مدارهای چاپی انعطاف پذیر دو طرفه (FPC) پیشرفت مهمی در ساخت الکترونیک مدرن است و انعطاف پذیری را با عملکرد طرح های پیچیده مدار ترکیب می کند. بر خلاف تخته های یک طرفه ، جایی که الگوی رسانا فقط در یک سطح وجود دارد ، FPC های دو طرفه دارای آثار رسانا در هر دو لایه بالا و پایین بستر انعطاف پذیر هستند. این دو لایه رسانا با استفاده از سوراخ های اندود به هم پیوسته اند و بدون افزایش اندازه کلی تخته ، طرح های مدار پیچیده تری را قادر می سازد. این ویژگی برای دستگاه های الکترونیکی جمع و جور مانند ماژول های کنترل خودرو ، پانل های سوئیچ فرمان ، فناوری پوشیدنی و تجهیزات پزشکی ضروری است.
مزیت اصلی FPC دو طرفه در توانایی آن در به حداکثر رساندن چگالی مدار در حالی که انعطاف پذیری فیزیکی مورد نیاز برای برنامه هایی را که در آن تابلوهای سفت و سخت شکست می خورد ، نهفته است. با استفاده از یک بستر پلی آمید یا پلی استر ، تولید کنندگان اطمینان می دهند که تخته نازک ، سبک وزن است و قادر به خم شدن یا خم شدن برای قرار گرفتن در محفظه های تولیدی جمع و جور است. این امر باعث می شود آنها به خصوص برای محیط هایی که لرزش ، فضای محدود و استرس مکانیکی وجود دارد مناسب باشد.
علاوه بر این ، طراحی FPC دو طرفه از مسیریابی سیگنال پیچیده تر و عملکرد الکتریکی بهتر پشتیبانی می کند. اجزای موجود در هر دو طرف نصب می شوند و سیگنال ها می توانند بین لایه ها از طریق VIA ها عبور کنند ، متقاطع را به حداقل برسانند و یکپارچگی سیگنال را بهبود بخشند. این تعادل بین سازگاری مکانیکی و قابلیت الکتریکی با چگالی بالا ، FPC های دو طرفه را به یک انتخاب ضروری در مهندسی الکترونیک مدرن تبدیل می کند.
در بخش های بعدی ، ما به تفصیل بررسی خواهیم کرد که چگونه PCB های دو طرفه ، فرآیند تولید آنها ، مزایای عملکرد ، برنامه های مشترک و ملاحظات کلیدی هنگام انتخاب آنها برای یک پروژه. ما همچنین یک بخش سؤالات متفاوتی و یک جدول مقایسه ای را برای روشن کردن تمایز آنها از سایر انواع PCB ارائه خواهیم داد.
ساختار و اصول کار FPC دو طرفه
ساختار اصلی یک FPC دو طرفه شامل دو لایه مس از هم جدا شده توسط یک بستر دی الکتریک ، که به طور معمول از پلی آمید انعطاف پذیر ساخته شده است. هر لایه مس حاوی مسیرهای رسانا پیچیده ای است که سیگنال های الکتریکی را بین اجزای مختلف حمل می کنند. این لایه ها با استفاده از سوراخ های از طریق سوراخ (PTH) به هم پیوسته می شوند -سوراخ های حفر شده با مواد رسانا که باعث می شود جریان از یک طرف به طرف دیگر جریان یابد.
هنگامی که یک دستگاه کار می کند ، سیگنال ها در امتداد آثار مس از یک مؤلفه به دیگری حرکت می کنند. اگر مسیر نیاز به عبور از مسیر سیگنال دیگر داشته باشد ، می توان اثری را از طریق A از طریق A VIA منتقل کرد و از این طریق تداخل سیگنال را از بین برد. این توانایی همان چیزی است که اجازه می دهد FPC های دو طرفه برای پشتیبانی از چیدمان مدار پیچیده تر و جمع و جور نسبت به تابلوهای یک طرفه.
مکانیسم کار را می توان به شرح زیر خلاصه کرد:
مسیریابی سیگنال در لایه ها -سیگنال های الکتریکی بین دو لایه مس از طریق سوراخ های آبکاری شده حرکت می کنند و طرح های جمع و جور و پیچیده را قادر می سازند.
انعطاف پذیری نصب مؤلفه - مؤلفه هایی مانند مقاومت ، خازن و مدارهای یکپارچه را می توان در هر دو طرف قرار داد و استفاده از فضا را بهینه کرد.
انعطاف پذیری مکانیکی - پایه پلی آمید به تخته اجازه می دهد بدون آسیب رساندن به آثار مس خم شود و آن را برای تاشو در فضاهای تنگ ایده آل می کند.
مدیریت حرارتی -طراحی لایه دوگانه می تواند گرمای تولید شده توسط اجزای با کارایی بالا را بهتر توزیع کند و قابلیت اطمینان را بهبود بخشد.
ترکیبی از این عوامل ، FPC های دو طرفه را قادر می سازد ضمن حفظ سازگاری جسمی خود ، پیچیدگی مدار بالاتر را کنترل کنند. به همین دلیل است که آنها اغلب در مدارهای کنترل فرمان فرمان خودرو استفاده می شوند ، جایی که مسیرهای مختلف سیگنال باید در یک فضای فشرده و منحنی بدون قربانی کردن دوام قرار بگیرند.
فرآیند تولید FPC دو طرفه
ساخت PCB انعطاف پذیر دو طرفه شامل چندین مرحله کنترل دقیق برای اطمینان از عملکرد الکتریکی و قابلیت اطمینان مکانیکی است. این روند به طور معمول از این مراحل پیروی می کند:
آماده سازی مواد پایه - یک بستر انعطاف پذیر ، معمولاً پلی آمید ، از هر دو طرف با فویل مس لمینت می شود. ضخامت مس بر اساس الزامات حامل فعلی برنامه انتخاب می شود.
کاربرد و تصویربرداری فوتورهایی -هر دو طرف با یک لایه عکاسی حساس به نور پوشانده شده اند. الگوهای مدار با استفاده از نور UV از طریق یک فتوم ماسک به سطح مس منتقل می شوند.
اچینگ - مس ناخواسته با استفاده از اچ شیمیایی برداشته می شود و الگوهای مدار مورد نظر را در هر دو طرف پشت سر می گذارد.
حفاری و آبکاری - دستگاه های حفاری دقیق باعث ایجاد Vias می شوند که سپس با مس آبکاری می شوند تا لایه های مدار بالا و پایین را به صورت الکتریکی وصل کنند.
ماسک لحیم کاری و سطح سطح - از ماسک لحیم کاری برای محافظت از آثار مس در برابر اکسیداسیون و جلوگیری از ایجاد لحیم کاری در حین مونتاژ مؤلفه استفاده می شود. به پایان می رسد مانند Enig (Gold Gold Nickel غوطه وری) یا OSP (مواد نگهدارنده لحیم کاری آلی) از لحیم پذیری و مقاومت در برابر خوردگی اطمینان حاصل می کنند.
آزمایش و کنترل کیفیت - هر FPC برای تأیید عملکرد قبل از حمل و نقل ، آزمایشات پیوستگی الکتریکی و تست های خمش مکانیکی را انجام می دهد.
این فرآیند دقیق تضمین می کند که محصول نهایی در چرخه های خمش مکرر ، هدایت بالا ، انعطاف پذیری مکانیکی و دوام را ارائه می دهد. تراز دقیق دو لایه مس در هنگام تولید بسیار مهم است - هرگونه سوء استفاده می تواند باعث ایجاد یکپارچگی سیگنال یا خرابی مکانیکی در حین کار شود.
مزایای FPC دو طرفه
FPC های دو طرفه چندین مزیت متمایز نسبت به هر دو تخته انعطاف پذیر یک طرفه و PCB های سفت و سخت ارائه می دهند:
چگالی مدار بالاتر - دو لایه مس گزینه های مسیریابی بیشتری را امکان پذیر می کند ، و این امکان را برای طرح های پیچیده در ردپاهای کوچکتر فراهم می کند.
طراحی محصول جمع و جور - ماهیت نازک و خمیده آنها به قرار دادن الکترونیک در اشکال غیر متعارف یا منحنی کمک می کند.
عملکرد الکتریکی بهبود یافته - کاهش نیاز به مسیرهای سیگنال طولانی مقاومت را کاهش داده و از بین رفتن سیگنال به حداقل می رسد.
راندمان هزینه برای طرح های پیچیده -در مقایسه با تابلوهای چند لایه ، FPC های دو طرفه تعادل بین پیچیدگی و هزینه را ارائه می دهند.
قابلیت اطمینان پیشرفته در برنامه های پویا - بستر انعطاف پذیر ارتعاشات را جذب می کند و خطر خرابی مفصل لحیم کاری را کاهش می دهد.
این مزایا توضیح می دهد که چرا FPC های دو طرفه معمولاً در الکترونیک مدرن خودرو ، ابزارهای هوافضا ، لوازم الکترونیکی قابل حمل و وسایل پزشکی پوشیدنی یافت می شوند. توانایی آنها در ترکیب پیچیدگی الکتریکی با سازگاری مکانیکی ، مهندسان را به آزادی طراحی بیشتر و بدون به خطر انداختن عملکرد می دهد.
برنامه های کاربردی مشترک و موارد استفاده
FPC های دو طرفه همه کاره هستند و به طور گسترده در صنایع کاربردی دارند:
سیستم های خودرو - در سوئیچ های فرمان ، نمایشگرهای داشبورد و سیستم های سرگرمی استفاده می شود ، جایی که انعطاف پذیری و فشرده سازی بسیار مهم است.
دستگاه های پزشکی - در ابزارهای تشخیصی ، مانیتورهای بهداشتی پوشیدنی و ابزارهای جراحی به دلیل خاصیت سبک و قابل خم شدن به کار رفته است.
لوازم الکترونیکی مصرفی -در تلفن های هوشمند تاشو ، تبلت ها و دوربین ها یافت می شوند تا بتوانند طرح های نازک و صرفه جویی در فضا را فعال کنند.
تجهیزات صنعتی - که در روباتیک ، پانل های کنترل و مجامع سنسور مورد استفاده قرار می گیرد و نیاز به دوام بالا تحت استرس مکانیکی دارند.
در جدول زیر تفاوتهای کلیدی بین PCB های یک طرفه ، دو طرفه و سفت و سخت خلاصه شده است:
ویژگی
FPC یک طرفه
یک طرفه
PCB سفت
لایه های مس
1
2
2+
انعطاف پذیری
عالی
عالی
کم
تراکم مدار
کم
متوسط
عالی
هزینه
کم
معتاد
متفاوت است
برنامه
مدارهای ساده
پیچیده انعطاف پذیر
سفت و سخت و پرقدرت
سؤالات متداول در مورد FPC دو طرفه
Q1: تفاوت اصلی بین FPC دو طرفه و یک FPC یک طرفه چیست؟ بوها FPC دو طرفه در هر دو طرف بستر انعطاف پذیر ، از طریق VIA ها وصل شده است و به طرح های مدار پیچیده تر و جمع و جور در مقایسه با یک تخته یک طرفه امکان پذیر است.
Q2: آیا FPC های دو طرفه می توانند برنامه های با جریان بالا را کنترل کنند؟ بله ، اما ضخامت مس و عرض ردیابی باید به طور مناسب طراحی شود. برای کاربردهای با جریان بسیار بالا ، ممکن است طرح های چند لایه یا مس تقویت شده مورد نیاز باشد.
Q3: آیا FPC های دو طرفه گران تر از موارد یک طرفه هستند؟ به طور کلی ، بله. فرآیندهای اضافی ، حفاری و آبکاری اضافی ، هزینه های تولید را افزایش می دهد ، اما آنها هنوز هم مقرون به صرفه تر از تابلوهای چند لایه کامل برای طرح های نسبتاً پیچیده هستند.
Q4: FPC های دو طرفه چقدر دوام دارند؟ هنگامی که با مواد با کیفیت و قوانین طراحی مناسب تولید می شوند ، می توانند هزاران چرخه خمش را بدون تخریب قابل توجه در عملکرد تحمل کنند.
Q5: چه نرم افزاری طراحی برای ایجاد طرح های FPC دو طرفه بهتر است؟ بیشتر نرم افزارهای حرفه ای طراحی PCB مانند Altium Designer ، KICAD و ORCAD می توانند طرح های PCB انعطاف پذیر دو طرفه را کنترل کنند.
