يعد تصميم لوحات الدوائر المطبوعة عاملاً مهمًا يؤثر على أداء العديد من المنتجات الإلكترونية. إن صنع منتج موثوق به ومن ثم الفوز بالنجاح في السوق هو أكبر مكافأة للتفكير الدقيق في كل مسألة تصميم. يعد اختيار تجويف التدريع المناسب على مستوى اللوحة جزءًا واحدًا فقط من التصميم الناجح. يجب أيضًا النظر بعناية في المسائل الرئيسية الأخرى، مثل بيئة العمل، والعدد الإجمالي للمنتجات التي سيتم تصنيعها، وطريقة التركيب التي سيتم استخدامها، وطرق الاختبار والفحص المخطط لها، وتخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور والمكونات.
تمامًا مثل اختيار مزود الطاقة، غالبًا ما يتم اختيار استخدام تجويف التدريع اللاسلكي في نهاية عملية التصميم. وهذا غالباً ما يترك مساحة صغيرة جداً لتجويف التدريع. ونتيجة لذلك، قد يؤثر التجويف على أجزاء أخرى من التصميم من حيث البنية المادية.
3DS - التصميم والتطوير والصياغة - التصميم والتطوير والصياغة
يمكن تقسيم عملية تصميم وتطوير تجاويف وأنظمة التدريع على مستوى اللوحة PCB إلى ثلاث خطوات رئيسية: التصميم والتطوير والصياغة. التواصل والتشاور الفعال بين مستخدم التجاويف وفريق تصميم التجاويف مهم للغاية. من الأفضل العثور على شركة مصنعة للتجويف يمكنها تقديم إرشادات التصميم الأولي، والمشورة بشأن الاستخدام، وزيارات الموقع، وتصميم النموذج الأولي، وإنتاج العينات، واختيار الطلاء والسماكة، والمعالجة، والتجميع، ومراجعة توفير التكاليف.
للحصول على أرباح السوق من المنتج، يجب التحكم في التكلفة. قد يساعد التصميم الهيكلي، إلى جانب خطة تصميم مفصلة ومدخلات العملاء، في تحقيق الهدف المثالي: الحصول على النتيجة المطلوبة بتكلفة محدودة.
اختيار النموذج
عند اختيار شكل التجويف، يجب مراعاة العديد من العوامل. ما الذي يجب حمايته بالضبط؟ ما هي الطبيعة الدقيقة لمصدر التداخل؟ بعد تركيب التجويف على ثنائي الفينيل متعدد الكلور، هل سيظل العميل بحاجة إلى فتحه لإجراء تغييرات أو اختبار أو فحص أو تعديل؟ هل يتم تركيب التجويف بطرق الثقب أو طرق التركيب السطحي؟ ما هو حجم الإنتاج المتوقع؟ هل يتطابق هذا الحجم مع تكلفة وضع الماكينة؟ ما هي مناطق الدائرة التي تحتاج إلى تدريع، أو تحتاج إلى فصلها عن المناطق الأخرى؟ هل يجب أن يستخدم هذا التطبيق تجويفًا واحدًا أو عدة تجاويف؟ هل سيخضع المنتج النهائي لاختبار الصدمات أو اختبار الاهتزاز أو اختبار السقوط في التغليف؟
نماذج التدريع
بالنسبة لتطبيق معين، تساعد المراجعة الدقيقة للأسئلة أعلاه على اختيار شكل التدريع الأكثر ملاءمة والأكثر اقتصادا. يمكن اختيار تجاويف تدريع مختلفة رباعية الجوانب لتطبيقات مختلفة.
يحتوي تجويف التدريع رباعي الجوانب مع غطاء نابض الإصبع على سياج على الجوانب الأربعة. يمكن لحام السياج وسلسلة المسامير الموجودة على حافة ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى ثنائي الفينيل متعدد الكلور عن طريق اللحام اليدوي أو اللحام الموجي أو اللحام بإعادة التدفق عبر الفتحة. غالبًا ما تُستخدم أغطية نابض الإصبع لهذا النوع من التجويف. إذا كان ارتفاع السياج كافيًا لحمل نابض الإصبع، فإن غطاء نابض الإصبع هو الخيار الأفضل بين الأغطية القابلة للإزالة. يمكن صنع أحجام زنبرك الإصبع، مثل الارتفاع القياسي أو المنخفض، حسب الحاجة. إذا لم تكن هناك مساحة كافية خارج السياج لنوابض الأصابع الخارجية، فيجب اختيار نوابض الأصابع الداخلية. وأيضًا، إذا كانت نوابض الأصابع الخارجية ونوابض الأصابع الداخلية لها نفس الشكل على جوانب متقابلة، فيمكن استخدامها بطريقة مختلطة.
التجويف رباعي الجوانب رباعي التركيب السطحي المزود بنوابض أصابع هو خيار آخر لتجويف التدريع. هذا النوع من التجويف هو نفس التجويف العادي رباعي الجوانب، باستثناء أنه لا يحتوي على دبابيس ثابتة. وغالباً ما يتم لحامها في ثنائي الفينيل متعدد الكلور على طول خط متصل عن طريق لحام التماس. عند الحكم على العلاقة بين ارتفاع السياج وطول الإصبع، يجب على المصمم تضمين سمك شريحة اللحام في أسفل السياج.
هناك طريقة أخرى لاستبدال السياج الملحوم بدرزات متصلة وهي جعل السياج على طول حافة ثنائي الفينيل متعدد الكلور مع وجود فجوات. تقلل هذه الطريقة من كمية اللحام المستخدمة لربط السياج بثنائي الفينيل متعدد الكلور. كما أنها تترك مساحة للتتبعات للمرور عبر حدود السياج، دون الحاجة إلى فتحات خلوص خاصة للتتبع أو ثنائي الفينيل متعدد الكلور متعدد الطبقات. إذا تم استخدام وضع الماكينة لتركيب السياج على ثنائي الفينيل متعدد الكلور، فيجب استخدام تقنية التركيب السطحي. قد يتطلب ذلك استخدام هياكل سياج مختومة، كما هو موضح في الشكل 1.
يمكن أيضًا أن يستخدم تجويف ثنائي الفينيل متعدد الكلور رباعي الجوانب غطاء مسطح قابل للطي، كما هو موضح في الشكل 2. هذا النوع من الغطاء له تكلفة إنتاج أقل، خاصة خلال مرحلة التطوير. ونقطة الضعف الوحيدة في هذا التصميم هي أنه لا يمكن أن يضمن بشكل كامل وجود اتصال جيد بين الغطاء والسياج، إلا في حالة استخدام شرائط الاحتفاظ بالغطاء. أي فجوة في الاتصال ستؤثر على أداء EMC للتجويف. يمكن أن تكون شرائط تثبيت الغطاء هذه إما من النوع المطوي أو من النوع الملفوف، كما هو موضح في الشكل 2 والشكل 3. يمكن لكلا النوعين من الشرائط دعم الغطاء لتحريكه واستبداله أكثر من خمس مرات.
غطاء مسطح قابل للطي
عندما يحتاج التطبيق الحقيقي إلى سياج وغطاء منخفض المظهر، يمكن استخدام غطاء قابل للتثبيت. تتناسب الألسنة الصغيرة على الجدار الجانبي للغطاء مع فتحات صغيرة على الجدار الجانبي للسياج. يمكن لهذا التصميم تقليل ارتفاع السياج إلى 1.5 مم. مثل شريط الاحتفاظ بالغطاء وغطاء الفجوة، لا يمكن لهذا التصميم أيضًا أن يضمن اتصالاً جيدًا بين السياج والغطاء بشكل كامل، ما لم يتم تثبيت الألسنة في مكانها بإحكام. كما أنه كلما زاد عدد الألسنة الموجودة على الجدار، أصبح من الصعب إزالة الغطاء عند الحاجة إلى الإصلاح أو التعديل بعد التركيب.
يفضل بعض المصممين استخدام معدات وضع من خط تركيب سطحي لجعل الغطاء والسياج في وحدة واحدة. في هذه الحالة، لا يتم فتح الغطاء إلا عند الحاجة إلى إعادة صياغة المكونات داخل التجويف. إن اختيار هذا التصميم يعني أنه يجب ترك صفائف صغيرة من الثقوب على الغطاء بحيث يمكن للحرارة أن تدخل إلى التجويف وتلحم الأجزاء الإلكترونية الداخلية على ثنائي الفينيل متعدد الكلور، كما هو موضح في الشكل 4. لسوء الحظ، ستقلل هذه الثقوب من أداء التدريع للتجويف بحوالي 20 ديسيبل.
عندما يتم تركيب التجويف بعد الاختبار، أو عندما يكون حجم إخراج ثنائي الفينيل متعدد الكلور مرتفعًا جدًا، يكون اختيار تجويف خماسي الجوانب أكثر فعالية من حيث التكلفة. يمكن إجراء هذا الاختيار عن طريق دبابيس اللحام أو زوايا اللحام الموضعي أو زوايا اللحام التناكبي أو ثقوب إعادة التدفق الحراري. حتى الآن، الطريقة الأقل تكلفة لتطوير التجاويف خماسية الجوانب وإنتاج كميات صغيرة هي استخدام التجاويف المشكلة خماسية الجوانب. كما هو موضح في الشكل 5، يتم تصنيعها عن طريق وضع علامات على ورقة مسطحة. وعندما يتم تثبيتها على ثنائي الفينيل متعدد الكلور، يحتاج المستخدم فقط إلى طيها بالشكل المطلوب.
مواد التدريع
بالنسبة لمعظم تدريع الترددات اللاسلكية، يمكن استخدام أي مادة أساسية تقريبًا، مثل النحاس أو النحاس الأصفر أو الفولاذ المقاوم للصدأ أو الألومنيوم أو فضة النيكل، لصنع غلاف التدريع. في عملية تركيب لحام المكونات بلحام ثنائي الفينيل متعدد الكلور، يتم استخدام الطلاء في كثير من الأحيان أكثر من الفضة النيكل. تم استخدام طلاء القصدير اللامع في الماضي. ومع ذلك، مع استخدام قواعد RoHS الخاصة بالمواد الضارة، تحولت خطوط إنتاج ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى اللحام الخالي من الرصاص. درجة حرارة إعادة التدفق للحام الخالي من الرصاص تساوي أو حتى أعلى من درجة انصهار القصدير اللامع. ولهذا السبب، تغير أيضًا استخدام فضة النيكل. وبالطبع، يمكن أيضًا استخدام طلاء الفضة أو طلاء الذهب، ولكن من الواضح أن التكلفة مرتفعة للغاية.
عند التردد المنخفض، يحدث التداخل عادةً بسبب المجالات المغناطيسية. وعلى الرغم من أن صفائح الفولاذ السميكة أو البرونز الفوسفوري تستخدم أحياناً لصنع تجاويف التدريع، إلا أن المواد الخاصة مثل معدن Mu أو مواد الترددات اللاسلكية تستخدم في كثير من الأحيان.
وعادة ما يكون حد التردد لصنع تجاويف التدريع بالرقائق المعدنية حوالي 3 إلى 5 جيجاهرتز. إذا تجاوز التردد هذا النطاق، فإن تأثيرين سيحدان من فعالية التدريع أو يقللان من وظيفته. وبسبب السعة الموزعة بين التجويف والمكونات الإلكترونية على ثنائي الفينيل متعدد الكلور، فإن أي حركة صغيرة في معدن التجويف يمكن أن تخلق تأثيرًا ميكروفونيًا. في هذا النطاق الترددي، عادةً ما يتم اختيار الهياكل المعالجة الصلبة للتدريع، بحيث يمكن تجنب هذه التأثيرات.
قد يحدث تأثير آخر عالي التردد عند التردد التوافقي لتردد تشغيل الدائرة، حيث يصبح حيز التجويف جزءًا من الدليل الموجي. في هذه الحالة، قد يتصرف التجويف مثل تجويف رنيني أكثر من كونه درعًا. يمكن تجنب هذا التأثير بإضافة مادة ماصة داخل التجويف أو باختيار حجم التجويف بعناية.
تصميم الإنتاج والتجميع
أحد العوامل الرئيسية في تصميم التجويف هو معرفة حجم إنتاج المكون أو المنتج النهائي. وسيحدد هذا القرار طريقة الإنتاج النهائية، وإلى حد ما، اختيار شكل التدريع. كما نوقش أعلاه بالنسبة لتصميمات غطاء السياج والتجويفات خماسية الجوانب، من الواضح أن صنع وحدة واحدة كاملة أرخص بكثير من ربط جزأين معًا لتشكيل الدرع.
تؤثر طريقة الإنتاج المختارة أيضًا على تكلفة المكونات. على سبيل المثال، قارن تكلفة التصنيع الآلي الكيميائي الضوئي، أو PCM، مع الختم، أو مع طريقة مختلطة تستخدم كلا الطريقتين. هل سيتم وضع المكونات يدوياً أم آلياً؟ إذا تم استخدام الوضع بالماكينة، فإن معظم الماكينات تلتقط الأجزاء بفوهة تفريغ، لذلك هناك حاجة إلى أهداف وضع. تستخدم بعض الماكينات نظامًا من نوع المشبك لالتقاط الأجزاء، ولكن هذا النوع من الماكينات ليس شائعًا جدًا.
بالنسبة لوضع الماكينة، يجب أن تكون متطلبات الاستواء المشترك لسياج حافة ثنائي الفينيل متعدد الكلور في حدود 0.1 مم للتأكد من أن التجويف على عجينة اللحام أثناء الوضع أو عند دخول فرن إعادة التدفق.
مواد الدرع الشائعة للمعالجة الآلية
بالنسبة لمعظم تدريع الترددات اللاسلكية، يمكن استخدام أي مادة أساسية تقريبًا، مثل النحاس أو النحاس الأصفر أو الفولاذ المقاوم للصدأ أو الألومنيوم أو فضة النيكل، لصنع الدرع. في عملية تركيب لحام المكونات بلحام ثنائي الفينيل متعدد الكلور، يتم استخدام الطلاء في كثير من الأحيان أكثر من الفضة النيكل. تم استخدام طلاء القصدير اللامع في الماضي. ومع ذلك، مع استخدام قواعد RoHS الخاصة بالمواد الضارة، تحولت خطوط إنتاج ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى اللحام الخالي من الرصاص. درجة حرارة إعادة التدفق للحام الخالي من الرصاص تساوي أو حتى أعلى من درجة انصهار القصدير اللامع. ولهذا السبب، تغير أيضًا استخدام فضة النيكل. وبالطبع، يمكن أيضًا استخدام طلاء الفضة أو طلاء الذهب، ولكن من الواضح أن التكلفة مرتفعة جدًا. عند التردد المنخفض، يحدث التداخل عادةً بسبب المجالات المغناطيسية. على الرغم من استخدام صفائح الفولاذ السميكة أو البرونز الفوسفوري في بعض الأحيان لصنع تجاويف التدريع، إلا أنه يتم استخدام مواد خاصة مثل معدن Mu أو مواد الترددات اللاسلكية في كثير من الأحيان.
وعادة ما يكون حد التردد لصنع تجاويف التدريع بالرقائق المعدنية حوالي 3 إلى 5 جيجاهرتز. إذا تجاوز التردد هذا النطاق، فإن تأثيرين سيحدان من فعالية التدريع أو يقللان من وظيفته. وبسبب السعة الموزعة بين التجويف والمكونات الإلكترونية على ثنائي الفينيل متعدد الكلور، فإن أي حركة صغيرة في معدن التجويف يمكن أن تخلق تأثيرًا ميكروفونيًا. في هذا النطاق الترددي، عادةً ما يتم اختيار الهياكل المعالجة الصلبة للتدريع، بحيث يمكن تجنب هذه التأثيرات.
قد يحدث تأثير آخر عالي التردد عند التردد التوافقي لتردد تشغيل الدائرة، حيث يصبح حيز التجويف جزءًا من الدليل الموجي. في هذه الحالة، قد يتصرف التجويف مثل تجويف رنيني أكثر من كونه درعًا. يمكن تجنب هذا التأثير بإضافة مادة ماصة داخل التجويف أو باختيار حجم التجويف بعناية.
الملاحظات الختامية
بالنسبة لمعظم تطبيقات التدريع بالترددات اللاسلكية، لا يكمن المفتاح في اختيار شكل الدرع المناسب فحسب، بل أيضًا في مطابقة المادة المناسبة والعملية وطريقة التجميع. وينبغي أن يوازن التصميم الجيد بين تأثير التدريع والتكلفة وحجم الإنتاج واحتياجات إعادة العمل لاحقًا. في مشاريع ثنائي الفينيل متعدد الكلور الحقيقية، غالبًا ما لا يكون الحل الأفضل هو الحل الأكثر تعقيدًا. إنه الحل الذي يمكن صنعه وتجميعه واختباره وإصلاحه بطريقة مستقرة ومنخفضة التكلفة.
1. ما هو تدريع ثنائي الفينيل متعدد الكلور ولماذا هو مهم؟
يستخدم تدريع ثنائي الفينيل متعدد الكلور لمنع التداخل الكهرومغناطيسي (EMI). يساعد على تحسين استقرار الإشارة ويضمن أداء موثوقاً للمنتج.
2. ما هي أنواع تجاويف تدريع ثنائي الفينيل متعدد الكلور المتوفرة؟
تشمل الأنواع الشائعة علب التدريع رباعية الجوانب، والدروع المثبتة على السطح، والأغطية المثبتة على السطح، والأغطية المثبتة على الأغطية، والتجاويف خماسية الجوانب. يناسب كل نوع احتياجات التصميم والتكلفة المختلفة.
3. كيف أختار تجويف التدريع المناسب لثنائي الفينيل متعدد الكلور الخاص بي؟
يجب عليك مراعاة مصدر التداخل، والمساحة، وحجم الإنتاج، وطريقة التركيب، وما إذا كان يجب أن يكون الدرع قابلاً للإزالة للاختبار.
4. ما هي المواد المستخدمة لتدريع الترددات اللاسلكية في ثنائي الفينيل متعدد الكلور؟
وتشمل المواد الشائعة النحاس والنحاس الأصفر والفولاذ المقاوم للصدأ والألومنيوم والفضة النيكل. وتستخدم مواد خاصة مثل معدن Mu-metal للدرع المغناطيسي منخفض التردد.
5. هل يؤثر تصميم التدريع على تكلفة ثنائي الفينيل متعدد الكلور؟
نعم، يؤثر كل من هيكل التدريع والمواد وطريقة التجميع على التكلفة. عادة ما يكون التصميم المتكامل البسيط أكثر فعالية من حيث التكلفة.
6. ما الفرق بين التدريع السطحي والتدريع من خلال الفتحة؟
التدريع المثبت على السطح أسهل للتجميع الآلي. يوفر التدريع عبر الفتحات دعماً ميكانيكياً أقوى ولكنه قد يزيد من التكلفة.
7. كيف يمكنني تحسين أداء EMI في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور؟
يمكنك تحسين أداء التداخل الكهرومغناطيسي الكهرومغناطيسي باستخدام التدريع المناسب، وتحسين التخطيط، وتقليل مصادر التشويش، واختيار المواد المناسبة وطرق التأريض.
8. هل يمكن إعادة استخدام تجاويف التدريع أو إزالتها؟
نعم، تسمح بعض التصاميم مثل أغطية نوابض الأصابع بإزالتها بسهولة للاختبار أو الإصلاح أو التعديل.
