิ่มประสิทธิภาพด้วยการรักษาความคลาดเคลื่อนให้แน่นอน

เหตุใดการผนวกรวมการทำงานหลายด้านจึงมีความสำคัญต่อการขึ้นรูปโลหะสำหรับอิเล็กทรอนิกส์?

การผนวกรวมการทำงานหลายด้านลดจำนวนชิ้นส่วนที่ต้องแยกกันผลิต ช่วยทำให้กระบวนการประกอบง่ายขึ้น ลดต้นทุนการผลิต และประหยัดพื้นที่ภายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์