تصميم الدوائر المطبوعة المرنة واستخدامه في تصميم السيارات الكهربائية
الكلمات المفتاحية: لوحة دوائر مطبوعة مرنة، مصنع لوحات الدوائر المطبوعة المرنة
لوحة الدوائر المطبوعة المرنة هي نوع خاص من لوحات الدوائر، تُعرف أيضًا باسم المطبوعات المرنة أو الدوائر المرنة. يمكن ثنيها إلى الشكل المطلوب. تُستخدم على نطاق واسع في التطبيقات ذات درجات الحرارة العالية والكثافة العالية. كمادة للركيزة، تتكون التصميمات المرنة من طبقة شفافة من البوليستر أو البولي إيميد التي تتمتع بمقاومة حرارية عالية مما يجعلها مناسبة لتركيب المكونات باللحام.
تتكون الدائرة المرنة من طبقة نحاسية مدمجة مع طبقة عازلة من البولي إيميد، وتأتي مع طبقة موصلة من المسارات. يمكن أن يتراوح سمك الطبقة النحاسية الموصلة من 0.0001 بوصة إلى 0.010 بوصة، ويمكن أن يتراوح سمك المادة العازلة من 0.0005 بوصة إلى 0.010 بوصة. لربط الطبقة النحاسية الموصلة بالركيزة، يلزم وجود مادة لاصقة؛ وفي بعض الأحيان يكون الترسيب بالبخار مفيدًا أيضًا لربط النحاس بالركيزة.
يعتمد اختيار المواد على عوامل عديدة بما في ذلك المقاومة الميكانيكية والكيميائية، السعة الكهربائية، درجة الحرارة، التيار، وأنواع الثني، وهو أمر صعب بعض الشيء لصنع لوحات الدوائر المرنة.
نظرًا لأنها تحتوي على توصيلات بينية أقل، فإن التصميمات المرنة أكثر موثوقية مما يضمن عددًا أقل من تجعيدات التلامس ووصلات اللحام. وبما أنها تغطي 10% فقط من المساحة مقارنة بلوحات الدوائر الصلبة، وبسبب قدرتها على الثني المرن، فإن هذه الدوائر تتطلب مساحة أقل.
أهمية العالم الحديث
تُستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الثابتة والثني الديناميكي، وبالتالي يمكن ثني اللوحات المرنة إلى أي شكل. بينما توفر لوحات الدوائر المستخدمة في التطبيقات الثابتة حدًا أدنى من الثني، فإن لوحات الدوائر الديناميكية مصممة للثني المنتظم.
لتحمل درجات الحرارة العالية، تُصنع تصميمات الدوائر المرنة بين -200 درجة مئوية و 400 درجة مئوية. لهذا السبب، فهي مناسبة للقياسات في الآبار في صناعة النفط والغاز.
في العديد من التطبيقات، تأتي اللوحات المرنة من مصنع لوحات الدوائر المطبوعة المرنة كمفيدة، لكن لا يمكنك استخدامها كبديل للوحات الدوائر الصلبة. ففي تطبيقات التصنيع الآلي عالية الحجم، يمكن تركيب اللوحات الصلبة بتكلفة منخفضة.
بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب ثنيًا منتظمًا، ودقة عالية، وأداء أفضل، وإحكامًا، فإن لوحات الدوائر المرنة هي الخيار الأمثل. تشمل تطبيقات لوحات الدوائر المرنة:
- مكابح مانعة للانغلاق
- كاميرات
- مجسات الموجات فوق الصوتية
- مضخات الوقود
- معدات الباركود
- الأجهزة الطبية
- اختبار أشباه الموصلات
- الأقمار الصناعية
- أنظمة الحركة
- حزم البطاريات
- إلكترونيات الطيران
- أنظمة الوسائد الهوائية
- أجهزة التصنيع
مسارات نحاسية عريضة إلى رفيعة
للحصول على مقاومة أقل للثني، ستستخدم مسارات نحاسية أرفع إذا كنت ترغب في مزيد من المرونة. في نفس الوقت، يمكنك استخدام نهايات عريضة على الحافة للسماح بلحام الكابل المرن في مكان آخر. ستعتبر هذه نقطة ضعف عند اللحام إذا كان الانتقال حادًا. لذلك، من الأفضل إجراء تغيير تدريجي في العرض بين المسارات العريضة والرفيعة.
تصميم السيارات الكهربائية المحسّن بواسطة لوحات الدوائر المطبوعة المرنة
للتطوير المستقبلي لصناعة السيارات، تعتبر المركبات ذات الطاقة الجديدة هي الاتجاه السائد. إن أحزمة الأسلاك في السيارات معقدة نسبيًا وثقيلة عند توصيلها بحامل الخطوط التقليدي، والذي لا يمكنه مع الزيادة المستمرة في المكونات الإلكترونية الامتثال لمتطلبات المركبات ذات الطاقة الجديدة. ومع ذلك، بينما تكون قادرة على تحمل ملايين الانحناءات الديناميكية، توفر لوحة الدوائر المطبوعة المرنة (Flex PCB) حرية التصميم مما يجعلها بديلاً مثالياً لأحزمة الأسلاك دون إتلاف السلك. بالإضافة إلى ذلك، تُظهر لوحة الدوائر المطبوعة المرنة (Flex PCB) المتانة، ومقاومة الحرارة، والموثوقية العالية، والخصائص المناسبة للمكونات الإلكترونية للسيارات في البيئات القاسية. تُستخدم الآن في أنظمة الترفيه، وعلب التروس، ومصابيح السيارات LED، ونظام إدارة البطاريات (BMS)، وأجهزة الاستشعار، والملاحة، وشاشات العرض في السيارات، وغيرها من أجهزة السيارة في المركبات ذات الطاقة الجديدة.
أصبحت إمكانات الإلكترونيات في السيارات واضحة بشكل متزايد مع التطوير والابتكار المستمرين لتقنية أجهزة الاستشعار، والتي من المتوقع أن تصبح محرك نمو مهم لسوق لوحة الدوائر المطبوعة المرنة (Flex PCB).
تصميم PCB
باستخدام تقنية الطباعة الحجرية الضوئية، يتم تصنيع لوحة الدوائر المطبوعة المرنة (FPCB). الطريقة البديلة هي تصفيح شرائح نحاسية رقيقة جدًا (0.07 مم) بين طبقتين من البوليستر (PET). هذه الطبقات المصنوعة من PET والتي يبلغ سمكها عادة 0.05 مم تكون مطلية بمادة لاصقة يتم معالجتها بالحرارة أثناء عملية التصفيح. الميزة الرئيسية هي القدرة على ثني التوصيلات الكهربائية أثناء التشغيل العادي، مثل ذلك بين الأنظمة الفرعية لاستبدال الأسلاك، على سبيل المثال في قطاعي السيارات والفضاء.
نشهد طلبًا متزايدًا على منتجات عالية الأداء في العديد من مجالات الإلكترونيات، بأوزان وأبعاد أصغر من أي وقت مضى. بالنسبة لحلول لوحة الدوائر المطبوعة القادرة على استيعاب كثافات عالية من المكونات الإلكترونية، تتطلب هذه المتطلبات الصارمة مساحات أكثر ضيقًا. تقدم صناعة السيارات العديد من الأمثلة الهامة على الاستخدام المحتمل لـ لوحة الدوائر المطبوعة المرنة (FPCB)، بما في ذلك شاشات العرض، وأنظمة التحكم في لوحة القيادة، وأزرار الضغط، وأنظمة المعلومات والترفيه والصوت، والمزيد من أدوات التحكم في عجلة القيادة وأجهزة التشفير الدوارة. لتقليل اللحام، تتطلب هذه التطبيقات بساطة ومتانة وموثوقية عالية للأسلاك التي قد تؤدي إلى توصيلات خاطئة أو فشل محتمل بسبب الإجهاد الميكانيكي والشيخوخة. حتى في وجود الصدمات والاهتزازات العالية، توفر الأجهزة القائمة على لوحة الدوائر المطبوعة المرنة (FPCB) مقاومة عالية، وكثافة دارات أعلى، ووزنًا أقل، كما أنها أقل عرضة للأعطال.
في السيارة الكهربائية (EV)، تتم مراقبة حالة البطاريات أثناء التشغيل بواسطة نظام إدارة البطاريات. لإطالة عمر البطاريات، هناك حاجة إلى وظائف ذكية لها تأثير أساسي على إجمالي تكلفة الملكية. يجب مراقبة عمق التفريغ، ومستوى الشحن، والحالة الصحية لنظام إدارة البطاريات بشكل مستمر. يمكن أن يتوافق تباين صحة الخلايا الفردية مع تغير السعة الاسمية مع تقدم عمر البطاريات: يتمثل التحدي في تحسين استخدام الخلايا من خلال دارة إشرافية تضمن توازن مستويات الطاقة السلبية أو النشطة أثناء التشغيل. من خلال توصيل أجهزة استشعار كل خلية بنظام إدارة البطاريات (BMS)، توفر الدارات المرنة الطريقة المدمجة وخفيفة الوزن المثالية.
تقنية محسنة للحزام
لتصنيع لوحة الدوائر المطبوعة المرنة متعددة الطبقات بأي طول، قام ابتكار العملية الحاصل على براءة اختراع بتوسيع القدرة مما يجعلها أكبر لوحات الدوائر المطبوعة مرنة متعددة الطبقات في العالم. العديد من خطوات عملية تصنيع لوحة الدوائر المطبوعة المرنة التقليدية مثل الطلاء، والطباعة بالشاشة الحريرية، والحفر، والضغط هي خطوات ثابتة. تغير الشركات المبتكرة هذه الخطوات لتحولها إلى عمليات ديناميكية وثابتة؛ تعديل مبتكر لتقنيات التصنيع الحالية ومعدات التصفيح الكهربائي لـ لوحة الدوائر المطبوعة ومن لفافة إلى لفافة. والنتيجة هي أن الحد الوحيد هو التطبيق نفسه بدلاً من أن تحدد عملية التصنيع وسلسلة التوريد الحدود.