لوحات الدوائر المطبوعة المرنة هي PCB بمادة ركيزة مرنة وعدة طبقات نحاسية تسمح بالانحناء. توفر هذه المرونة عدة مزايا، مثل الاستخدام الفعال للمساحة ومقاومة الصدمات/الاهتزازات، وهي مهمة في تطبيقات متعددة.

دعنا نلقي نظرة على جوانب مختلفة من هذه الـ PCB، بما في ذلك مواد البناء الشائعة وعمليات التصنيع والمزايا وغيرها!

ما هي لوحة الدوائر المطبوعة المرنة

كما ذُكر سابقاً، flex PCB هي لوحة دوائر بمادة أساسية قابلة للانحناء مصنوعة عادة من polyimide.

المواد التي تشكل الطبقات الأخرى مرنة أيضاً ويمكنها تحمل الانحناء دون كسر أو تشقق.

يمكنك ثني أو طي أو لف flex PCB لتناسب المساحات الضيقة، وهو أمر مهم عندما تريد أن تتوافق الدائرة مع شكل عبوة المنتج النهائي، مثل الأجهزة القابلة للارتداء.

الميزة الرئيسية الأخرى لـ Flex PCB هي مقاومتها للاهتزازات، مما يجعلها مناسبة لتطبيقات السيارات والفضاء والطيران.

أنواع لوحات الدوائر المرنة

فيما يلي أنواع flex PCB:

Flex PCB أحادي الجانب

هذا هو flex PCB الأكثر شيوعاً الذي يمكنك العثور عليه. لديها طبقة موصل واحدة مع فيلم عازل مرن.

كما أنها مطبوعة على جانب واحد، مما يجعلها أرخص في الإنتاج.

Flex PCB مزدوج الجانب

لديها طباعة على جانبي المادة العازلة. نتيجة لذلك، تستوعب المزيد من المكونات ولديها قدرة أفضل على التعامل مع الطاقة مقارنة بالـ PCB الأخرى.

من ناحية أخرى، هي أكثر تكلفة في الإنتاج.

Flex PCB متعدد الطبقات

لديها أكثر من طبقتين موصلتين، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات العسكرية والفضائية.

بالإضافة إلى ذلك، تستوعب دوائر كثيفة وأكثر تكلفة في الإنتاج.

لوحة دوائر مرنة متعددة الطبقات مع أنماط توجيه معقدة

Rigid-Flex PCB

من اسمها، هي مزيج من لوحات الدوائر الصلبة والمرنة. بشكل أكثر تحديداً، هي لوحات دوائر صلبة مع ركائز توصيل مرنة.

بسبب بنائها، ستجدها بشكل رئيسي في الأجهزة الذكية والتطبيقات العسكرية.

HDI Flex PCB

HDI هو اختصار لـ High-Density Interconnect.

HDI flex PCB لديها عدة microvia وهياكل دقيقة تسمح بكثافة أسلاك أعلى لكل وحدة مساحة مقارنة بلوحات الدوائر التقليدية.

كثافة الأسلاك العالية تزيد أيضاً من وظائف اللوحة لأنه يمكنك تركيب المزيد من المكونات عليها.

الميزة المميزة الأخرى لـ HDI flex PCB هي أن لديها ركائز أرق من لوحات الدوائر المرنة العادية، مما يقلل الحجم ويحسن الأداء الكهربائي.

ما هي مزايا لوحات الدوائر المرنة

تغليف مدمج وخفيف الوزن: PCB المرنة لديها ركائز وطبقات نحاسية ومواد أخرى أرق من نظيراتها الصلبة. المواد الرقيقة تعني أن اللوحات خفيفة أيضاً، مما ينتج عنه حجم ووزن تغليف أصغر للمنتج النهائي.
المرونة: يمكن للوحات المرنة توصيل عدة مستويات أثناء التثبيت ويمكن ثنيها عدة مرات دون التعرض للفشل.
موثوقية عالية: نقاط التوصيل البيني شائعة عند التعامل مع اللوحات الصلبة وعرضة للفشل. تقلل PCB المرنة نقاط التوصيل البيني في الدوائر، مما يزيد من موثوقية المنتج. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للوحات FPC تحمل الصدمات والاهتزازات، مما يجعل الإلكترونيات في السيارات والمنتجات الأخرى موثوقة للغاية.
تمكين تكوينات الكثافة العالية: نظراً لأنها تسمح بمسافات وخطوط ضيقة جداً، تحرر PCB المرنة مساحة لتجمعات الأجهزة عالية الكثافة لتمكين ميزات منتج إضافية.
حرية التصميم: تصميم flex PCB ليس محدوداً بطبقتين. يمكن أن تحتوي اللوحة على عدة طبقات، حتى أن بعضها يدمج دوائر صلبة في أجزاء مختلفة. لذلك، يمكن لهذه الـ PCB أن تحتوي على تكوينات معقدة للتعامل مع الدوائر المتقدمة.
تدفق هواء أفضل: التصميم الانسيابي لهذه الـ PCB يسمح للهواء البارد بالتدفق عبر المنتج بسهولة وتبديد الحرارة بشكل أسرع.

ما هي عيوب PCB المرنة

تكلفة تصنيع عالية: المواد المستخدمة لصنع اللوحات المرنة أكثر تكلفة من تلك المستخدمة لصنع rigid PCB. بالإضافة إلى ذلك، عملية التصنيع أكثر تعقيداً، وهناك احتمال أعلى للتلف أثناء المعالجة.
صعوبة إعادة العمل: إعادة عمل اللوحات المرنة (الإصلاح أو التعديل) صعبة لأنه يجب عليك إزالة الفيلم الواقي وإصلاح المشكلة ثم استعادة هذا الفيلم.
كثافة مكونات محدودة: الطبيعة الرقيقة والمرنة لهذه اللوحات تحد من عدد ونوع المكونات التي يمكنك تركيبها على اللوحة. الكثافة العالية أو المكونات الكبيرة والثقيلة قد تثقل الركيزة أو حتى تتسبب في كسرها.
تعقيد التصميم المتنوع: بعض قواعد التصميم، مثل عدم وجود via في مناطق الانحناء، وتبادل الموصلات على اللوحات متعددة الطبقات، واستخدام cover lay محددة، وما إلى ذلك، تجعل تصميم flex PCB معقداً.
القابلية للظروف البيئية الضارة: اللوحات المرنة أكثر عرضة للمواد الكيميائية والحرارة والرطوبة وعوامل بيئية أخرى مقارنة باللوحات الصلبة. لذلك، قد لا تكون الخيار الأفضل لبعض التطبيقات.

ما هي مواد Flex PCB الشائعة

الموصلات: المادة الموصلة الأكثر شيوعاً المستخدمة في PCB هي النحاس، لكن المستخدمة في اللوحات المرنة يجب أن تكون أرق. لذا، هي نحاس rolled annealed أو نحاس electrodeposited. المواد الأخرى التي يمكن استخدامها كموصلات تشمل الألومنيوم و Inconel وحبر الفضة و constantan و cupro-nickel.
اللاصق: هذه المادة تربط الطبقات معاً، وتشمل الإيبوكسي والأكريليك أو PSA (Pressure-Sensitive Adhesive).
العازل: العوازل تفصل الطبقات الموصلة وتشمل polyimide و polyester و PEN و PET و PEEK أو LCP. Solder mask، سائل الإيبوكسي، هو أيضاً عازل.
التشطيب: تشطيب السطح على مناطق النحاس المكشوفة يمكن أن يكون ENIG أو ENEPIG أو Tin أو OSP أو hard gold أو hard nickel. هناك عدة خيارات أخرى، لكن ENIG هو الأكثر شيوعاً.

لماذا استخدام Stiffener PCB على لوحات Flex و Rigid-Flex PCB

توفر Stiffener قوة ميكانيكية لـ PCB، مما يزيد من المتانة والموثوقية. يمكن إضافة Stiffener PCB إلى أي جانب من اللوحة، ومتطلباتها تندرج ضمن فئات الاستخدام التالية:

تقوية أجزاء الموصل لتحسين تخفيف الضغط أثناء الإدخال المتكرر أو عند حمل موصلات كبيرة وثقيلة
لتلبية متطلبات سمك ZIF (Zero Insertion Force)
إنشاء سطح مستوٍ لوضع pads ومكونات SMT
للمساعدة مع قيود الانحناء المحلية
تقليل ضغط المكونات
لتحسين تبديد الحرارة (stiffener معدني)
تقليل احتمالية الفشل أثناء التجميع الآلي

هل هناك اعتبارات عند تصميم لوحات مطبوعة مرنة

قبل الدخول في عملية التصنيع، يجب تصميم flex PCB بشكل صحيح، ومن المهم تذكر هذه الاعتبارات التصميمية.

البيئة التشغيلية

ضع في اعتبارك البيئة التشغيلية النهائية للوحة، والتي ستحدد ما إذا كانت تحتاج طبقات حماية للمواد الكيميائية أو درجات الحرارة العالية أو الرطوبة.

نسبة الانحناء

يشير هذا المصطلح إلى العلاقة بين نصف قطر الانحناء وسمك اللوحة. هذه النسبة مهمة للاعتبار لأن اللوحات ذات أعداد طبقات مختلفة لها نسب انحناء مختلفة، وكلما كان نصف قطر الانحناء أضيق، زادت احتمالية الفشل عند الثني.

الموصلات والتوجيه

يجب تحليل traces النحاس ومسارات نقلها بعناية لتحديد ما إذا كانت ستتأثر عند الثني. يجب توجيه الموصلات بشكل عمودي على مناطق الانحناء لتجنب الكسر.

Pad Fillet

هذه الإضافة ضرورية عندما يتجاوز قطر pad عرض الخط المتصل لأنها تزيد من عائد etching وقوة المادة.

Tear Relief

ضع في اعتبارك زوايا نصف قطر كبيرة و stiffener وفتحات relief لتجنب تمزق PCB.

Via

يجب استخدام via العمياء والمدفونة فقط عند الضرورة لـ PCB متعددة الطبقات لأنها تزيد من تكلفة التصنيع بشكل كبير.

طبقة Plane و Shielding

طبقات ground أو reference plane مهمة للحماية والتحكم في المعاوقة وسلامة الإشارة. ومع ذلك، هذه الطبقات النحاسية الصلبة تجعل اللوحة أكثر صلابة، لذا يجب تضمينها في حسابات نسبة الانحناء.

سلامة الإشارة والمعاوقة المتحكم بها

عوامل مثل الثابت العازل لمادة العزل وعرض trace ومسافة trace الإشارة من reference plane تحدد سلامة الإشارة والمعاوقة.

كيفية تصنيع لوحات الدوائر المرنة: عملية التصنيع خطوة بخطوة

تختلف هذه العملية اعتماداً على ما إذا كانت اللوحة المرنة بها طبقة واحدة أو عدة طبقات (2 أو أكثر)، لكنها تتبع عموماً الخطوات أدناه بعد اختيار المادة وتغطية النحاس.

قطع Laminat Copper-Clad

يبدأ Flex PCB كلفات من laminat copper-clad يتم قطعها إلى صفائح نحاسية نصف جاهزة بالأحجام المطلوبة للمعالجة.

الحفر

اعتماداً على ملف التصميم، يتم حفر الثقوب عبر laminat بأقطار محددة باستخدام الحفر الميكانيكي أو الليزري. الأخير مفضل لأنه لا يضع ضغطاً على PCB. ثم يتم تنظيف هذه الثقوب وطلاءها.

Laminat Dry Film

Dry film هو resist حساس للضوء يساعد في نقل صورة الدائرة إلى طبقة النحاس. يتم تطبيق مادة photoresist هذه باستخدام بكرات ساخنة بضغط مناسب لإذابتها وتشكيلها بالتساوي فوق النحاس.

Pattern Plating

يمكن إجراء Pattern plating باستخدام ضوء UV (الطباعة الحجرية الضوئية) أو LDI.

Etching

تتطلب هذه العملية محلولاً كيميائياً أكالاً لإزالة النحاس من مناطق dry film غير المعالجة. Pattern plating يصنع فيلماً إيجابياً يتصلب على مادة photoresist لتشكيل الدوائر. Etching يأكل الأجزاء الأخرى لترك الدوائر.

إزالة Dry Film والفحص

يتم إزالة الفيلم الجاف الإيجابي المتصلب لترك دوائر النحاس المكشوفة، التي تخضع للفحص للدوائر القصيرة أو المفتوحة باستخدام AOI.

Laminat Coverlay

Overlay هو فيلم يُطبق على PCB لحمايتها من الأكسدة والتلف الميكانيكي، مثل الخدوش. بعد التطبيق، تخضع اللوحة للـ lamination باستخدام الحرارة والضغط بمعايير حرارة وضغط محددة لتجنب التلف.

تشطيب السطح

تشطيب السطح مهم في مناطق النحاس المكشوفة لحمايتها من الأكسدة. كما أنه يبسط اللحام.

Silkscreen Printing

يُظهر Silkscreen معلومات ذات صلة على السطح (نقاط اختبار، رموز تحذير، شعارات، إلخ)، ويُطبع مع solder mask للحماية.

الاختبار الكهربائي

يتطلب الاختبار الكهربائي تقنيات مثل flying probe أو bed of nail للتحقق من الدوائر القصيرة أو المفتوحة في PCB.

Punching

يشير Punching إلى قطع الصفائح إلى PCB فردية تتوافق مع متطلبات العميل (ملف التصميم).

الفحص

الفحص البصري ضروري للتأكد من أن اللوحات المرنة ليس بها خدوش أو تلوث.

التغليف والشحن

يتم تغليف PCB المكتملة وفقاً لاحتياجات العميل قبل الشحن. إذا كان العميل يحتاج تجميعاً، تتجه اللوحة إلى هذا المصنع لتشكيل PCBA قبل الشحن.

كيفية اختيار مصنع لوحات الدوائر المرنة المناسب

منتجات الدوائر المرنة عالية الجودة من FlexiPCB

Flex PCB هي لوحات إلكترونية دقيقة تتطلب اعتبارات ومعالجة تصميم مناسبة عند تصنيعها. لذلك، يجب أن تضع في اعتبارك الـ 3 E عند اختيار مصنع تجميع لوحتك المرنة. هذه هي expertise (الخبرة) و equipment (المعدات) و experience (التجربة).

في FlexiPCB، لدينا فريق مهندسين داخلي يستخدم برامجنا ومعداتنا المتقدمة لمساعدتك في:

تطوير المفهوم
تحسين التصميم
اختيار المواد
تصميم stackup PCB
تحليل DFM
تحليل سلامة الإشارة
تحليل سلامة الطاقة
التحليل الحراري
التحليل الميكانيكي

نظراً لأن هذه اللوحات دقيقة في المعالجة، يمكننا التعامل مع عملية التجميع لك لإزالة التعقيد الذي قد ينشأ من جانبك.

تشمل حلول تجميع PCB turnkey لدينا أيضاً sourcing وشراء المواد ومراقبة الجودة والاختبار والتغليف والشحن ودعم ما بعد البيع والصيانة، ونوصي بهذه الخدمة لأنها تسمح لنا بالقيام بكل العمل المحفوف بالمخاطر والصعب من أجلك بتكلفة معقولة.

مجموعة منتجات FlexiPCB تعرض حلول دوائر مرنة متنوعة

الأسئلة الشائعة

هل flex PCB موثوقة؟

عموماً، معظم لوحات الدوائر المطبوعة المرنة موثوقة ومتينة. هذا لأن المصنعين يصنعون هذه الـ PCB باستخدام مواد ركيزة مرنة مثل polyimide.

بعد ذلك، يستخدمونها في الأجهزة التي تحتاج أن تكون مرنة.

على سبيل المثال، نستخدم flex PCB في الأجهزة القابلة للارتداء مثل الساعات.

من ناحية أخرى، ستعتمد موثوقية flex PCB الخاصة بك على جودة بنائها. المصنعة بشكل سيء لن تكون موثوقة مثل PCB عالية الجودة.

لماذا دوائر flex PCB مكلفة؟

بعض flex PCB أغلى من rigid PCB لعدة أسباب. أولاً، هي أكثر تعقيداً في التصميم والتصنيع.

نتيجة لذلك، يخصص المصنعون المزيد من الموارد لإنتاج flex PCB مقارنة بما يفعلونه مع لوحات الدوائر التقليدية.

ثانياً، ركائز flex PCB أغلى من المواد المستخدمة لصنع rigid PCB.

على سبيل المثال، تكلفة ركيزة polyimide أعلى من المواد الصلبة التي يستخدمها المصنعون في PCB التقليدية.

ثالثاً، الطبيعة المرنة لـ PCB تجعل عملية التصنيع مكثفة وتستغرق وقتاً طويلاً.

بشكل عام، هذا يقلل من عدد اللوحات التي يمكن للمصنعين صنعها في وقت معين.

نتيجة لذلك، تزداد تكاليف التصنيع، مما يعني أسعار بيع أعلى.

الخلاصة

في الختام، تتطلب flex PCB تخطيطاً واعتباراً وعناية دقيقة عند التصميم والتصنيع والتجميع لتحقيق الفوائد المرجوة.

هذه الفوائد مهمة للجيل الحالي والمستقبلي من الإلكترونيات، حيث ستكون الدوائر المدمجة والخفيفة والموثوقة مطلوبة في تطبيقات متعددة.

مع شريك تصنيع موثوق مثلنا، يمكننا ضمان لوحات دوائر flex متينة وعالية الجودة لأن التزامنا بالتميز والتحسين المستمر أبقانا في مقدمة الصناعة.

اتصل بنا لمعرفة المزيد عن حلول تصميم وهندسة flex PCB لدينا، أو احصل على عرض سعر اليوم!

الدليل الشامل للدوائر المطبوعة المرنة (FPC)