تدوينات مصغرةدارات مطبوعة و تصنيع

كيف تحمي دارتك عند فشل المكثف

ظاهرة تكسّر المكثف متعدد الطبقات

تستخدم مكثفات الطبقات المتعددة السيراميكية Multilayer ceramic capacitors  بكثرة في التصاميم الإلكترونية. إن هذه المكثفات MLCC تستخدم على سبيل المثال كمثفات الفلترة والتمرير filter and bypass capacitors وكما يوحي الاسم فإن MLCC تتألف من طبقات داخلية متعددة لتشكيل السعة المرغوبة. لكن هذا النوع من المكثفات يكون عرضة للتكسر داخلياً عند تعرضها لجهد ميكانيكي mechanical stress .

 مصدر الصورة Kemet

إن هذه المكثفات التي يتم وضعها في الدارة قريباً من أو خلف مآخذ الدارة أو في أي منطقة من الدارة المطبوعة يتوقع أن تكون عرضة للانحناء تتعرض للجهد الميكانيكي، وإن جزءاً من هذا الجهد/العزم سوف يؤثر بشكل جزئي على المكثفات ويسبب تكسر داخلي مما قد يسبب حالة قصر أو دارة مفتوحة short circuit or open circuit.

 مصدر الصورة Murata

إن مصادر الجهد الميكانيكي مختلفة، فقد تكون بسبب رص البراغي في مأخذ الدارة أو استخدام موصل connector في الدارة أو حتى بسبب حركات أخرى مثل عملية تقطيع الدارات من الألواح panels بعد تجميعها assembling، ولهذا لا ينصح بالقيام بهذه العملية بشكل يدوي دون قطّاعة أو أداة خاصة أخرى.

PCBCart مصدر الصورة

دايفد جونز (موقع EEVBlog) قام بتسجيل فيديو مهم يشرح فيه هذه الظاهرة وكيفية منع حدوثها. دايفد شرح بعض النصائح لأماكن توضيع مكثف MLCC في الدارة.

الدارة المثال. مأخوذة من موقع EEVBlog

في هذا المثال، إن C1 سيتعرض لجهد ميكانيكي عند استخدام الموصل connector. لهذا يمكن للمصممين أخذ بعض الخطوات لتجنب ذلك عبر: إضافة ثقب تثبيت إضافي بجوار C1 والذي سيمنع تأثر C1 بالجهد الميكانيكي (1) أو نقل الموصل connector إلى جانب أحد ثقوب التثبيت (2)، ومن الطرق الذكية هي تدوير المكثفة 90 درجة والذي سيقلل جداً تعرض المكثف للجهد (3) وهذا مماثل لو أنك تحمل عصاً من طرفيها وتريد كسرها؛ سيكون كسرها سهل في هذه الحالة ولكن لو دورتها بيحث تصبح موازية ليديك فإن كسرها يصح شبه مستحيل. ويمكن أيضاً إضافة فتحات في الدارة للتخلص من الجهود الميكانيكية (4).

Capacitor placment PCB

وكما هو موصى به عبر ديفيد أيضاً في نفس الفيديو، فإنه يمكن للمصم من المقام الأول استخدام بعض حيل الأمان في التصميم عند فشل المكثف:

capacitor connection

  • توصيل مكثفتين على التسلسل، وبحيث إذا حدث قصر في مكثف فإن المكثف الآخر يمنع حدوث القصر. طبعاً يجب ملاحظة أن المكثفة الكلية ستكون مجموع المكثفتين.
  • إن الطريقة السابقة تحمي من حالة القصر وليس من حالة الدارة المفتوحة open circuit. لذلك يمكننا إضافة فرع آخر مطابق على التفرع.
  • استخدام مكثفات MLCC أصغر في حجم الغلاف package size وهذا يعني أقل تعرضاً للجهد الميكانيكي.
  • استخدام تقنيات جديدة مقدمة من مصنعي المكثفات مثل AVX MLCC FLEXITERM حيث تم تصميم هذا العنصر لامتصاص الجهد الميكانيكي بشكل لا يؤذي العنصر بحد ذاته.

إن هذه الاعتبارات يمكن أن تكون مفيدة حتى مع أنواع أخرى من المكثفات. يرجى الرجوع لمحاضرة تقديمية لجيمس لويس من Kemet بعنوان They’re ‘Not’ JUST Capacitors والتي يقدم فيها أنواع متعددة من المكثفات وميزات ومساوئ كل نوع وطبعاً لا تنسَ مشاهدة الفيديو المرجع الأساسي لهذه التدوينة المصغّرة Solving Ceramic Capacitor Cracking.

Yahya Tawil

مهندس نظم مضمّنة مهتم بالعتاد مفتوح المصدر وولد في نفس العام الذي ولد فيه نظام تشغيل لينكس. يحيى هو مدير التحرير في عتاديات ويؤمن بأهمية المحتوى المكتوب المجاني والنوعي والعملي. خبرته في مجال النظم المضمّنة تتركز في كتابة البرامج المضمنة وتصميم الدارات المطبوعة والنظرية وإنشاء المحتوى.

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.