تطورت التكنولوجيا القابلة للارتداء من الأجهزة الضخمة التي تُلبس في المعصم إلى لصقات رفيعة جدًا تُثبت على الجلد. تتطلب هذه الأجهزة نهجًا متخصصًا في التصنيع وضمان الجودة. إن التحقق من لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) للرقع القابلة للارتداء هو العملية الحاسمة للتحقق من أن الدائرة المرنة يمكنها تحمل الصرامة الميكانيكية لجسم الإنسان مع الحفاظ على الأداء الكهربائي والتوافق الحيوي.
على عكس اللوحات الصلبة القياسية، يجب أن تتحمل لوحات الدوائر المطبوعة للرقع الالتواء والتمدد والتعرض للعرق. في APTPCB (مصنع APTPCB للوحات الدوائر المطبوعة)، نرى بشكل مباشر أن النشر الناجح للرقعة يعتمد بشكل أقل على المخطط الأولي وأكثر على التحقق الصارم من التراص المادي وعملية التجميع. يغطي هذا الدليل دورة الحياة بأكملها، مما يضمن بقاء منتجك خلال الانتقال من النموذج الأولي إلى الإنتاج الضخم.
النقاط الرئيسية
- التعريف: يتجاوز التحقق الاستمرارية الكهربائية ليشمل التحمل الميكانيكي (الانحناء) والمرونة البيئية (الرطوبة/العرق).
- المقياس الحاسم: يعد وضع "المحور المحايد" العامل الأكثر أهمية في منع كسور المسارات أثناء الانثناء الديناميكي.
- اختيار المواد: البولي إيميد (PI) هو المعيار، ولكن قد تكون هناك حاجة إلى PET منخفض التكلفة أو ركائز قابلة للتمدد اعتمادًا على دورة الحياة.
- مخاطر التجميع: تعتبر وصلات اللحام أضعف النقاط؛ وغالبًا ما يكون التعبئة السفلية (underfill) أو التغليف المرن ضروريًا للمتانة.
- الاختبار: اختبار الانحناء الثابت غير كافٍ؛ يلزم اختبار الدورة الديناميكية لأي رقعة مخصصة للمستخدمين النشطين.
- استراتيجية التحقق: يمنع الانخراط المبكر مع DFM (التصميم للتصنيع) عمليات إعادة التصنيع المكلفة بسبب أنصاف أقطار الانحناء المستحيلة.
PCB للرقع القابلة للارتداء حقًا (النطاق والحدود)
يعد فهم التعريف الأساسي هو الخطوة الأولى قبل تحليل المقاييس المحددة. إن التحقق من لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) للرقع القابلة للارتداء هو عملية ضمان جودة متعددة الأبعاد مصممة خصيصًا للدوائر التي تلتصق مباشرة بالجلد.
يركز التحقق القياسي من لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) على الدورات الحرارية والاتصال الكهربائي. يضيف التحقق من الرقع ثلاث طبقات مميزة:
- السلامة الميكانيكية الديناميكية: يجب أن تعمل اللوحة بينما يتحرك المستخدم. يتضمن ذلك التحقق من قدرة الدائرة على الانثناء آلاف المرات دون حدوث كسور دقيقة في مسارات النحاس.
- التوافق الحيوي والختم البيئي: يجب أن تؤكد عملية التحقق أن المواد (بما في ذلك اللحامات والمواد اللاصقة) لا تتفاعل مع الجلد وأن أملاح الجسم (العرق) لا تخترق طبقات الدائرة.
- موثوقية التجميع: المكونات الموجودة على رقعة مرنة عرضة "للانفصال" عند انحناء الركيزة. يتضمن التحقق اختبار القص للمكونات على قاعدة مرنة. ينطبق هذا النطاق على لصقات تخطيط القلب الطبية، وأجهزة مراقبة الجلوكوز المستمرة (CGMs)، والضمادات الذكية، وملصقات الأداء البدني. إنه يسد الفجوة بين تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة المرنة وتجميع المنتج النهائي.
المقاييس الهامة (كيفية تقييم الجودة)
بمجرد تحديد النطاق، يجب عليك قياس النجاح باستخدام نقاط بيانات محددة. المقاييس التالية ضرورية لخطة قوية لـ التحقق من صحة لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) للرقع القابلة للارتداء.
| المقياس | لماذا هو مهم | النطاق النموذجي أو العوامل المؤثرة | كيفية القياس |
|---|---|---|---|
| الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء | يحدد مدى إحكام انحناء الرقعة على الجسم دون تشقق المسارات. | 6 إلى 10 أضعاف سمك الطبقة المرنة (للتطبيقات الديناميكية). | اختبار الانحناء بالمغزل (IPC-TM-650). |
| قوة التقشير | يضمن عدم انفصال النحاس عن قاعدة البولي إيميد أثناء الحركة. | > 0.8 نيوتن/مم (قياسي)؛ أعلى للاستخدام الديناميكي. | اختبار التقشير بزاوية 90 درجة. |
| استقرار المعاوقة | حاسم للمستشعرات الحيوية؛ يغير الانحناء المسافة إلى المستوى المرجعي، مما يغير المعاوقة. | يُسمح بتغير ±10% أثناء الانحناء. | TDR (قياس الانعكاسية في المجال الزمني) أثناء الانحناء. |
| امتصاص الرطوبة | امتصاص العرق يغير ثابت العزل الكهربائي ويمكن أن يسبب الانفصال (تأثير الفشار). | < 1% (بولي إيميد)؛ < 0.1% (LCP). | تحليل زيادة الوزن بعد التعرض للرطوبة. |
| عمر الدورة (التحمل) | يتنبأ بمدة بقاء اللاصقة قبل فشل التتبع الناتج عن التعب. | من 1,000 إلى أكثر من 100,000 دورة حسب حالة الاستخدام. | جهاز اختبار تحمل الطي من MIT. |
| --- | --- | --- | --- |
| مقاومة العزل السطحي (SIR) | يتحقق من أن العرق/الرطوبة لن يسببا هجرة كيميائية كهربائية (دوائر قصيرة). | > 100 ميجا أوم بعد التعرض. | اختبار درجة الحرارة والرطوبة والانحياز (THB). |
إرشادات الاختيار حسب السيناريو (المقايضات)
توفر المقاييس البيانات، ولكن سيناريو التطبيق يحدد المقايضات المقبولة. تتطلب اللاصقات القابلة للارتداء المختلفة أولويات تحقق مختلفة.
1. جهاز مراقبة طبي للاستخدام مرة واحدة (مثل تخطيط القلب الكهربائي لمدة 24 ساعة)
- الأولوية: التكلفة والتوافق الحيوي.
- المقايضة: عمر دورة أقل مقبول.
- تركيز التحقق: السلامة الكيميائية للمواد اللاصقة والمرونة الثابتة الأساسية.
- المادة: غالبًا ما يكون مرنًا من طبقة واحدة أو طبقتين مع PI أو PET منخفض الجودة.
2. لاصقة أداء رياضية عالية الجودة
- الأولوية: المتانة الديناميكية ومقاومة العرق.
- المقايضة: تكلفة تصنيع أعلى.
- تركيز التحقق: اختبار الانحناء الديناميكي الصارم (أكثر من 100 ألف دورة) والغمر في رذاذ الملح.
- المادة: بولي إيميد عالي الأداء مع نحاس مُلدّن بالدرفلة (RA).
3. ضمادة ذكية (العناية بالجروح)
- الأولوية: التهوية والمطابقة.
- المقايضة: كثافة المكونات (يجب أن تكون منخفضة).
- تركيز التحقق: معدلات انتقال الرطوبة والإدارة الحرارية (لتجنب تسخين الجرح).
- المادة: مرن ذو هيكل شبكي أو ركائز مسامية متخصصة.
4. رقعة تحت الجلد من الدرجة القابلة للزرع
- الأولوية: معدل فشل صفري وإحكام.
- المفاضلة: تكلفة تحقق عالية للغاية.
- تركيز التحقق: اختبار النقع طويل الأمد والتوافق الحيوي ISO 10993.
- المادة: بوليمر بلوري سائل (LCP) أو مرن مغلف متوافق حيويًا.
5. رقعة التغذية الراجعة اللمسية
- الأولوية: سعة حمل التيار.
- المفاضلة: النحاس الأكثر سمكًا يقلل من المرونة.
- تركيز التحقق: الارتفاع الحراري تحت الحمل أثناء الانحناء.
- المادة: نحاس أكثر سمكًا (2 أوقية+) يتطلب أنصاف أقطار انحناء أوسع.
6. رقعة مراقبة حديثي الولادة
- الأولوية: صلابة منخفضة للغاية (راحة) وسلامة.
- المفاضلة: الهشاشة أثناء التجميع.
- تركيز التحقق: اختبار الصلابة (معامل يونغ) لضمان عدم إتلاف الجلد الرقيق.
- المادة: أنحف PI متاح (12.5 ميكرومتر) بقاعدة خالية من اللاصق.
من التصميم إلى التصنيع (نقاط فحص التنفيذ)
بعد اختيار السيناريو الصحيح، يجب أن ينتقل التصميم إلى الإنتاج دون المساس بأهداف التحقق. هذه المرحلة هي حيث يلتقي تصميم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) للرقعة القابلة للارتداء بالواقع.
استخدم نقاط الفحص هذه لتوجيه الانتقال من التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) إلى اللوحات المادية.
1. إدارة المحور المحايد
- التوصية: وضع الموصلات الحيوية في مركز التراص.
- المخاطر: تتمدد أو تنضغط المسارات الموجودة على الطبقات الخارجية أكثر من غيرها، مما يؤدي إلى تشققات.
- القبول: مراجعة مخطط التراص للتأكد من التماثل.
2. نقاط الدمعة والحشوات
- التوصية: إضافة نقاط دمعة (teardrops) إلى جميع واجهات الوسادات وتقويس جميع المسارات.
- المخاطر: يتركز الإجهاد الميكانيكي في الزوايا الحادة ومفترقات الوسادات، مما يسبب الرفع.
- القبول: الفحص البصري لملفات Gerber بحثًا عن زوايا 90 درجة (ترفض إذا وجدت).
3. فتحات طبقة التغطية (Coverlay)
- التوصية: استخدام "نتوءات تثبيت" أو مثبتات للوسادات في طبقة التغطية (coverlay).
- المخاطر: تقشر الوسادات عن الركيزة أثناء اللحام أو الثني.
- القبول: التحقق من تصميم طبقة التغطية مقابل توصيات IPC-2223.
4. وضع المقوي
- التوصية: إنهاء المقويات على بعد 0.5 مم إلى 1 مم من وسادات اللحام، ولكن تتداخل مع طبقة التغطية.
- المخاطر: نقاط الإجهاد المتكونة عند حافة المقوي يمكن أن تكسر المسارات (تأثير "مُركّز الإجهاد").
- القبول: التحقق من تداخل المقوي في الرسم الميكانيكي.
5. اختيار التشطيب السطحي
- التوصية: استخدام ENIG (النيكل الكيميائي الغمر بالذهب) أو ENEPIG.
- المخاطر: HASL هش للغاية وغير متساوٍ لتجميع المرن ذي الخطوة الدقيقة؛ قد يتشقق OSP عند الثني.
- القبول: تحديد ENIG في ملاحظات التصنيع.
6. معجون اللحام ومادة التعبئة السفلية (Underfill)
- التوصية: استخدام الإيبوكسي المرن أو مادة التعبئة السفلية (underfill) لمكونات BGA/CSP.
- المخاطر: تتكسر وصلات اللحام الصلبة عندما يتوافق الرقعة مع الجسم.
- القبول: التحقق من اختبار القص على النماذج الأولية المجمعة.
7. اتجاه الحبيبات
- توصية: قم بمحاذاة الموصلات بشكل موازٍ لاتجاه حبيبات النحاس المدلفن والمُلدن.
- مخاطرة: تتشقق المسارات التي تسير بشكل عمودي على الحبيبات بشكل أسرع بكثير.
- قبول: حدد اتجاه الحبيبات في رسم التصنيع.
8. التجميع في لوحات (Panelization) للتجميع
- توصية: استخدم حاملًا أو إطارًا صلبًا للرقعة المرنة أثناء تكنولوجيا التركيب السطحي (SMT).
- مخاطرة: عدم محاذاة المكونات بسبب تشوه اللوحة في فرن إعادة التدفق (reflow oven).
- قبول: راجع بروتوكولات اختبار وجودة تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCBA) مع مصنع التجميع.
الأخطاء الشائعة (والنهج الصحيح)
حتى مع قائمة تحقق قوية، فإن أخطاء معينة غالبًا ما تعرقل التحقق من لوحات الدوائر المطبوعة للرقع القابلة للارتداء. تجنب هذه الأخطاء يوفر الوقت والميزانية.
بناء على شكل حرف I (I-Beam Construction):
- خطأ: توجيه المسارات على الطبقة العلوية مباشرة فوق المسارات على الطبقة السفلية.
- النتيجة: يزيد هذا من الصلابة ويخلق نقطة قص، مما يؤدي إلى فشل سريع.
- تصحيح: قم بترتيب المسارات بشكل متداخل على الطبقات المتجاورة للحفاظ على المرونة.
تجاهل تأثير "الزر":
- خطأ: وضع بطارية صلبة أو مستشعر في منتصف المنطقة المرنة مباشرة دون تخفيف الإجهاد.
- النتيجة: ينثني الجزء المرن فورًا عند حافة المكون الصلب.
- تصحيح: استخدم انتقالًا تدريجيًا للمقوي أو انقل الأجزاء الصلبة إلى أطراف الرقعة.
المبالغة في تحديد وزن النحاس:
- الخطأ: استخدام نحاس بوزن 1 أونصة أو 2 أونصة "فقط من باب الأمان".
- النتيجة: النحاس الأكثر سمكًا يتصلب أسرع ويتشقق مبكرًا.
- التصحيح: استخدم أنحف نحاس ممكن (1/3 أونصة أو 1/2 أونصة) يلبي المتطلبات الكهربائية.
إهمال اختبار التعرق:
- الخطأ: التحقق فقط في ظروف المختبر الجافة.
- النتيجة: أعطال ميدانية بسبب النمو الشجيري من أملاح الجسم.
- التصحيح: قم بإجراء اختبارات رذاذ الملح والعرق الاصطناعي مبكرًا.
اختيار خاطئ للمادة اللاصقة:
- الخطأ: استخدام لاصق أكريليك قياسي للرقع المعقمة ذات درجة الحرارة العالية.
- النتيجة: انفصال الطبقات أثناء عملية التعقيم (الأوتوكلاف).
- التصحيح: حدد مواد لاصقة قائمة على الإيبوكسي أو الأكريليك عالية الحرارة لدرجات التعقيم الطبي.
افتراض التفاوتات القياسية:
- الخطأ: تطبيق تفاوتات لوحات الدوائر المطبوعة الصلبة (PCB) على المواد المرنة.
- النتيجة: فقدان في الإنتاجية لأن المواد المرنة تنكمش وتتمدد أثناء المعالجة.
- التصحيح: استشر إرشادات DFM للحصول على تفاوتات أكثر مرونة للمواد المرنة.
الأسئلة الشائعة
س: ما الفرق بين التحقق من المرونة الثابتة والديناميكية؟ ج: التحقق من المرونة الثابتة مخصص لتطبيقات "الانحناء للتركيب" حيث يتم ثني الرقعة مرة واحدة. التحقق الديناميكي مخصص لتطبيقات "الانحناء للاستخدام" (مثل رقعة الركبة) حيث ينثني الدائرة باستمرار. تتطلب المرونة الديناميكية نحاسًا أرق بكثير ورقائق نحاسية مدرفلة ومُلدنة (RA). س: هل يمكنني استخدام FR4 القياسي للرقعة القابلة للارتداء؟ ج: بشكل عام، لا. FR4 صلب. ومع ذلك، تجمع تقنية Rigid-Flex بين FR4 (لكثافة المكونات) والبولي إيميد (للمرونة). بالنسبة للرقع الجلدية النقية، يُفضل البولي إيميد أو البوليستر (PET).
س: كيف أقوم بالتحقق من تصنيف مقاومة الماء للوحة الدوائر المطبوعة (PCB) للرقعة؟ ج: يتضمن التحقق اختبارات تصنيف IP (مثل IP67). هذا يختبر الغلاف أو الطلاء المطابق، وليس فقط لوحة الدوائر المطبوعة. بالنسبة للوحة الدوائر المطبوعة نفسها، فإن اختبار SIR (مقاومة العزل السطحي) تحت الرطوبة هو المعيار.
س: لماذا يوصى بالنحاس "الملفوف والمُلدّن" (Rolled Annealed)؟ ج: النحاس القياسي المترسب كهربائيًا (ED) له بنية حبيبية عمودية تنكسر بسهولة عند الانحناء. النحاس الملفوف والمُلدّن (RA) له بنية حبيبية أفقية تتمدد، مما يسمح له بتحمل إجهاد الانحناء بشكل أفضل بكثير.
س: هل تتولى APTPCB تجميع هذه الرقع المرنة؟ ج: نعم، تقدم APTPCB خدمات متكاملة بما في ذلك التثبيت المتخصص المطلوب لتجميع المكونات على الركائز المرنة دون تلف.
س: ما هو السمك النموذجي للوحة الدوائر المطبوعة (PCB) للرقعة القابلة للارتداء؟ ج: عادةً ما تكون لوحة الدوائر المطبوعة المرنة ذات الطبقتين بين 0.1 مم و 0.2 مم سمكًا (باستثناء المقويات). هذا السمك ضروري للتوافق مع الجلد.
س: كيف تؤثر التصغير على التحقق؟ ج: غالبًا ما تتطلب الرقع الأصغر ميزات HDI (التوصيل البيني عالي الكثافة). يتطلب التحقق من الميكروفيا المحفورة بالليزر في ركيزة مرنة اختبار صدمة حرارية متخصص لضمان عدم تشقق الطلاء.
س: ما هي أفضل طريقة لإنشاء نموذج أولي لرقعة قابلة للارتداء؟ ج: ابدأ بتشغيل "أدوات لينة" (القطع بالليزر بدلاً من التثقيب بالقالب) للتحقق من عامل الشكل والملاءمة قبل الاستثمار في قوالب الأدوات الصلبة باهظة الثمن.
صفحات وأدوات ذات صلة
- قدرات تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة المرنة – مواصفات مفصلة عن عدد الطبقات والمواد والتفاوتات.
- حلول لوحات الدوائر المطبوعة الطبية – معايير وتقنيات محددة للأجهزة القابلة للارتداء في الرعاية الصحية.
- اختبار وجودة تجميع لوحات الدوائر المطبوعة – كيف نتحقق من موثوقية التجميع من خلال الفحص البصري التلقائي (AOI) والأشعة السينية والاختبار الوظيفي.
- إرشادات DFM – قواعد تصميم أساسية لضمان قابلية تصنيع الرقعة الخاصة بك.
مسرد المصطلحات (المصطلحات الرئيسية)
| المصطلح | التعريف |
|---|---|
| بولي إيميد (PI) | المادة الأساسية الأكثر شيوعًا للوحات الدوائر المطبوعة المرنة، والمعروفة بمقاومتها العالية للحرارة ومتانتها. |
| Coverlay | المكافئ المرن لقناع اللحام؛ طبقة من البولي إيميد مغلفة فوق المسارات للعزل. |
| المحور المحايد | المستوى النظري داخل التراص حيث لا يوجد إجهاد (لا ضغط ولا شد) أثناء الانحناء. |
| نحاس مُلدّن مدلفن (RA) | رقائق نحاسية معالجة للحصول على بنية حبيبية أفقية، مما يزيد من المرونة ومقاومة التكلل. |
| --- | --- |
| مقوي | قطعة صلبة من مادة (FR4 أو PI) تُضاف إلى مناطق محددة من لوحة الدوائر المطبوعة المرنة لدعم المكونات أو الموصلات. |
| مرونة ديناميكية | تطبيق تتعرض فيه لوحة الدوائر المطبوعة لثني مستمر أثناء تشغيلها (مثل، مستشعر حركة المفصل). |
| مرونة ثابتة | تطبيق تُثنى فيه لوحة الدوائر المطبوعة مرة واحدة فقط أثناء التثبيت أو التجميع. |
| طبقة تغطية بيكيني | تصميم طبقة تغطية يغطي الأقسام المرنة فقط، تاركًا الأقسام الصلبة مكشوفة (يُستخدم غالبًا في Rigid-Flex). |
| موصل ZIF | موصل بقوة إدخال صفرية؛ طريقة شائعة لتوصيل الأطراف المرنة باللوحات الرئيسية. |
| فيلم موصل متباين الخواص (ACF) | نظام لاصق يُستخدم لربط الدوائر المتكاملة للمشغلات أو الأطراف المرنة، ويوصل الكهرباء عموديًا فقط. |
| التوافق الحيوي | خاصية التوافق مع الأنسجة الحية؛ ضرورية للرقع الملامسة للجلد (ISO 10993). |
| IPC-6013 | المواصفة القياسية الصناعية لتأهيل وأداء لوحات الدوائر المطبوعة المرنة. |
خاتمة (الخطوات التالية)
التحقق من صحة لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) للرقع القابلة للارتداء هو الجسر بين مفهوم ذكي ومنتج طبي أو استهلاكي موثوق. يتطلب تحولًا في طريقة التفكير من "الاتصال الكهربائي" إلى "التحمل الكهروميكانيكي". من خلال التركيز على المحور المحايد، واختيار حبيبات النحاس المناسبة، والاختبار الدقيق للإجهاد الديناميكي والتعرض البيئي، يمكنك التخلص من الأعطال الميدانية.
عندما تكون مستعدًا للانتقال من النموذج الأولي إلى الإنتاج، فإن APTPCB مستعدة للمساعدة. لضمان مراجعة DFM سلسة وعرض أسعار دقيق، يرجى تقديم:
- ملفات Gerber: بما في ذلك طبقات محددة للمقويات وطبقة التغطية.
- مخطط التراص: يوضح بوضوح أنواع المواد (PI، لاصق، نوع النحاس).
- متطلبات التحقق: حدد ما إذا كنت بحاجة إلى التحكم في المعاوقة أو اختبار دورة الانحناء محددة.
- مواصفات التجميع: تفاصيل حول أنواع المكونات لاختيار معجون اللحام والقالب المناسبين.
تبدأ الأجهزة القابلة للارتداء الموثوقة بأسس تم التحقق منها. اتصل بنا اليوم لمناقشة تصميم الرقعة الخاص بك.