لوحات الدوائر المطبوعة الصلبة مقابل المرنة: أيهما أفضل؟
لوحة الدوائر المطبوعة الصلبة المرنة (PO) هي تصميم لوحة دوائر نصفية، تجمع بين مكونات من ألواح صلبة ودوائر مرنة. تكون لوحات الدوائر المطبوعة الصلبة المرنة صلبة في نقاط معينة من اللوحة ومرنة في نقاط أخرى. وبالتالي، يمكن طيّها أو ثنيها باستمرار مع الحفاظ على حالة المناطق التي تحتاج إلى دعم إضافي. عادةً ما تكون الدوائر متعددة الطبقات، ومُغطاة بطبقات مرنة متصلة بصفائح صلبة. تُغطى الطبقات المرنة بالكامل وتخترق الأجزاء الصلبة من لوحة الدوائر المطبوعة.
من أهم مزايا لوحة الدوائر المطبوعة الصلبة المرنة نحافتها. يتراوح العازل القياسي في الدوائر المرنة بين 001 و002 بوصة، مما يجعلها خيارًا ممتازًا لتلبية احتياجات التجميع فائقة الخفة والنحافة. طبقاتها الخالية من المواد اللاصقة، وتقنية HDI، وطبقاتها النحاسية الرقيقة تجعلها مثالية لابتكار خطوط إنتاج استثنائية، مما يمنحك أصغر وأخف وزنًا وأخف حل لتصاميم دوائرك.
أنواع لوحات الدوائر المطبوعة الصلبة والمرنة
تدعم لوحات الدوائر المطبوعة الصلبة المرنة نوعين أساسيين من التطبيقات: المرونة عند التقديم والمرونة الديناميكية.
يُعدّ استخدام لوحة الدوائر المطبوعة المرنة الصلبة أشهر أنواع تطبيقاتها. في هذا التطبيق، تُغطى اللوحة مرة واحدة فقط عند تجميع الجهاز أو إخلائه. في الواقع، يبقى الجزء المرن من اللوحة ثابتًا طوال الاستخدام، على الرغم من احتمال حدوث بعض التمدد نتيجةً لتطبيقات الاهتزازات العالية.
لذا، من الضروري أحيانًا أن تكون لوحة الدوائر المطبوعة قادرة على الانحناء والالتواء أكثر من مرة أثناء الاستخدام النهائي. يُعرف هذا النوع من تطبيقات الدوائر باسم "الانحناء الفريد". يتطلب الأمر تفكيرًا دقيقًا لضمان قدرة الجزء المرن من اللوحة على تحمل التآكل المتكرر. عند تصميمها بمسحة انحناء مناسبة، يمكن الوثوق بأن هذه الصفائح من الدوائر ستستمر لآلاف دورات الانحناء دون أي مشكلة.
هيكل PCB صلب ومرن
ميزات لوحة الدوائر المطبوعة المرنة الصلبة
- تم ترتيب جميع الخطوط، مما يمكن أن يوفر عمل الارتباط للخطوط الزائدة؛
- إن متطلبات الوزن والمساحة الأقل تجعل هذه الدوائر المرنة الصلبة خيارًا مثاليًا للتطبيقات الطبية، على سبيل المثال، أجهزة تنظيم ضربات القلب.
- يمكن أن يؤدي ذلك إلى تقليل حجم العنصر بشكل فعال، وجعله أكثر فائدة في النقل.
- يمكن أن يخفف من ثقل العنصر الثابت؛
- يمكنه تحسين الدقة وتعزيز تجميع المساحة ثلاثية الأبعاد في المساحة المحدودة.
تطبيقات لوحات الدوائر المطبوعة الصلبة والمرنة
على الرغم من ارتفاع تكلفتها، تتميز ألواح الدوائر المطبوعة الصلبة المرنة بمرونة فائقة، ويمكن تصميمها لتناسب تطبيقات في نطاق واسع من الصناعات. فهي مناسبة تمامًا للأجهزة العسكرية والطيران والعلاجية، ويمكن أيضًا استخدامها في منتجات تجارية محددة. بعض العوامل تجعل ألواح الدوائر المطبوعة الصلبة المرنة خيارًا مثاليًا. في هذه الظروف، تستحق هذه الألواح الاستثمار، بل قد تكون الخيار الأكثر توفيرًا من الناحية المالية. وتشمل هذه العوامل:
• حالات الصعق والاهتزاز الشديد. تتميز لوحات الدوائر المطبوعة الصلبة المرنة بمقاومة عالية للصعق، ويمكنها تحمل ظروف الضغط العالي التي قد تؤدي بطريقة أو بأخرى إلى تلف المعدات.
تطبيقات عالية الدقة حيث تكون الجودة العالية أهم من اعتبارات التكلفة. في الحالات التي يُشكل فيها عطل في الكابل أو الموصل خطرًا، تُعدّ لوحات الدوائر المطبوعة المرنة الصلبة الأكثر متانة مثالية.
التطبيقات عالية السُمك. بعض التجمعات لا تمتلك مساحة سطحية كافية لجميع الموصلات والكابلات المهمة. يمكن لدائرة مرنة صلبة أن تُبسط المساحة لمعالجة هذه المشكلة.
• التطبيقات التي تتطلب صفائح صلبة مختلفة. عندما تكون المجموعات مشغولة بأكثر من أربع صفائح متصلة، قد يكون من الأفضل والأنسب استبدالها بلوحة PCB مرنة صلبة واحدة.
المزايا
على نطاق أوسع، تحتوي لوحات الدوائر المطبوعة المرنة الصلبة على النقاط المحورية التالية:
• تحمل مستويات كبيرة من الصدمة والاهتزاز
• تحمل دورات مرنة لا حصر لها
• تقليل وزن الحزمة
• زيادة سمك الدائرة
• تقليل مهام التجمع المهمة.
تُعدّ لوحات الدوائر المطبوعة المرنة الصلبة مثاليةً لتقليص الموصلات أو الاستغناء عنها، بالإضافة إلى توفيرها للجهد والإنتاجية والنقل والثبات، وهي عناصر أساسية في استخدامها. لذا، يُمكن لأي جهة تستفيد من هذه الميزات الاستفادة من لوحة الدوائر المطبوعة المرنة الصلبة.
المواد المستخدمة بشكل شائع في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة المرنة والصلبة
يعتمد أداء لوحات الدوائر المطبوعة المرنة الصلبة على مادة الركيزة التي تتكون أساسًا من غشاء عازل مرن وغشاء لاصق مرن. ويُعد الغشاء العازل المرن النوع الرئيسي من مواد الركيزة المرنة، وهو في الغالب يتكون من البوليستر (مايلر) المستخدم في المنتجات منخفضة التكلفة، والبولي إيميد (كابتون) وهو النوع الأكثر شيوعًا، والبوليمر الفلوري (PTFE) المستخدم عادةً في المنتجات العسكرية والطيران.
عند دراسة هذه الأنواع الثلاثة من المواد المرنة، يتميز البولي إيميد بأعلى ثبات عازل، مع خصائص كهربائية وميكانيكية ممتازة ومقاومة عالية لدرجات الحرارة العالية، إلا أنه مرتفع التكلفة وسهل امتصاص الرطوبة. بالمقارنة مع البولي إيميد من حيث الأداء، يتميز البوليستر بمقاومة ضعيفة لدرجات الحرارة العالية. يُستخدم البولي تترافلوروإيثيلين بشكل أساسي في المنتجات عالية التردد ذات ثابت العزل المنخفض.
المادة الرئيسية المُضافة إلى غشاء الغراء المرن هي صمغ الأكريليك، والإيبوكسي، والبوليستر. يتميز صمغ الأكريليك والبوليستر إيميد بتماسك فائق، ومرونة عالية، ومقاومة عالية للصدمات ومقاومة للحرارة. مع ذلك، يتميز بمعامل تمدد حراري مرتفع نسبيًا، لذا يجب ألا يتجاوز سمكه الداخلي 0.05 مم. يتميز صمغ الإيبوكسي بتماسك ضعيف، ويُستخدم غالبًا على طبقة تغطية اللصق والطبقة الداخلية. علاوة على ذلك، يتميز بمعامل تمدد حراري منخفض جدًا، مما يجعله مفيدًا في تحسين مقاومة الصدمات الحرارية للفجوات المطلية.
تراكب الدائرة المرنة
طبقة تغطية الدائرة المرنة، أو ما يُعرف أيضًا بالغطاء، هي عملية تغطية تُستخدم لتوضيح وتثبيت الأجزاء الخارجية للدائرة المرنة. يشبه غشاء التغطية في الدائرة المرنة جامدة ثنائي الفينيل متعدد الكلورحجاب اللحام، مع فارق رئيسي واحد، وهو مرونة غشاء التغطية! وفقًا لموقع allflexinc.com، "غشاء التغطية هو في الغالب غشاء بولي إيميد مغطى بأسمنت صلب بالحرارة. يتراوح سمك الغشاء بين 0005 بوصة و005 بوصة، و001 بوصة و002 بوصة هما الأكثر شيوعًا."
متى تستخدم الجامد ومتى تستخدم المرن
عادةً ما تكون تكلفة لوحات الدارات المطبوعة المرنة الصلبة أقل من تكلفة الدوائر المرنة. أقول "عادةً" نظرًا لأنه عند النظر في التكلفة الإجمالية للملكية، هناك بعض التطبيقات التي قد تكون أقل تكلفة عند استخدام لوحات الدارات المطبوعة المرنة مقارنةً باستخدامها الصلب. للحصول على فهم دقيق وشامل للتكلفة الإجمالية للملكية، عليك أولاً استيعاب حقيقة أن الدوائر المرنة قد تُغني عن الحاجة إلى قطع غيار، مثل الموصلات، ومجموعات الأسلاك، وغيرها. تستخدم العديد من الأجهزة الإلكترونية (مثل أجهزة الكمبيوتر الشخصية، ووحدات التحكم في الصوت، ومحركات الأقراص الصلبة (SSD)، وأجهزة التلفزيون ذات الشاشات المسطحة، وألعاب الأطفال، والأجهزة الإلكترونية الأخرى) لوحات دارات مطبوعة صلبة بدلاً من لوحات الدارات المطبوعة المرنة. علاوة على ذلك، قد توجد الدوائر المرنة في الأجهزة فائقة التطور أو ربما الفاخرة، بما في ذلك أجهزة تحديد المواقع (GPS)، والأجهزة اللوحية، وأجهزة المساعد الرقمي الشخصي (PDA)، والكاميرات، والأجهزة القابلة للارتداء.
إن الحداثة الأكثر أهمية ليست هي الدافع الرئيسي لاستخدام الدوائر المرنة؛ حيث قد تستخدم التطبيقات ذات التقنية المنخفضة تقنية الدوائر المرنة في بعض الأحيان لأنها تجعل التثبيت أسهل كثيرًا.
فهم متى يتم استخدام كليهما
في الوقت الحالي، عليك فهم متى تستخدم لوحة دوائر مطبوعة صلبة ومتى تلتزم بلوحة دوائر مطبوعة مرنة. من الواضح أن تكلفة الدوائر الصلبة أقل من تكلفة الدوائر المرنة. من ناحية أخرى، تُحدد تكلفة الملكية والتطبيق المبلغ الذي تحتاج إلى إنفاقه. في بعض الأحيان، قد يُقلل استخدام الدوائر المرنة من التكاليف. إذا كنت ترغب في فهم التكلفة الإجمالية للملكية، فعليك معرفة بعض الحقائق. تُغني الدوائر المرنة عن الحاجة إلى بعض المكونات مثل الموصلات ومقابض الأسلاك وألواح الدوائر الأخرى. إذا تواصلت مع مُصنّعي لوحات الدوائر المرنة، فسيقولون شيئًا مشابهًا.
بالتأكيد، يمكن استخدام دائرة مرنة ودائرة مرنة صلبة معًا - كلوحة دارات مطبوعة مجمعة - عند الحاجة. ربما توفر هذه الطريقة أفضل ما في العالمين.
اوجه الاختلاف
عند تخطيط لوحات الدوائر المطبوعة الصلبة، يجب اتباع قواعد هيكلية معينة، بما في ذلك أقل حجم للفجوات، وأقل مساحة وعرض للمسار، وأقل مسافة بين حواف اللوحة، وسمك النحاس والهيكل بشكل عام. كما تشترك لوحات الدوائر المطبوعة الصلبة والمرنة في العديد من خطوات التجميع. تشمل هذه الخطوات اختراق وتغليف الفجوات والثقوب، وتصوير الصور وتطويرها، ورسم مسارات النحاس، والوسائد، والتصاميم، والمستويات، وتسخين أحمال الدائرة لإزالة الرطوبة من لوحات الدوائر المطبوعة. في عملية التجميع، تنتقل لوحات الدوائر المطبوعة الصلبة إلى محطة حجاب اللحام، بينما تنتقل الدوائر المرنة إلى محطة التغطية.
| جامد | موعد تقديم مرن | |
| تعريف | الدائرة المرنة الصلبة هي تطويرٌ مُدمجٌ للوحة FPC ولوحة FR4، وهي مُغطاةٌ معًا في هياكلَ مُنفصلة. أي أن كلاً من الأجزاء الصلبة والمرنة مُصممةٌ وفقًا لتسلسلٍ مُترابط، ولا تعمل FR4 كمُقوّي فحسب، بل توجد دائرةٌ على كلٍّ من لوحتي FPC وFR4. | يشير مصطلح "FPC" (الدائرة المطبوعة المرنة) إلى طبقة بوليمر رقيقة واقية مُلحقة بنماذج دوائر موصلة. وتُعدّ المرونة هي الميزة الأكثر شيوعًا لـ "FPC"، مما يُمكّنها من توفير اتصال ممتاز داخل المساحات الصغيرة أو الأجزاء التي تحتاج إلى انحناء. |
| الإنتاج والسعر | في حين أن ألواح البولي بروبلين المرنة الصلبة معقدة بنفس القدر، إلا أنها تتطلب طبقة من دارة FPC وتحميل FR4 عادةً عند تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة المرنة الصلبة. يحتاج المصنع إلى كلٍّ من آلات إنتاج لوحات الدوائر المطبوعة الصلبة وآلات إنتاج ألواح البولي بروبلين المرنة، ومع أكثر من 50 عملية، ستكون مراقبة الجودة أكثر صعوبة. نظرًا لصعوبة الإنتاج، عادةً ما تكون ألواح البولي بروبلين المرنة الصلبة أغلى بكثير من بعض الألواح الأخرى، مثل FR4/FPC مع مُقوِّي، وعادةً ما تُستخدم فقط في أنشطة طلبات الجودة، مثل المهام العسكرية والأقمار الصناعية. | يُعدّ هذا المنتج أساسيًا في عملية إنتاج مواد مرنة مُقوّاة، حيث يقوم المصنع بربط المُقوّيات بعد تسليم FPC. ونظرًا لسعره المتواضع، يُستخدم FPC بشكل شائع، وتكلفته المنخفضة نسبيًا. ويُستخدم FPC بشكل أكثر شيوعًا في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية، مثل الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر. |
| الخامة | يحتوي على فيلم عازل مرن وفيلم أسمنتي مرن. | يشتمل الفيلم المرن، في الغالب، على البوليستر (Mylar) الذي يستخدم عادةً في النتائج النهائية المنخفضة، والبولي إيميد (Kapton) وهو النوع الأكثر شيوعًا، والفلوروبوليمر (PTFE). |
ما هي الوسائل اللازمة لصنع لوحة دارات مطبوعة صلبة ومرنة؟
- إن تصنيع الهياكل الصلبة المرنة أكثر تعقيدًا من إنشاء خطة صلبة أساسية نظرًا لأن المساحة ثلاثية الأبعاد مطلوبة من أجل بناء هيكل مرن صلب.
- المادة الأساسية للجزء الصلب مصنوعة من FR4 والجزء المرن يتكون من البولي إيميد وبعد ذلك يتم وضع رقائق النحاس وفيلم الغطاء الحامل.
- في الخطوة الأولى من تجميع لوحة الدوائر المطبوعة المرنة الصلبة، يتم وضع المواد اللاصقة المتاحة على طبقة من النحاس.
- بعد ذلك، تُغطى طبقة رقيقة من رقائق النحاس بالغراء. ويمكن أيضًا استخدام طلاء النحاس بدلًا من عملية التغطية.
- تتضمن الخطوة التالية حفر فجوات صغيرة على الركيزة المرنة. يُعدّ الاختراق بالليزر الأنسب لعمل فتحات دقيقة.
- يُخزَّن النحاس في الفجوات عند اختراقه لتصميم المرن. تُعرف هذه العملية باسم طلاء الفتحة الشاملة، حيث يُطلى النحاس صناعيًا.
- في المرحلة التالية، يُطبّق نقش حساس للضوء على السطح المرن. تُعد تقنية طلاء زخارف النوافذ مثاليةً لهذه العملية.
- يُنقش غشاء النحاس بشكل صحيح بعد وضع الغطاء. بعد ذلك، يُزال مُقاومة السحب من لوحة الدائرة.
- في المرحلة التالية، يُطبّق تأمين التغطية على الطبقتين العلوية والسفلية للركيزة المرنة. تُعد مادة البولي إيميد خيارًا مثاليًا للاستخدام كتأمين تغطية.
- التقطيع هو مرحلة لاحقة تُقطع فيها مادة الفليكس حسب متطلبات التصميم. يُعدّ كلٌّ من جهاز القطع اليدوي والثقب الهيدروليكي من أكثر الطرق استخدامًا لقطع مادة الفليكس. تتضمن هذه التقنيات قطع أنواع مختلفة من مادة الفليكس بدقة عالية.
- في التقدم الأخير، يتم وضع لوحة مرنة، تم إنتاجها باستخدام إجراء التعتيم، بين الطبقات الصلبة مما يؤدي إلى العنصر الأخير الذي يمكن تجربته كهربائيًا لجعله متاحًا للسبب الإلكتروني.
تكلفة مرنة جامدة ثنائي الفينيل متعدد الكلور
السبب الرئيسي وراء ارتفاع تكلفة تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) المرتبطة بألواح الدوائر المرنة أو الصلبة المرنة يكمن في عدد برامج البناء المُصنّعة يدويًا التي قد يتضمنها هيكل معين. أما السبب الآخر فهو الحجم؛ ومع ذلك، في الكميات الحالية، نلاحظ عادةً أن معظم العملاء يستردون التكلفة الإضافية في 2000 قطعة أو أقل.
العامل الآخر في تكلفة الأدوات هو الحجم. بالنسبة للنماذج المرنة الصلبة والمرنة والنماذج ذات الحجم الصغير، تُصنع معظمها باستخدام القطع بالليزر أو التوجيه الميكانيكي. يُستخدم هذا في تركيب أجزاء التركيب السطحي في الأغطية، ومخططات القطع، وعند الحاجة، في هيكل الدعامات.
عادةً ما يُنجز الاختبار الكهربائي على هذه الأحجام المنخفضة باختبار تجريبي. في إنتاج الدوائر المرنة والصلبة المرنة بكميات كبيرة، يجب التبديل إلى آلات القطع والثقب الفولاذية أو آلات القطع والثقب. هذه الآلات الفولاذية تتعطل، وعادةً ما تكون أكثر تكلفةً في تصنيعها، مثل نظام القطع بالليزر. كما يتم استبدال أجهزة الاختبار الكهربائية بأجهزة اختبار سلكية، مما قد يتطلب جهدًا أكبر. قد يُسبب كلا العاملين تكلفةً أوليةً أوليةً، إلا أنهما يُمثلان انخفاضًا كبيرًا في سعر الوحدة للقطعة عند التعامل مع أحجام أكبر.
- الطبقات هي العامل الأكثر أهمية، إذا كان الانحناء من جانب واحد كافياً، فلا تحاول أبدًا إضافة المزيد من الطبقات
- أنواع لوحة Flex: قطع مفردة أو في لوحة، عند إجراء تقدير تكلفة Flex PCB، ضع في اعتبارك معدل استخدام المواد، مادة Flex PC هي وحدة نقل، أحد الجانبين لا يمكن أن يكون أكثر من 250 مم، عند الإنشاء، سوف نحدد حجم لوحة العمل، إذا كانت الطرود نفايات، وهذا سوف يتأكد من تكلفة Flex PCB.
- الحد الأدنى للمسار/التباعد، 2-3 مل.
- الحد الأدنى لحجم الحفرة، لا ينبغي أن يكون صغيرا للغاية، 0.25.
- أصابع الذهب، خياران لإصبع الذهب المرن PCB، الذهب الصلب أو الذهب المغمور، الذهب الصلب أكثر تكلفة بشكل كبير.
- سمك النحاس: 1/3 أوقية أمر طبيعي، والحفاظ على المرونة، وعدم اقتراح النحاس الساحق.
- المقوي، يحتوي موصل Flex PO على 3 خيارات لاختيار المقوي: مقوي Fr4، مقوي من الألومنيوم، مقوي Pi، في حالة تكرار التوصيل، نوصي باستخدام مقوي أكثر صلابة.
- تشطيب السطح: عادي هو الذهب المغمور.
- الحجم: معدل استخدام المواد أكثر، وأقل تكلفة.
- الكمية: كلما زادت كانت أقل تكلفة
في الخلاصة
على الرغم من أن صفائح الدوائر المطبوعة الصلبة والمرنة تُلبي، على مستوى أساسي، حاجةً متشابهة - ربط مختلف الأجزاء الكهربائية والميكانيكية معًا - إلا أن لكلا الابتكارين مكانتهما في الحياة اليومية. وبينما تُستخدم قواعد تصميم متشابهة في كلٍّ من لوحات الدوائر المطبوعة الصلبة والمرنة، تتطلب لوحات الدوائر المطبوعة المرنة قواعد تصميم إضافية نظرًا لخطوات تصنيعها الإضافية. علاوةً على ذلك، على الرغم من أن لوحات الدوائر المطبوعة الصلبة قد تبدو، حتى للوهلة الأولى، أقل تكلفة، إلا أنه ينبغي مراعاة التكلفة الإجمالية للتصميم قبل الحكم على أن الدوائر المرنة باهظة الثمن.
بعد النظر إلى الأمر من منظور شامل، من المهم ملاحظة أن ليست كل مصانع الألواح مناسبة لتجميع لوحات الدوائر المطبوعة المرنة. قبل البدء في مشروع بناء دائرة مرنة، يجب عليك مقابلة العديد من مصانع الألواح ومناقشة خيارات تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة المرنة والتكاليف المرتبطة بها.
