طرق مختلفة لتجميع لوحات الدوائر المطبوعة
كما هو الحال مع العديد من العمليات في صناعة الإلكترونيات، تتعدد الإمكانيات والخيارات المتاحة في عملية تجميع لوحات الدوائر المطبوعة. ونظرًا لأن لكل مُصنِّع نهجه الخاص، يتعين عليك كمصمم اختيار تعديل تصميمك وفقًا لذلك من وقت لآخر، أو البحث عن شريك إنتاج مختلف. فيما يلي شرح للطرق الثلاث الأكثر شيوعًا:
التقطيع باستخدام أخاديد على شكل حرف V: في هذه الطريقة، تُفصل لوحات الدوائر الإلكترونية الفردية عن بعضها البعض بواسطة أخاديد مفرزة على شكل حرف V بعمق ثلث ارتفاع اللوحة. ثم يُجرى الفصل لاحقًا بواسطة آلة مُناسبة للقطع المستقيم. لذلك، يُنصح بهذه الطريقة تحديدًا للوحات الدوائر المطبوعة التي تُلبي ثلاثة متطلبات: عدم وجود مكونات بارزة، وعدم وجود زوايا مُدورة، ومسافة كافية بين حد المكونات وحافة اللوحة.
التجميع باستخدام مسار علامات التبويب: في هذه الطريقة، تُفرَز لوحات الدوائر على طول محيطها، مع الحفاظ على عدد قليل من جسور المواد التي تُثبِّت اللوحة في مكانها بإحكام أثناء تصنيع وتجميع اللوحة. هذا النوع من التجميع غير مناسب للوحات الدوائر المطبوعة ذات المحولات الكبيرة وغيرها من المكونات الثقيلة التي تُعقِّد عملية الفصل بشكل كبير. في الوقت نفسه، تجدر الإشارة إلى أن هذه الطريقة تُخفِّف الأحمال على لوحات الدوائر المطبوعة، وبالتالي تُقلِّل من خطر التقطيع.
التجميع باستخدام مسار علامات التبويب مع جسور المواد المثقبة: تُشبه هذه العملية مسار علامات التبويب البسيط الموصوف سابقًا. مع ذلك، تُثقب جسور المواد هنا أيضًا بثقوب حفر صغيرة، مما يُبسط عملية الفصل بشكل كبير ويوفر تحكمًا أفضل، إذ يسهل التنبؤ بمسار الكسر. مع ذلك، تُعدّ هذه الطريقة أقل ملاءمة للوحات الدوائر المطبوعة ذات المكونات الثقيلة، والتي قد يُؤدي وزنها إلى كسر جسور المواد.
عيوب تجميع لوحات الدوائر المطبوعة
يُعدّ تغليف لوحات الدوائر المطبوعة إحدى طرق حماية سلامتها. بالإضافة إلى ذلك، يُمكّن التغليف الشركات المصنعة لثنائي الفينيل متعدد الكلور في الصين تجميع عدة لوحات في آنٍ واحد، مما يُقلل التكاليف ووقت الإنتاج. يجب تنفيذ عملية تركيب الألواح بشكل صحيح لضمان عدم تلف لوحات الدوائر المطبوعة أو أي ضرر آخر أثناء الفصل.
التحديات:
يفرض تركيب الألواح الخشبية عددًا من التحديات في عدة مجالات:
1. إزالة اللوحات - عيوب بعض طرق إزالة اللوحات:
في حال استخدام جهاز توجيه، قد يلزم تنظيف إضافي قبل الشحن. هذه الطريقة تُنتج كمية كبيرة من الغبار الذي يجب إزالته.
2. استبدال الأجزاء قبل التوجيه المطلوب لتجنب التداخل مع عملية إزالة الألواح:
قد تسقط المكونات البارزة في الأجزاء المجاورة.
3. ملفات البيانات غير المكتملة - في بعض الأحيان يتم توفير ملفات غير مكتملة من قبل مصنعي لوحات الدوائر المطبوعة، مما قد يؤدي إلى زيادة التكاليف بعدة طرق:
"فتحات الانفصال" أو "لدغات الفأر" - تسمح هذه الفتحات الصغيرة باستخدام لوحات الدوائر الصغيرة في مجموعة.
التسامحات التراكمية وتسامحات التسجيل - في حال عدم وجود تسامحات دقيقة في ملف البيانات، قد يؤدي التأثير التراكمي للانحرافات الطفيفة إلى أخطاء. في حال وجود عدة لوحات في المصفوفة، لن يكون من الممكن توسيط التسجيل.
تجميع ألواح DFM و PCB
عندما تُطوّر الشركات لوحات الدوائر المطبوعة بكميات كبيرة، فإنها تبحث عن طرق لخفض تكاليف التصنيع بأساليب بسيطة. يتطلب هذا جهدًا ضئيلًا نسبيًا إذا نوقشت تفاصيل الإنتاج بالتفصيل في المرحلة المبكرة من عملية التصميم، وأُخذت في الاعتبار عند تطوير لوحة الدوائر المطبوعة (وهو ما يُنصح به بشدة). يُشار إلى هذا التحسين المبكر للتصميم، بما يتناسب مع عمليات التصنيع المخطط لها، باسم "التصميم المُوجَّه نحو الإنتاج" أو "تصميم للتصنيع" (مختصر: DFM)."
هناك أساليب متنوعة لإدارة التصنيع الرقمي (DFM) تُمكّن من تحقيق وفورات كبيرة على المدى الطويل. استراتيجيتي المُفضّلة هي ببساطة التواصل مع شركات التصنيع مُبكرًا والاطلاع على مهاراتها وتحدياتها ونماذج أعمالها. بهذه الطريقة، يُمكنني تكوين فكرة عن جوانب تصميمي التي يُمكن تنفيذها بسهولة (وبالتالي بتكلفة منخفضة) والعناصر التي تتطلب جهدًا إضافيًا (وبالتالي تكاليف أعلى).
استفدتُ من هذا قبل بضع سنوات، على سبيل المثال، عندما صممتُ مُضخّمًا لمُكبّر صوت، وكنتُ أُفضّل في البداية استخدام لوحة دوائر مطبوعة (PCB) دائرية الشكل، إذ يُمكن تركيبها مباشرةً خلف هيكل مُكبّر الصوت الدائريّ، مما يُضفي مظهرًا جذابًا. ولكن، عندما ناقشتُ فكرتي مع المُصنّع، سرعان ما اتضح لي أن تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (التي يُفترض أنها بسيطة) مُكلفٌ للغاية، مما يُقلّل بشكل كبير من الجدوى الاقتصادية للتصميم.
لذا، في النهاية، قررتُ تصميمًا قياسيًا مستطيل الشكل، وكانت تكاليف تصنيعه أقل بكثير. وبتعديل تصميمي وفقًا لذلك، تمكنتُ من زيادة هامش ربح المنتج النهائي، وإتمام المشروع بنجاح.
ألواح PCB تقلل التكاليف
من أساليب تصنيع DFM الشائعة الاستخدام ما يُسمى بالتشكيل بالألواح. في هذه الطريقة، تُطبّق عدة تصميمات للوحات الدوائر على ركيزة أو لوحة أكبر، ثم تُجمّع بهذا الشكل. ويتحقق التوفير المطلوب من خلال إمكانية تصنيع عدة لوحات دوائر مطبوعة في الوقت نفسه.
بعد اكتمال عملية التصنيع والتجميع، تُقسّم اللوحة إلى لوحات دوائر مطبوعة منفصلة. بهذه الطريقة، تحصل على مجموعة كاملة من لوحات الدوائر المطبوعة الجاهزة (وإن شاء الله) والعاملة بكامل طاقتها دفعة واحدة، جاهزة للتركيب والبيع. يبدو الأمر سهلاً، أليس كذلك؟ ولكن ليس بهذه السرعة: لضمان سير الإنتاج الضخم للوحات الدوائر المطبوعة بسلاسة قدر الإمكان وتحقيق التوفير المطلوب، يجب مراعاة بعض التفاصيل الدقيقة عند تركيب الألواح.
العوامل التي تؤثر على تكلفة تجميع لوحات الدوائر المطبوعة
بالطبع، يهتم معظم المصممين بالتكاليف والتحديات المرتبطة بها أكثر من اهتمامهم بالتفاصيل التقنية للعمليات المختلفة. القاعدة الأساسية هنا هي أن التكاليف والجهد يعتمدان على تعقيد التصميم المراد تصنيعه ويتطوران معه. تجدر الإشارة أيضًا إلى أن التصنيع القائم على الألواح يفرض التحديات التالية، والتي تؤثر أيضًا على التكاليف:
الفصل: عند استخدام آلة طحن لفصل لوحات الدوائر المطبوعة المجمعة بالكامل، تبقى رقائق وبقايا أخرى على سطح لوحات الدوائر المطبوعة، والتي يجب إزالتها لاحقًا في خطوة منفصلة، مما يتطلب جهدًا وتكاليف إضافية. إذا كنت ترغب في استخدام منشار بدلًا من جهاز التوجيه، فعليك مراعاة أنه عند تصميم محيط لوحة الدائرة، لا يمكن إجراء سوى عمليات قطع مستقيمة. خيار ثالث هو استخدام ليزر حديث، والذي لا يُستخدم إلا للوحات الدوائر المطبوعة بسُمك 1 مم أو أقل، وبالتالي لا يمكنك في هذه الحالة إنشاء تصاميم لوحات دوائر مطبوعة متعددة الطبقات بأي سُمك.
الكسور: تُخلّف معظم عمليات الفصل كسورًا خشنة على جوانب قطع العمل، خاصةً في حالة التقطيع باستخدام جسور المواد المثقبة (انظر أعلاه). لضمان التعامل الآمن مع لوحات الدوائر المطبوعة، يجب طحنها عند النقاط المعنية، مما يتطلب عملاً إضافيًا.
المكونات المتدلية: كما ذكرنا سابقًا، قد يحدّ وجود المكونات المتدلية بشكل كبير من عدد طرق التجميع التي يمكن استخدامها في تصميمك. في هذه الحالة، قد تحدث مشاكل في فصل لوحات الدوائر المطبوعة النهائية، نظرًا لخطر اصطدام رأس الطحن بالمكون المتدلي، مما قد يؤدي إلى إتلاف اللوحة بأكملها. وغني عن القول إن مثل هذه الأعطال تنطوي على تكاليف وتأخيرات غير متوقعة.
سلسلة توريد لوحات الدوائر المطبوعة: تساعد سلسلة توريد لوحات الدوائر المطبوعة الكاملة والمستقرة الشركات المصنعة على الحصول على مكونات كافية ومواد خام أخرى بأسعار تنافسية، في حين أن أي نقص في المكونات لن يؤدي إلى إبطاء تقدم التصنيع فحسب، بل سيؤدي أيضًا إلى زيادة تكلفة تجميع لوحات الدوائر المطبوعة.
إمكانيات الكشف المبكر والعلاج الوقائي للمشاكل المحتملة
يعتمد مصممو PCB ذوي الخبرة على طرق مختلفة مجربة للكشف المبكر عن المشكلات المحتملة وتصحيحها.
كما ذكرنا سابقًا، يضمن التصميم المبني على مبادئ DFM فعاليةً في توفير تكاليف تركيب الألواح وإنتاجها. لتركيب ألواح PCB، من الضروري، من بين أمور أخرى، معرفة شركات التصنيع المناسبة وعمليات التصنيع الخاصة بها في المرحلة المبكرة من مشروع التصميم. بهذه الطريقة، يمكنك تصميم مخطط الإنتاج الخاص بك على النحو الأمثل منذ البداية.
بالإضافة إلى ذلك، يُصبح التغلب على العديد من التحديات المتعلقة بتصنيع لوحات الدوائر المطبوعة آليًا أسهل باستخدام برامج تصميم عالية الجودة. على سبيل المثال، يوفر برنامج Altium Designer® وظائف شاملة لتجميع لوحات الدوائر المطبوعة من خلال ميزة "مصفوفة اللوحات المدمجة". يتيح لك هذا تجميع لوحة بسهولة باستخدام عدة تصاميم متطابقة أو مختلفة للوحات الدوائر المطبوعة. وبما أن التصاميم الأصلية لا تُنسخ ببساطة إلى اللوحة، بل تُربط بها، فإن التغييرات في التصميم الأصلي تظهر فورًا في تصميم اللوحة.
بالطبع، هناك العديد من الطرق الأخرى لتوفير تكاليف التصنيع بالإضافة إلى الألواح. مع ذلك، تستحق هذه النقطة اهتمامًا خاصًا، لأن الأخطاء هنا تؤدي بسرعة إلى تكاليف إضافية غير متوقعة، أو حتى إلى لوحات دوائر مطبوعة غير مناسبة تمامًا.
لذلك، يجب عليكَ الالتزام بالنصائح ومبادئ التصميم المُوجَّه نحو الإنتاج الواردة هنا - وفي العديد من المقالات الأخرى - والاهتمام بالتصميم المُوجَّه نحو الإنتاج طوال عملية التصميم. هذا لا يُوفِّر عليك الوقت فحسب، بل يُقلِّل أيضًا من تكاليف التصنيع ومخاطر التصحيحات اللاحقة.
إذا كنت ترغب في معرفة المزيد حول كيفية مساعدة Altium لك في التغلب على تحديات الألواح الخشبية الخاصة بك، فتحدث إلى أحد خبرائنا اليوم.
بيانات PCB – GERBER RS274-X الموسعة
إذا كان نظام التصميم لديك يسمح بذلك، فاستخدم الجهاز الموسّع RS 274-X لتصدير البيانات. الميزة الرئيسية هي أن جميع المعلومات المتعلقة بشكل وحجم الألواح موجودة في الترويسة. استيراد البيانات أسهل، ويقلل من خطر إعداد الألواح بشكل غير صحيح. كما يُقلل وقت معالجة البيانات بشكل كبير، مما يؤثر أيضًا على انخفاض تكاليف إعداد البيانات.
