تجمع لوحات الدوائر المطبوعة المرنة-الصلبة (Rigid-Flex PCB) بين موثوقية اللوحات الصلبة ومرونة الدوائر المرنة. صُمّمت للانحناء والطي وربط عدة أقسام مع الحفاظ على أداء كهربائي ممتاز. تُستخدم اليوم في الكاميرات والأجهزة الطبية والأقمار الصناعية والإلكترونيات القابلة للطي.
يشرح هذا الدليل ماهيّة لوحات Rigid-Flex، وكيف تُبنى، وأهم قواعد التصميم التي يجب اتباعها، وما الذي تقدمه Fast Turn PCBs من قدرات تصنيع لهذه التقنية المتقدمة.
ما هي لوحة Rigid-Flex PCB؟
لوحة Rigid-Flex هي دائرة هجينة تجمع طبقات صلبة وطبقات مرنة في لوحة واحدة متصلة. بدلاً من توصيل عدة لوحات صلبة بأسلاك أو موصلات، تعمل المنطقة المرنة كوصلات مدمجة داخل اللوحة.
تحمل المناطق الصلبة المكوّنات وتدعمها، بينما تنحني المناطق المرنة وتلتف لربطها في المساحات الضيقة. هذا يوفّر مساحة ويقلّل الوزن ويرفع الموثوقية عبر تقليل نقاط اللحام والموصلات التي قد تفشل مع الاهتزاز أو الحركة.
تُصنع هذه اللوحات من رقائق نحاسية على مواد عازلة كما في اللوحات التقليدية، مع إضافة طبقات بولي أميد (Polyimide/PI) مرنة تتحمّل الانحناءات المتكرّرة لتناسب التجميعات المدمجة أو المتحركة.
Rigid-Flex مقابل Flex مقابل Semi-Flex
| النوع | البنية | دورات الانحناء | السماكة النموذجية | التطبيقات |
|---|---|---|---|---|
| Rigid-Flex | أقسام FR-4 صلبة مع طبقات مرنة داخلية/خارجية | حتى ملايين الدورات (حسب التصميم) | 0.2–0.8 مم (منطقة المرن) | الكاميرات، الطب، الفضاء |
| Flex (FPC) | طبقات مرنة بالكامل من البولي أميد | انحناء مستمر | 0.1–0.3 مم | الأجهزة القابلة للارتداء، الحساسات |
| Semi-Flex | FR-4 رقيق مع تخفيف/شـق موضعي | محدود (1–5 طيات) | 0.2–0.6 مم | تركيب ثابت (طيّة واحدة) |
تُعدّ لوحات Semi-Flex حلاً اقتصاديًا للثنيات لمرة واحدة، بينما تكون Rigid-Flex الخيار الأفضل للحركة الديناميكية أو الانحناءات المتكررة.
المواد والتراص الطبقي النموذجي
تجمع لوحات Rigid-Flex مواد مرنة وصلبة في التراص نفسه. أكثر ركيزة مرنة شيوعًا هي البولي أميد (PI) لقوته الحرارية وقدرته على تحمل الانحناء.
يمكن أن يكون النحاس مدحرجًا مُخمّرًا (RA) أو مرحّلًا كهربائيًا (ED). النحاس RA أنعم وأكثر ملاءمة للانحناء، بينما يُستخدم النحاس ED غالبًا في المناطق الصلبة.
أنظمة اللصق قد تكون بمادة لاصقة (Bond-ply) أو بدون لاصق (Adhesiveless) لتقليل نصف قطر الانحناء وتحسين الموثوقية. تُحمى طبقات المرن بفيلم Coverlay الذي يحل محل قناع اللحام ويتيح للنحاس الانثناء بأمان.
تُضاف مقوّيات (Stiffeners) من FR-4 أو PI أو الفولاذ أسفل الموصلات أو المكوّنات لدعم مناطق المرن.
التراص المعتاد يتكون من 4 إلى 8 طبقات؛ توضع طبقات المرن في الوسط وتمتد إلى منطقة الانحناء، فيما تُبنى الأقسام الصلبة من FR-4. يساهم التراص المتناظر في تقليل الالتواء أثناء الكبس الحراري.
قواعد تصميم Rigid-Flex الأساسية
يتطلّب تصميم Rigid-Flex تنسيقًا مبكّرًا بين المصمم والمصنّع. بعد تثبيت التراص وخطوط الانحناء يصبح التعديل مكلفًا. أهم الإرشادات:
1) نصف قطر الانحناء
يعتمد الحد الأدنى لنصف القطر على سماكة المرن وعدد طبقاته.
- انحناء ثابت (مرة واحدة أثناء التجميع): ابدأ بـ 10× سماكة المرن على الأقل.
- انحناء ديناميكي (حركة متكررة): ابدأ بـ 100× السماكة لعمر أطول.
حافظ على التتبيع داخل محور التعادل وقلّل سماكة المرن لزيادة مقاومة التعب.
2) تتبّع المسارات (Routing)
- وجّه المسارات مع اتجاه الانحناء وليس عبره.
- تجنّب الزوايا 90°؛ استخدم منحنيات ناعمة.
- حافظ على توازن النحاس على الجانبين لتجنّب الالتفاف.
- استخدم وسادات دمعة (Teardrops) وانتقالات مخروطيّة لتقليل الإجهاد عند الفتحات والوسادات.
- تجنّب المساحات النحاسية الصلبة فوق منطقة الانحناء؛ استخدم تشبيكًا (Hatching) عند الحاجة للتدريع.
3) الفتحات والانتقالات
- لا تضع فتحات (Vias) داخل مناطق الانحناء الفعّالة.
- في انتقال الصلب-إلى-المرن استخدم فتحات تثبيت (Anchoring Vias) أو سياج فتحات لتوزيع الإجهاد وتثبيت الطبقات النحاسية.
- في التصاميم متعددة الطبقات، اجعل منطقة المرن رقيقة، وفكّر في الفتحات المتدرجة أو العمياء عند الحاجة.
4) الـCoverlay وقناع اللحام
اجعل فتحات الـCoverlay فوق الوسادات والأصابع بدقة وبهوامش صغيرة. لواجهات ZIF اضبط طول النحاس المكشوف وسماكة الطلاء.
عند تصميم مسارات ممانعة مضبوطة داخل المرن، خذ بالحسبان العازل الأرق وثابت العزل المختلف للبولي أميد.
كيف تُصنّع لوحات Rigid-Flex؟
تشمل عملية التصنيع خطوات أكثر من اللوحات التقليدية، ويتم تجهيز كل قسم على حدة قبل الكبس النهائي:
- تصوير ونقش الطبقات الداخلية للمرن والصلب كلٌ على حدة.
- الكبس (Lamination) على عدة مراحل لدمج مواد المرن والصلب بدقة (Bond-ply أو مواد دون لاصق).
- الحفر والطلاء بالنحاس لربط الطبقات؛ قد تُستخدم ميكرو-فيا بالليزر لتصاميم HDI.
- نقش الطبقات الخارجية لتشكيل التتبّعات النهائية في المناطق الصلبة.
- تركيب الـCoverlay والمقوّيات في مناطق المرن.
- التشطيبات السطحية مثل ENIG أو HASL-LF أو OSP أو ENEPIG حسب احتياجات التركيب.
- القص والاختبار (قطع بالليزر)، ثم اختبار كهربائي وفحص بصري وجودة نهائية.
يجب أن يضمن كل كبس محاذاة دقيقة بين طبقات المرن والصلب؛ أي انحراف قد يسبب تشققات أو انفصال طبقي، لذلك تُستخدم أدوات خاصة وكباسات تفريغ.
قدرات Fast Turn PCBs
تقدّم Fast Turn PCBs تصنيع Rigid-Flex من النماذج الأولية حتى الإنتاج الكمي:
- عدد الطبقات: حتى 26 طبقة
- أصغر خط/مسافة: 0.065 / 0.065 مم
- أصغر ثقب/وسادة: 0.10 / 0.35 مم
- نحاس نهائي: في المرن 0.5–2 أونصة، في الصلب 1–4 أونصات
- سماكة اللوحة: 0.25–6.0 مم
- أقصى مقاس لوحة: 620 × 500 مم
- التشطيبات: ENIG، HASL-LF، OSP، Silver، Tin، Hard Gold، ENEPIG
- تسامح الثقوب: ± 0.05 مم
- المدة المعتادة: 7–20 يومًا (مع خيارات تسريع)
نوفر مراجعة هندسية وDFM في كل مرحلة لتقليل زمن التطوير وتجنّب إعادة التصميم المكلفة.
نصائح التركيب والموثوقية
- ضع المكوّنات الثقيلة أو الحسّاسة للحرارة على المناطق الصلبة.
- عند الحاجة للتركيب على منطقة مرنة استخدم مقوّيات أسفلها.
- أثناء إعادة اللحام بالفرن، ادعم الأجزاء المرنة بمشابك/قوالب لمنع الترهل.
- تجنّب ثني اللوحة بعد التركيب ما لم يُصمَّم لذلك.
- أثناء الشحن والمناولة، ضع علامة واضحة لاتجاه وخط الانحناء.
المزايا والتحدّيات وأفضل التطبيقات
المزايا
- نقاط موصلات ولحام أقل → موثوقية أعلى
- وزن وسماكة أقل للأجهزة المدمجة
- إمكانية ملاءمة حجوم ثلاثية الأبعاد وأشكال معقدة
- أداء أفضل مع الاهتزاز أو الإجهاد الحراري
التحدّيات
- تكلفة ابتدائية أعلى وزمن تصنيع أطول
- قواعد تصميم أدقّ في مناطق الانحناء والانتقال
- حاجة أكبر للتواصل بين فريق التصميم والمصنع
التطبيقات الشائعة
- وحدات الكاميرات والهواتف
- الأجهزة القابلة للارتداء
- المعدات والأجهزة الطبية
- الأنظمة الجوية/العسكرية
- رادارات ووحدات تحكم السيارات
- حساسات وأنظمة تحكم صناعية
عندما تكون المساحة والموثوقية ومقاومة الاهتزاز مهمة، غالبًا ما تكون Rigid-Flex هي الخيار الأفضل.
أخطاء شائعة يجب تجنبها
- وضع الفتحات أو تفريعات BGA داخل مناطق الانحناء
- إغفال تحديد خطوط ونصف قطر الانحناء في المخططات
- عدم تطابق فتحات الـCoverlay مع أحجام الوسادات
- طبقات نحاس صلبة تعبر خطوط الانحناء → احتمال التشقّق مع الزمن
معالجة هذه النقاط مبكرًا توفر إعادة تصنيع وتأخيرات مكلفة.
دليل مصغّر: كيف نربط المرن بالصلب؟
يُعدّ الانتقال بين المرن والصلب أكثر مناطق التصميم حساسية.
يُستخدم غالبًا تراص متدرّج (Step-stack) بحيث تُقلّل طبقات الصلب تدريجيًا قرب منطقة المرن. تساعد فتحات التثبيت على قفل الطبقات النحاسية ومنع الانفصال.
إضافة شقوق تفريغ أو فتحات ماسية عند الانتقال يوزّع الإجهاد الميكانيكي. ولأفضل النتائج، استعمل مواد PI دون لاصق للتصاميم ذات الانحناء الضيق؛ فهي تقدم التصاقًا ومقاومة حرارية أفضل من الأنظمة اللاصقة.
الأسئلة الشائعة (FAQs)
1) ما هي لوحة Rigid-Flex PCB؟
هي لوحة تجمع مواد صلبة ومرنة. تحمل الأجزاء الصلبة المكوّنات، بينما تسمح الطبقات المرنة بالانحناء أو الطي، ما يقلّل الموصلات ويوفّر المساحة.
2) كيف تُصنع لوحات Rigid-Flex؟
عبر عدّة مراحل كبس. تُجهَّز طبقات الصلب والمرن منفصلـة، ثم تُحاذى وتُكبس معًا، وتُحفر وتُطلى وتُنهى سطحيًا، ثم تُقطع وتُختبر.
3) كيف نربط المرن بالصلب بشكل صحيح؟
استخدم انتقال Step-stack مع فتحات تثبيت وشقوق تفريغ. حافظ على تجانس سماكة المادة اللاصقة واختر PI يتحمّل الإجهاد الحراري والميكانيكي.
4) ما الفرق بين Rigid-Flex وSemi-Flex؟
Rigid-Flex تحتوي طبقات PI مرنة حقيقية ويمكنها الانحناء مرات كثيرة. Semi-Flex هي FR-4 رقيقة تُثنى مرات قليلة أثناء التجميع فقط.
5) ما قدرات Fast Turn PCBs؟
حتى 26 طبقة، 0.065 مم خط/مسافة، 0.10 مم ثقوب، نحاس مرن 0.5–2 أونصة. زمن التنفيذ المعتاد 7–20 يومًا مع خيار التسريع.
الخلاصة
توفر لوحات Rigid-Flex PCB حرية تصميم غير مسبوقة وموثوقية وتوفيرًا للمساحة في المنتجات الإلكترونية الحديثة. بفهم المواد والتراص الطبقي وقواعد الانحناء يمكنك فتح آفاق جديدة لتصاميم ثلاثية الأبعاد وواجهات كثيفة.
تقدّم Fast Turn PCBs تصنيع Rigid-Flex كاملًا—من النموذج الأولي إلى الإنتاج—بمعدات متقدمة ودعم هندسي على مدار الساعة وتسليم سريع.
أرسل ملفات Gerber أو ODB++ الآن لتحصل على مراجعة DFM احترافية قبل دفعتك القادمة.
