ثنائي الفينيل متعدد الكلور المرن الصلب: الفوائد والنصائح العملية

مع ولادة وتطوير FPC وثنائي الفينيل متعدد الكلور وثنائي الفينيل متعدد الكلور، ظهر منتج جديد يسمى اللوح المرن الصلب.

ما هو ثنائي الفينيل متعدد الكلور المرن الصلب？

ألواح صلبة مرنة تجمع بين ركائز الدوائر المرنة وركائز الدوائر الصلبة في هيكل مغلف واحد. تتخطى مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المرنة الصلبة حدود مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الصلبة التقليدية. كما أنها تستخدم دارات مرنة مصنوعة من خلال ترقيع النحاس عالي الليونة أو النحاس الملدن بالكهرباء أو النحاس الملدن المدلفن على أغشية عازلة مرنة. تُظهر التصاميم المرنة الصلبة بعض السمات الواضحة: الكثافة العالية، والآثار الدقيقة، والفتحات الصغيرة، والحجم الصغير، والوزن الخفيف، والموثوقية العالية. يبقى أداؤها مستقرًا في ظل الاهتزازات والصدمات والظروف الرطبة. يمكن أن تنحني، وتسمح بالتركيب ثلاثي الأبعاد. وتستخدم المساحة داخل التجميع بشكل أكثر فعالية. لهذه الأسباب، تُستخدم على نطاق واسع في المنتجات الرقمية المحمولة مثل الهواتف المحمولة والكاميرات الرقمية وكاميرات الفيديو. سيتم استخدام الألواح الصلبة المرنة بشكل أكبر حيث يجب تقليل حجم العبوة، خاصة في الإلكترونيات الاستهلاكية.

في البداية، جاءت أفكار التصميم الأساسية وعمليات التصنيع للألواح المرنة الصلبة متعددة الطبقات من معدات الفضاء الجوي. تحتاج أنظمة الفضاء الجوي إلى أسلاك موثوقة داخل مساحة محدودة للغاية. حتى أنه في بعض المنتجات المعقدة، استخدمت الألواح المرنة الصلبة أكثر من 30 طبقة موصل. ومن ناحية أخرى، لطالما احتاجت الإلكترونيات الاستهلاكية مثل الهواتف والكاميرات الرقمية إلى أسلاك عالية الكثافة ومنخفضة التكلفة. وقد دفعت هذه الحاجة إلى ظهور أفكار تصميم وأساليب تصنيع جديدة.

اللوحة متعددة الطبقات الصلبة المرنة هي في الأساس مزيج من الألواح الصلبة والألواح المرنة. ولكن لكي يتمكن صانعو الألواح من الجمع بينهما بشكل جيد، فإنهم يحتاجون إلى مهارات جيدة في كل من عمليات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الصلب وثنائي الفينيل متعدد الكلور المرن. لذا، قبل تصميم هذا النوع من مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور، يجب أن تعرف بوضوح قدرات الشركة المصنعة وحدودها.

عيوب الألواح الصلبة المرنة

إذا قارنت فقط “لوح مرن + لوح جامد + موصل” بلوح واحد مرن جامد، العيب الرئيسي للألواح الجامدة المرنة هو التكلفة. غالبًا ما تكون الألواح الصلبة المرنة أكثر تكلفة. في بعض الحالات، قد يكون خيار اللوحة الصلبة المرنة ضعف سعر اللوحات المرنة والصلبة المنفصلة. ومع ذلك، إذا قمت بإزالة تكلفة الموصل أو تكلفة لحام HotBar من المقارنة، يمكن أن يصبح السعر متقاربًا. لرؤية صورة التكلفة الحقيقية، يجب إجراء تحليل كامل للتكلفة يحسب الأجزاء وخطوات التجميع والعمليات الخاصة.

الجانب السلبي الآخر هو التجميع. قد يتطلب تركيب SMT وإعادة تدفق المكونات على الألواح المرنة الصلبة حاملات أو تركيبات لدعم المناطق المرنة. يضيف استخدام الحاملات إلى تكلفة تجميع SMT. تساعد الحاملات في الحفاظ على الأجزاء المرنة مسطحة ومدعومة أثناء الالتقاط والوضع وإعادة التدفق.

مزايا الألواح الصلبة المرنة

بالإضافة إلى التكلفة، تتمتع الألواح الصلبة المرنة بالعديد من المزايا. وفيما يلي بعض المزايا الرئيسية:

1. توفير مساحة اللوحة وإزالة الحاجة إلى الموصلات أو عمليات HotBar
   نظرًا لأن الأجزاء المرنة والصلبة قطعة واحدة، يمكنك إزالة موصل أو وصلة HotBar. بالنسبة للتصميمات عالية الكثافة، فإن فقدان مساحة موصل واحد يعتبر قيماً للغاية. تقلل إزالة الموصلات أيضًا من تكلفة الأجزاء وتكلفة معالجة HotBar. علاوة على ذلك، يمكن أن تكون الفجوة بين لوحين أصغر بكثير عندما لا تحتاج إلى موصل.

2. مسارات إشارة أقصر وسرعة أعلى وموثوقية محسنة
   مع لوحات صلبة منفصلة متصلة بموصلات، يبدو مسار الإشارة كما يلي: اللوحة ← موصل ← موصل ← موصل ← موصل ← لوحة. مع اللوح الصلب المرن يصبح: اللوح ← المرن ← اللوح. المسار أقصر. تعبر الإشارات عددًا أقل من المواد المختلفة، وبالتالي تفقد طاقة أقل. في الألواح الصلبة القياسية، تكون الآثار من النحاس. الموصلات لها ملامسات مطلية بالذهب. عادةً ما تكون المسامير الملحومة من القصدير أو سبيكة القصدير. تتسبب تغيرات الإشارة في كل واجهة مادة في بعض الفقد. إذا كنت تستخدم مرونة صلبة، فإنك تقلل عدد الواجهات. وهذا يساعد على سلامة الإشارة. بالنسبة للمنتجات التي تحتاج إلى إشارات دقيقة، تعمل الألواح ذات المرونة الصلبة على تحسين الموثوقية.

3. تبسيط تجميع المنتج وتوفير وقت التجميع
   يمكن أن يؤدي استخدام الألواح الصلبة المرنة إلى تقليل SMT ووقت التجميع النهائي. يمكنك وضع عدد أقل من الموصلات. يمكنك أيضًا إزالة خطوة التجميع المتمثلة في إدخال مرونة في موصل أو خطوة لحام HotBar. عدد أقل من القِطع يعني قائمة مكونات أقصر. وهذا يقلل من أعمال إدارة المخزون والقطع.

كيف يختلف الإنتاج والتجميع بالنسبة للألواح المرنة والصلبة المرنة

تتشابه عملية SMT الرئيسية لجميع أنواع اللوحات. تمر كل من الدوائر المرنة والألواح الصلبة المرنة والألواح الصلبة المرنة والألواح الصلبة من خلال وضع المكونات وإعادة اللحام بإعادة التدفق التي تستخدم معجون اللحام. ولكن الألواح المرنة والألواح الصلبة المرنة لها احتياجات خاصة. إذا لم يتم تلبية هذه الاحتياجات الإضافية بعناية أثناء الإنتاج، فسوف تواجه مشاكل كبيرة.

1. طباعة عجينة اللحام

مثل ألواح ثنائي الفينيل متعدد الكلور الصلبة، يمكنك استخدام استنسل وطابعة لصق لحام لتطبيق لصق اللحام على الألواح المرنة والصلبة المرنة. يقلق العديد من مشغلي SMT بشأن التحكم في الحجم وهشاشة الألواح المرنة. على عكس الألواح الصلبة، فإن أسطح الألواح المرنة ليست مسطحة. لذلك تحتاج إلى تركيبات وثقوب محاذاة لتثبيتها في مكانها. كما أن مواد الدوائر المرنة يتغير حجمها مع تغير درجة الحرارة والرطوبة. يمكن أن تتمدد أو تتجعد بحوالي 0.001 بوصة لكل بوصة في بعض الظروف. تتسبب هذه التمددات والتجاعيد في حدوث تحولات في موضع اللوحة في X وY. ولهذا السبب، غالبًا ما يحتاج وضع المرونة إلى حاملات أصغر أو أدوات خاصة مقارنةً باللوحة الصلبة SMT.

2. وضع مكونات SMT

اليوم، أصبحت المكونات أصغر حجمًا. يمكن أن تسبب الأجزاء الصغيرة مشاكل في إعادة التدفق إذا لم يكن سطح اللوحة مسطحًا. إذا كانت الدائرة المرنة صغيرة، فقد تكون التغييرات في الأبعاد أقل مشكلة، ولكن قد تظل بحاجة إلى حاملات SMT أصغر أو علامات إرشادية إضافية. إذا لم يكن الناقل مسطحًا، فسترى تغيرات في الموضع. تساعد تركيبات SMT الجيدة في الحفاظ على سطح الموضع مسطحًا وثابتًا.

3. إعادة تدفق اللحام

قبل إعادة التدفق، يجب تجفيف الدوائر المرنة قبل إعادة التدفق. هذا هو الفرق الرئيسي بين تجميع الألواح المرنة والصلبة. تمتص المواد المرنة الرطوبة مثل الإسفنج. يمكن أن تكتسب ما يصل إلى حوالي 31 تيرابايت 3 تيرابايت من وزنها من الرطوبة. بمجرد أن تمتص اللوحة المرنة الرطوبة، لا يمكنك إعادة التدفق دون تجفيفها أولاً. تعاني الألواح الصلبة أيضًا من هذه المشكلة، ولكن الألواح الصلبة تتحمل بعض الرطوبة بشكل أفضل.

تتطلب الدوائر المرنة خبزًا مسبقًا على درجة حرارة تتراوح بين 225 درجة فهرنهايت و250 درجة فهرنهايت تقريبًا (حوالي 107 درجة مئوية إلى 121 درجة مئوية) لفترة قصيرة، ومن الأفضل أن تنتهي خلال ساعة واحدة. إذا لم تقم بتجفيف الألواح المرنة في الوقت المناسب، يجب عليك تخزين الألواح في صندوق جاف أو في مخزن نيتروجين حتى يتم خبزها. يمنع التجفيف المناسب التلف الناجم عن تكوّن البخار أثناء إعادة التدفق، مثل التفريغ أو البثور.

تطبيقات الألواح المرنة الصلبة

تجمع مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الصلبة المرنة بين متانة الألواح الصلبة وقابلية التكيف مع الألواح المرنة. من بين جميع أنواع مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور، تعتبر اللوحات الصلبة المرنة هي الأكثر قوة للبيئات القاسية. وبسبب هذه القوة، تحظى الألواح الصلبة المرنة بشعبية كبيرة في التحكم الصناعي والأجهزة الطبية والمعدات العسكرية. كما تزيد الشركات المصنعة في البر الرئيسي من حصة الألواح الصلبة المرنة في إجمالي إنتاجها.

تشمل مجالات التطبيق النموذجية ما يلي:

1. الاستخدام الصناعي - يشمل ذلك الآلات الصناعية، والمعدات العسكرية، و الأجهزة الطبية. تحتاج هذه الأجزاء إلى الدقة والسلامة والمتانة. يجب أن توفر الألواح الصلبة المرنة لهذه المجالات موثوقية عالية ودقة عالية وفقدان مقاومة منخفضة وجودة إشارة كاملة وعمر افتراضي طويل. ولكن العملية معقدة، والإنتاج منخفض، وتكلفة الوحدة مرتفعة.

2. الهواتف المحمولة - في الهواتف، تظهر الألواح الصلبة المرنة في المناطق المفصلية للهواتف القابلة للطي ووحدات الكاميرا ولوحات المفاتيح ووحدات التردد اللاسلكي. وهي تتعامل مع الانحناء المتكرر ومساحة التجميع الضيقة.

3. الإلكترونيات الاستهلاكية - تُعد الكاميرات الثابتة الرقمية (DSC) ومنتجات الفيديو الرقمية (DV) من المنتجات الاستهلاكية النموذجية التي تستخدم المرونة الصلبة. يمكننا النظر إلى المرونة الصلبة من زاويتين: الأداء والهيكل. من ناحية الأداء، يمكن للمرونة الصلبة أن تربط الألواح والوحدات الصلبة المختلفة في ثلاثة أبعاد. لذا فبنفس كثافة الخط تزيد من مساحة الدائرة القابلة للاستخدام. وهذا يزيد من القدرة الاستيعابية للدائرة ويقلل من حدود مسار الإشارة وأخطاء التجميع. ومن ناحية الهيكل، فإن الألواح المرنة الصلبة خفيفة ورفيعة وتسمح بالتوجيه المرن. فهي تساعد على تقليص الحجم وخفض الوزن.

4. السيارات - في السيارات، تُستخدم الألواح الصلبة المرنة في مفاتيح المفاتيح على عجلة القيادة، والتوصيلات بين الشاشات داخل السيارة ولوحات التحكم، ومفاتيح التحكم في الأبواب، وأجهزة التحكم في صوت السيارة، وأنظمة كاميرات رادار ركن السيارة، والعديد من أجهزة الاستشعار (جودة الهواء، ودرجة الحرارة والرطوبة، والكشف عن الغازات والتحكم فيها)، وأنظمة اتصالات السيارة، والملاحة عبر الأقمار الصناعية، وتوصيلات وحدات التحكم في المقاعد الخلفية، ولوحات التحكم في الواجهة الأمامية، وحتى أنظمة الكشف الخارجية.

مواد للألواح المرنة الصلبة متعددة الطبقات

فيما يلي جدول بسيط للمواد الشائعة المستخدمة في صناعة الألواح المرنة الصلبة متعددة الطبقات. أدرج المواد المطلوبة، والخيار التقليدي، وخيارات الأداء الأعلى.

يسرد الجدول أعلاه العديد من المواد الضرورية عند صنع الألواح الصلبة المرنة. من المهم ملاحظة أنه مع التقدم التكنولوجي، تحسن أداء هذه المواد بشكل كبير.

يجب أن تتمتع المواد بمقاومة عالية للحرارة وثبات جيد للأبعاد أثناء التسخين. بالنسبة للمجالات ذات الموثوقية العالية مثل المجالات العسكرية والفضائية، نوصي باستخدام رقائق البولي إيميد السميكة (أكبر من 50 ميكرومتر). في هذه المجالات، يجب أن تتمتع المادة الأساسية بثبات قوي ومتانة أثناء المعالجة. وعلى النقيض من ذلك، غالبًا ما تتبع الإلكترونيات الاستهلاكية اتجاهًا لأن تكون أرق وأخف وزنًا. وهناك، يستخدم المصنعون عادةً مواد عازلة أرق (أقل من 50 ميكرومتر).

من بين الرقائق اللاصقة المكسوة بالنحاس المكسوة بالنحاس، والرقائق اللاصقة، والأغشية اللاصقة، تتميز المواد اللاصقة الأكريليكية بقوة ربط أفضل ولكن مقاومة للحرارة أقل قليلاً وانكماش أعلى. توفر مواد الإيبوكسي اللاصقة مقاومة أفضل للحرارة، ولكنها تستغرق وقتًا أطول في المعالجة وأحيانًا تكون قوة الربط أضعف قليلاً.

عادةً ما يعطي استخدام صفائح النحاس المصبوبة أو المصفحة المغلفة بالضغط الخالية من الغراء مقاومة أعلى للحرارة ومعامل تمدد حراري أقل (CTE). وتساعد هذه المواد أيضًا على تقليل سمك اللوح النهائي ويمكن أن تقلل بشكل كبير من تشويه راتنج الحفر. ومع ذلك، فإن المواد الخالية من الغراء تتطلب معالجة أعلى من 300 درجة مئوية وتحتاج إلى معدات خاصة والتحكم في العملية.

ملاحظات ونصائح إضافية للمصممين والمشترين 

1. تحدث إلى صانع اللوح الخاص بك في وقت مبكر. أخبرهم عن عدد الطبقات الصلبة والمرنة التي تخطط لها، وأين توجد مناطق الانحناء، وعدد دورات الانثناء التي يجب أن تتحملها اللوحة. أخبرهم أيضًا بالمقاومة المستهدفة واحتياجات السرعة العالية. يمكن للشركة المصنعة بعد ذلك أن تخبرك ما إذا كان التصميم قابلاً للتنفيذ وما هي الحدود الموجودة.

2. حافظ على مناطق الانحناء خالية من الأجزاء الصلبة والمكونات الثقيلة. استخدم خطوط ثني واضحة واحتفظ بالآثار بالقرب من المحور المحايد عندما تستطيع. يجب أن تكون الآثار عبر مناطق الانحناء عريضة بما فيه الكفاية وتتبع قواعد المرونة الجيدة. تجنب الثقوب المطليّة في مناطق الانحناء المتكررة إلا إذا كنت تستخدم تصميمات خاصة.

3. تصميم للتجميع. إذا كنت تتوقع وجود SMT على المنطقة المرنة، فخطط للحاملات والوسائط وخطوات الخبز. ضع علامة على المناطق التي تحتاج إلى مقويات وحيث ستستخدم مواد لاصقة لدعم المكونات.

4. اختر المواد حسب الحاجة. استخدم مادة البوليميد السميكة والمواد الأساسية الأقوى للأغراض العسكرية أو الطبية. استخدم المواد العازلة الرقيقة للهواتف والسلع الاستهلاكية الخفيفة إذا كنت بحاجة إلى وزن منخفض وحجم صغير.

5. مقايضات التكلفة. يمكن للمرونة الصلبة قطع أجزاء التجميع والموصلات، لكن اللوحة نفسها يمكن أن تكلف أكثر. قم بفحص تكلفة النظام بالكامل. غالباً ما تنخفض التكلفة الإجمالية للنظام عند إزالة الموصلات وخطوات التجميع ذات الصلة. ضع في اعتبارك أيضاً تكاليف الإصلاح والاختبار.

6. قم بإجراء اختبارات الإجهاد. إذا كان منتجك سيواجه اهتزازًا أو صدمة أو حرارة أو رطوبة، اختبر اللوح الصلب المرن مبكرًا. ستجد اختبارات ركوب الدراجات والصدمات الحرارية واختبار الرطوبة مشاكل قبل الإنتاج بكميات كبيرة.

7. التخطيط للأدوات. اعمل مع صانع ثنائي الفينيل متعدد الكلور لتخطيط الرقصات والناقلات وجداول الخبز. يقلل استخدام الأدوات المناسبة من العيوب وأخطاء الموضع.

8. التوثيق. توفير رسومات ميكانيكية واضحة، وتراكم وقواعد الانحناء وخرائط الطبقات. إظهار مكان التقوية ومكان خروج ذيول المرونة من المنطقة الصلبة.