إرشادات تصميم الدوائر المرنة الناجحة

مع استخدام المستشعرات والتكنولوجيا في كل شيء من الهواتف المحمولة إلى الثلاجات إلى السيارات إلى الأجهزة الطبية القابلة للارتداء ، تعد لوحات الدوائر الكهربائية مكونًا في العديد من أنواع المنتجات المختلفة. في عالم الإلكترونيات اليوم ، يحتوي أي منتج به مفتاح تشغيل / إيقاف على لوحة دائرة كهربائية. نظرًا لتعدد استخداماتها ، يعد استخدام الدوائر المرنة أحد أسرع قطاعات سوق المنتجات نموًا.

مع إدخال الدوائر المرنة والصلبة المرنة ، تم منح المهندسين الفرصة ليكونوا أكثر إبداعًا في تصميم منتجات جديدة ومبتكرة. تم تصميم الألواح المرنة والصلبة المرنة لتلائم المساحات الضيقة ثلاثية الأبعاد مع ضمان مقاومة الاهتزاز والتآكل الميكانيكي. يمكن للمهندسين تصميم المنتجات التي تتطلب الألواح لتلائم المساحات الضيقة ، وتحريفها وتحويلها للتغليف ، وجعل المنتج يعيش في بيئة أكثر ديناميكية. تتمتع هذه الدوائر المرنة بنفس مستويات الأداء مثل لوحات FR4 الصلبة التقليدية ، ومع ذلك ، فإن لها الفروق الدقيقة والاعتبارات الخاصة بها عندما يتعلق الأمر بالتصميم والتصنيع والتجميع.

تخطيط تصميم

عند تصميم دائرة مرنة ، من المهم معرفة التطبيق المحدد للوحة. هل سيتم استخدامه في بيئة ثابتة أو ديناميكية؟ إذا كانت اللوحة ستقيم في بيئة ثابتة ، مع القليل من الحركة أو بدون حركة ، فإن تصميم الدائرة يحتاج إلى المقدار المناسب من المرونة بحيث يمكن تثبيته بسهولة داخل المنتج. بدلاً من ذلك ، إذا كان للوحة أن توجد في بيئة ديناميكية ، حيث تنثني اللوحة باستمرار ذهابًا وإيابًا ، فيجب مراعاة مستوى المرونة الذي يمكنه تحمل الحركة المستمرة في التصميم.

هل سيتطلب التطبيق لوحة مرنة أم لوحة صلبة مرنة؟ إذا كان المنتج يتطلب تقنية تثبيت السطح من جانب واحد ، فإن اللوح المرن بالكامل هو الخيار الأفضل. إذا كان المنتج يتطلب تقنية تثبيت السطح على الوجهين ، فإن اللوحة الصلبة المرنة ستكون مطلوبة.

سواء كان مهندس أجهزة أو مهندسًا ميكانيكيًا أو مصمم لوحة تخطيط ذي خبرة ، فإن الجميع قلقون بعض الشيء في المرة الأولى التي يضعون فيها دائرة مرنة. افتراضهم هو أن نهج تصميم دائرة مرنة يختلف اختلافًا كبيرًا عن اللوح الصلب. لكن حقيقة الأمر هي أن وضع دائرة مرنة يشبه إلى حد بعيد لوحة صلبة مع بعض الاختلافات. تقوم بإعداد كل طبقاتك في البرنامج تمامًا مثل لوحة صلبة. ملفات الإخراج كلها متشابهة. الاختلافات الحقيقية الوحيدة هي طبقة الغلاف وطبقة التقوية وبعض قواعد التصميم الأساسية التي يجب وضعها في الاعتبار. إن فهم أن الدائرة المرنة سوف تنثني في الطبيعة يعني أنك بحاجة إلى التأكد من أنك تحتفظ بالميزات الرئيسية مثل الفتحات ، وآثار النهاية ، والزوايا الحادة بعيدًا عن مناطق الانحناء. تتكون الدائرة المرنة من مادة بوليميد ، لذا من الصعب معالجتها ، لذا احتفظ بآثارك ، وفتحاتك ، وحلقاتك الحلقية ، والوسادات ، والتباعد بأكبر قدر ممكن. غالبًا ما يتم سؤالي عن مدى صغر حجم التتبع أو عبر ذلك الذي يمكن استخدامه. يمكنك أن تصبح صغيرًا كما تريد ولكن سيكون من الصعب تصنيعه وتأتي الموثوقية في اللعب. يمكنك الابتعاد عن الكثير من الميزات الضيقة على لوحة صلبة أكثر مما تستطيع في الدائرة المرنة. عادة على لوح صلب ، يتم تطبيق قناع اللحام على الطبقات الخارجية لحماية ميزات النحاس. على اللوح المرن ، عادةً ما تكون الميزات النحاسية الخارجية محمية بطبقة غلاف. في ملف التصميم ، يجب على مصمم التخطيط إنشاء طبقة الغلاف هذه بنفس طبقة قناع اللحام. الفرق الأخير مع التصميم المرن هو التقوية. تستخدم أدوات التقوية لإضافة دعم إلى مناطق معينة من لوحة الدوائر المرنة. يمكن أن تكون أدوات التقوية في مناطق متعددة من الدائرة المرنة ويمكن أن تكون على جانبي اللوحة. في ملف التصميم ، إذا تم تمثيل جميع أدوات التقوية في ملف واحد ، فيجب تحديدها في رسم التصنيع على أي جانب من جوانب اللوحة يحتاجون إلى تطبيقها. خلاف ذلك ، يجب إنشاء طبقة منفصلة لأعلى وأسفل التقوية للدائرة المرنة.

عند الحاجة إلى دعم إضافي لمنطقة معينة على لوحة الدوائر المرنة أو الحاجة إلى حماية المكونات أو الموصلات المرفقة ، فإن الخيار الأفضل هو تضمين مقوى في التصميم. سيؤدي ذلك إلى منع الدائرة من التحرك وحماية سلامة مفاصل اللحام. من المهم أن تتذكر أنه من الأفضل وضع المقوى على الجانب الآخر من المكون الذي يدعمه. هناك أنواع عديدة من أدوات التقوية للاختيار من بينها ؛ بوليميد ، FR4 ، الفولاذ المقاوم للصدأ ، الألومنيوم أو العديد من الخيارات الأخرى. سمك التقوية يعتمد على كيفية استخدام اللوح. كلما زادت سماكة التقوية ، زاد الدعم الذي توفره. إذا تم استخدام اللوح في مساحات صغيرة / ضيقة ، فقد يكون سمك التقوية مشكلة تتطلب تقوية أرق. شاهد صورة المقوى.

الآن وقد أكمل المصمم أول دائرة مرنة له / لها ، فإن مهمة تصميم أول دائرة مرنة له / لها. ارتفع مستوى الارتباك والتخوف خمسة أضعاف. غالبًا ما يعتقد المهندسون أن الجزء المرن من اللوحة ملتصق أو متصل بطريقة ما بالقسم الصلب من اللوحة. شاهد صورة ثابتة ومرن. تم بناء Rigid-flex تمامًا مثل جميع الألواح الصلبة والمرنة بطريقة الطبقات المكدسة فوق الطبقات. عندما يتعلق الأمر بتصميم مرن جامد ، فإن النهج هو نفس طريقة لوحات الدوائر الأخرى. الفرق الرئيسي هو أن مناطق معينة من الطبقات الصلبة ستكون فارغة في ملف التصميم. سوف تدرك الشركة المصنعة للوحة هذه المنطقة المرنة وستقوم بتخطيط اللوحة وفقًا لذلك.

على عكس اللوحة الصلبة ، فإن الدوائر المرنة لها الكثير من الاختلافات ، لذا فإن وجود رسم تصنيع تفصيلي لمرافقة التصميم أمر مهم للغاية. يجب أن يوضح الرسم التصنيعي كل التفاصيل حتى لا تغفله الشركة المصنعة. أسوأ شيء هو أن تفترض الشركة المصنعة ما تحتاجه. تحتوي الدوائر المرنة على العديد من المتغيرات المتحركة ، لذا فإن التفاصيل مهمة جدًا.

الخامة

تصنع الدائرة المرنة بشكل عام من مادة بوليميد. ستستخدم معظم الشركات المصنعة في الولايات المتحدة مادة البوليميد التي تصنعها شركة Dupont. قد يستخدم المصنعون خارج الولايات المتحدة موردي مواد آخرين بسبب التكلفة والتوافر. ومع ذلك ، نظرًا لأن الدارة المرنة فريدة من نوعها ، فمن الجيد استخدام نفس المادة في النموذج الأولي الذي سيتم استخدامه في النهاية في إنتاج الحجم. أثناء الاختبار ، تحاول معرفة عدد الدورات التي يمكن أن تتحملها الدائرة المرنة. يوجد أدناه قاعدة عامة حول نصف قطر ثني الدائرة المرنة. معرض a.

قاعدة نصف قطر الانحناء هي مجرد إرشادات عامة. الطريقة المطلقة لتحديد مقدار الانحناء الذي يمكن أن تنحني به الدائرة المرنة أو عدد الدورات التي ستتحملها هي اختبار الضغط عليها.

سيؤثر عاملان على مقدار ثني الدائرة المرنة. اختيار المواد مهم جدا. على الرغم من أن سمك اللوحة سيحدد المرونة ، فإن المواد ستساعد في جودة ودورة حياة الدائرة المرنة. يعد نوع النحاس المستخدم في الدائرة المرنة أمرًا بالغ الأهمية. هناك نوعان من النحاس متاحان في السوق ، ED النحاس (النحاس المودع) والنحاس الملدن الملفوف. إذا كان ذلك ممكنًا ، يجب تجنب النحاس ED لأنه عملية مطلية وسيكون النحاس هشًا للغاية. يفضل استخدام النحاس الملدن. يتم لف النحاس على المادة المرنة ، لذلك فهو مرن للغاية. مع هذا ، من المهم أيضًا تحديد اتجاه الحبوب في رسم التصنيع الخاص بك. تريد أن تسير الحبوب في نفس اتجاه الانحناء. يجب عبور مناطق النحاس الصلبة مثل الطائرات الأرضية عندما يكون ذلك ممكنًا. سيساعد هذا في جعل الدائرة المرنة أكثر مرونة.

تصنيع

الآن بعد اكتمال التصميم ، دعنا نبني اللوحة المرنة بأسرع ما يمكن. مثل كل المشاريع الهندسية ، هذا اللوح المرن متأخر عن الجدول الزمني لذلك نحن بحاجة إليه غدًا. بعد كل شيء ، يمكن بناء الألواح الصلبة في يوم أو يومين ، فلماذا لا تكون الدوائر المرنة. قف! ليس بهذه السرعة يا صديقي.

عند تصنيع دائرة مرنة يتطلب مهلة أطول. يصعب تصنيع الألواح المرنة أكثر من لوحات الدوائر الصلبة التقليدية ، وبالتالي فهي تتطلب وقتًا أطول في التصنيع. دوائر مرنة مصنوعة من مادة بوليميد. المادة رقيقة وهشة ويصعب التعامل معها. حفر فيا مختلف. تختلف الكيمياء المستخدمة في تركيب الألواح. قد يكون هناك الكثير من العمل اليدوي المتضمن مع التقوية (المقويات) والغطاء. كل هذه الاختلافات تقيد معظم الشركات المصنعة من بناء دوائر مرنة أسرع من ثلاثة أيام عمل. هنا ، نحن نتحدث فقط عن دوائر مرنة من طبقتين. إذا كانت الدائرة المرنة تحتوي على عدد طبقات أعلى ، فيمكن أن يرتفع وقت التصنيع إلى أسبوعين إلى ثلاثة أسابيع.

نبدأ الآن في تصنيع الدوائر الصلبة المرنة. الدائرة الصلبة المرنة هي حقًا حيوان مختلف تمامًا. يمكن أن يستغرق التخطيط المسبق والتصوير لـ Rigid-flex بسهولة 2-3 أيام لأداء قبل أن يتم إطلاق اللوحة بالفعل في أرضية التصنيع. يعد هذا العمل الهندسي المسبق أمرًا بالغ الأهمية لأن المواد الصلبة المرنة تتخذ العديد من الخطوات المختلفة وكل خطوة ضرورية للتصنيع الناجح للمرن الجامد. أحد أهم الأشياء التي يجب ملاحظتها هو أن مادة Rid-flex تأتي في العديد من المجموعات المختلفة. من النادر رؤية العديد من الوظائف المرنة الصلبة في أرضية التصنيع مع تكديس مماثل. مع لوحة صلبة ، تتم معالجة جميع الألواح المكونة من 6 طبقات بنفس الطريقة. مع مرن جامد ، يمكن أن يكون لديك 5 وظائف مع 6 طبقات في أرضية التصنيع ويمكن أن تتم معالجتها جميعًا بشكل مختلف.

مثال-

اللوح رقم 1 - 6 طبقات - به 4 طبقات صلبة مع طبقتين مرن.

اللوح رقم 2 –6 طبقات - به 3 طبقات صلبة مع 3 طبقات مرنة.

اللوحة رقم 3 - لوحة 6 طبقات - 4 طبقات صلبة مع طبقتين مرن لكن الطبقتين المرنة على طبقات مختلفة.

تتمثل الصعوبة الأخرى في تصنيع الدوائر الصلبة المرنة في الجمع بين العمل مع نوعين مختلفين من المواد. يجمع Rigid-flex بين المواد الصلبة مع مادة الدائرة المرنة. لديهم خاصيتين مختلفتين لذلك من الصعب العمل معهم. هذا هو السبب الذي يجعلك لا ترى الكثير من مصنعي لوحات الدوائر الإلكترونية يبنون دوائر صلبة ومرنة في نفس المنشأة. يلتزم كل مصنع للوحة الدائرة بما يصنعونه بشكل أفضل ، على التوالي. يُعزى الفشل الأكثر شيوعًا في الدائرة المرنة الصلبة إلى عملية الطلاء. إذا لم يتم تصفيح الفتحات بشكل صحيح ، فسيؤدي ذلك إلى حدوث فراغات وتشقق وتفريغ. المادتان المختلفتان لهما معدل تمدد مختلف للمحور Z ، لذا فإن الطلاء غير المناسب سوف يعرض الجودة السيئة بسهولة.

نظرًا لتعقيد الدائرة المرنة ، وتكلفة المواد ، ووقت المعالجة ، والكيمياء ، والحفر ، والمناولة ، فإن تكلفة تصنيع لوحة مرنة أعلى من تكلفة لوحة الدوائر الصلبة التقليدية. يصاب المشترون أحيانًا بالصدمة من اختلاف السعر بين الدوائر الصلبة والمرنة. نأمل أن يفهموا الآن سبب وجود فرق في السعر ولماذا لا يمكن بناء الدوائر المرنة بنفس سرعة لوحات الدوائر الصلبة التقليدية.

عندما تصبح المنتجات الإلكترونية أصغر حجمًا ، ستصبح الدوائر المرنة أكثر شيوعًا وشائعة في الصناعة الإلكترونية. على الرغم من أن التكلفة أعلى ، إلا أن هناك العديد من التطبيقات المفيدة للدوائر المرنة. يمكن طي الدوائر المرنة وتشنجها في مساحة ضيقة. يمكن للدوائر المرنة أن تتحرك ذهابًا وإيابًا في بيئة ديناميكية. لا يجب أن تكون الصناعة الإلكترونية جامدة بعد الآن. يمكن أن تساعد الدارة المرنة المصممين على توسيع خيالهم وتطوير منتجات إلكترونية أكثر برودة وأكثر تقدمًا.

مقال بقلم توان تران ، مدير شركة hitechcircuits