کاربردهای صنعت الکترونیک برای فلزچاپ (Metal Stamping) چیست؟

فلزچاپ دقیق برای تولید اجزای الکترونیکی کوچک‌شده

نقش قالب‌کاری فوق‌العاده دقیق در تولید گوشی‌های هوشمند، لپ‌تاپ‌ها و دستگاه‌های قابل پوشیدن

هنر فرآیند استمپینگ فلزی با دقت میکرونی این امکان را فراهم می‌کند که تمام آن قطعات کوچک اما حیاتی که باعث کارکرد بدون وقفه دستگاه‌های مدرن ما می‌شوند، تولید شوند. داده‌های اخیر صنعتی از سال گذشته نشان می‌دهند که امروزه تلفن‌های هوشمند حاوی بیش از هشتاد قطعه فلزی استمپ شده هستند. به فکر آن شیارهای کارت SIM فوق‌العاده نازک به ضخامت تنها ۰٫۸ میلی‌متر یا آن براکت‌های آنتن تقریباً نامرئی باشید که ضخامتی کمتر از یک رشته موی انسان دارند. چیزی که واقعاً قابل توجه است، دقت بالای تولید این قطعات است که اغلب در محدوده‌ای کمتر از پنج میکرون (یعنی ± ۰٫۰۰۵ میلی‌متر) قرار دارد. این سطح از دقت برای چیزهایی مثل اتصال‌دهنده‌های تلفن‌های ۵G بسیار مهم است، چرا که حتی کوچکترین انحراف ممکن است باعث اختلال در کیفیت سیگنال شود. با استفاده از قالب‌های پیشرفتۀ چند مرحله‌ای، تولیدکنندگان قادر هستند تا همزمان شکل‌دهی تماس‌های الکتریکی و الگوهای تهویه را در رادیاتورهای لپ‌تاپ انجام دهند و هم عملکرد و هم ظاهر را در یک زمان به دست آورند. همچنین نباید سرعت تولید را فراموش کرد؛ این ماشین‌ها قادر به تولید بیش از ۱۲۰۰ قطعه در دقیقه هستند و بدون از دست دادن کیفیت، حتی در تولید ده میلیون قطعه یا بیشتر، کار خود را انجام می‌دهند. در مقایسه با روش‌هایی مانند برش لیزری، استمپینگ در تولید انبوه به‌طور قطع ارجحیت دارد.

تولید با حجم بالای قطعات فلزی به روش استمپینگ با استفاده از تکنولوژی دای پیشرونده

استمپینگ با دای پیشرونده با سرعت بالا برای کانکتورهای الکترونیکی

استمپینگ با دای پیشرونده امکان انجام چندین عملیات مانند برش، خم کردن و شکل دهی را به صورت همزمان در یک چرخه پرس فراهم می‌کند. همین موضوع است که باعث می‌شود تولیدکنندگان این روش را برای تولید انبوه کانکتورهای الکترونیکی بسیار مورد استفاده قرار دهند. این فرآیند می‌تواند به سرعتی بالای ۱۲۰۰ ضربه در دقیقه دست یابد، در حالی که دقت موقعیت‌گذاری تا حدوداً مثبت و منفی ۰٫۰۵ میلی‌متر حفظ می‌شود. نکته قابل توجه این است که با توجه به دقت بالای مورد نیاز برای قطعات کوچک مانند پورت‌های USB-C و شیارهای کارت SIM، این دقت بسیار قابل تحسین است. بر اساس گزارش‌های اخیر از سوی صنعت تولید، شرکت‌هایی که از استمپینگ پیشرونده استفاده می‌کنند، مراحل اضافی پردازش را نسبت به روش‌های قدیمی استمپینگ تقریباً ۴۰٪ کاهش داده‌اند. این موضوع به ویژه در تولید قطعات ظریف مانند فنرهای تماس و همچنین آن شیلد‌های فلزی که الکترونیک‌های حساس را از تداخل‌ها محافظت می‌کنند، تفاوت بزرگی ایجاد می‌کند.

مقیاس‌پذیری و بهره‌وری هزینه‌ای فرم‌دهی فلزی در تولید انبوه

سیستم‌های قالب پیروگر این قابلیت ذاتی را دارند که فرآیندها را به طور یکنواخت تکرار کنند، بدین معنی که تولیدکنندگان می‌توانند بیش از 10 میلیون قطعه را در ماه تولید کنند. و حدس بزنید؟ هزینه هر قطعه برای اتصال‌دهنده‌های ساده‌ای که بیشتر شرکت‌ها نیاز دارند، کمتر از ده سنت باقی می‌ماند. از لحاظ تغذیه مواد به این سیستم‌ها، فناوری امروزی بسیار کارآمد است. منظور ما این است که نرخ استفاده از مواد به حدود 92 درصد یا بهتر برای آلیاژهای مس و برنز فسفری می‌رسد. این سطح از کارایی زمانی اهمیت زیادی پیدا می‌کند که قطعاتی برای آنتن‌های 5G و ترمینال‌های باتری تولید می‌کنید که در آن‌ها هر پنی اهمیت دارد. ماشین‌های پرس امروزه مجهز به سنسورهای اینترنت اشیا (IoT) هستند. این دستگاه‌های هوشمند به کاهش زمان چرخه‌ای حدود 15 تا 20 درصد کمک می‌کنند و همچنین وضعیت سایش ابزارها را در طول دوره‌های تولید تحت نظارت قرار می‌دهند.

فرم‌دهی دقیق و فرم‌دهی ترکیبی برای قطعات الکترونیکی پیچیده

فرآیند برش دقیق برای تولید درپوش‌های حفاظتی EMI و همچنین پوسته‌های کوچک میکرو اس‌دی بسیار خوب عمل می‌کند. این فرآیند لبه‌های تمیز و بدون خراش با زبری سطحی کمتر از 3.2 میکرون Ra ایجاد می‌کند. در مورد قالب‌های ترکیبی، این قالب‌ها در واقع دو کار را به‌صورت هم‌زمان انجام می‌دهند: سوراخ‌کاری و اکستروژن، که این امر برای تولید پین‌های تماسی با پوشش طلا که نیازمند دقت 0.2 میلی‌متری در فاصله‌گذاری هستند بسیار مناسب است. همچنین تولیدکنندگان پیشرفت‌های جالبی در این زمینه داشته‌اند. اکنون می‌توانند در یک فرآیند واحد، رادیاتورهای چندسطحی با فلنج‌های نصب و کانال‌های انتقال حرارت را تولید کنند. این امر منجر به کاهش 3 تا 5 مرحله مونتاژ جداگانه در ساخت قطعات سرور شده و در نتیجه هم زمان و هم هزینه تولید صرفه‌جویی می‌شود.

راه‌حل‌های حفاظت EMI/RFI با استفاده از جعبه‌های فلزی استمپ شده

نحوه ایجاد حفاظت EMI/RFI موثر در دستگاه‌های الکترونیکی با استفاده از جعبه‌های فلزی استمپ شده

جعبه‌های فلزی که از مواد هادی مانند آلیاژهای مس یا آلومینیوم به روش استمپ ( stamped ) تولید می‌شوند، در مقابله با تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و تداخل فرکانس رادیویی (RFI) کمک می‌کنند. این مواد سیگنال‌های ورودی را منعکس می‌کنند، در حالی که برخی از انواع فولادهای زنگ‌نزن فروسی انرژی باقی‌مانده را جذب می‌کنند. با این حال، حتی شکاف‌های کوچک نیز در اینجا اهمیت زیادی دارند. اگر شکاف‌هایی بزرگ‌تر از ۰٫۳ میلی‌متر وجود داشته باشد، عملکرد حفاظتی به طور قابل توجهی در حدود ۴۰ دسی‌بل در فرکانس‌های ۱ گیگاهرتز کاهش می‌یابد. به همین دلیل، دقت در فرآیند استمپ بسیار مهم است و امروزه این فرآیندها معمولاً دقتی در حدود ±۰٫۰۵ میلی‌متر را تضمین می‌کنند. ظهور شبکه‌های ۵G و همچنین افزایش روزافزون دستگاه‌های اینترنت اشیا در بازار، منجر به افزایش قابل توجهی در تقاضای این قطعات حفاظتی شده است. در واقع، گزارش‌های صنعتی نشان می‌دهند که از سال ۲۰۲۲ تاکنون تقاضا حدود ۲۲ درصد افزایش یافته است. اکثر تولیدکنندگان امروزی بر طراحی جعبه‌هایی تمرکز می‌کنند که امکان اتصال به زمین (grounding) از ابتدا در آن‌ها پیش‌بینی شده باشد، نه اینکه بعدها اضافه شود.

انتخاب مواد و ملاحظات طراحی برای عملکرد بهینه شیلدینگ

سه عامل در عملکرد شیلدینگ برجسته می‌شوند:

*استاندارد بین‌المللی مس آنیل شده

طراحان باید هندسهٔ جعبه را بهینه کنند تا گوشه‌های تیز که عامل ۹۰٪ از نقاط نشت الکترومغناطیسی در الکترونیک مصرف‌کننده هستند را حذف کنند، در عین حال که نقاط تماس با فنر را برای هدایت پایدار در شرایط ارتعاش حفظ می‌کنند. در کاربردهای خودرویی، قطعات حفاظتی را باید بتوان در دامنهٔ دمایی ۴۰- تا ۱۲۵ درجه سانتی‌گراد بدون کاهش عملکرد به کار برد.

ادغام چندکاره قطعات استمپ فلزی در سیستم‌های الکترونیکی

ترکیب عملکردهای مکانیکی و الکتریکی در قطعات استمپ شده

امروزه دستگاه‌های الکترونیکی به‌طور زیادی به قطعات تزریقی متکی هستند که چندین کار را به‌صورت همزمان انجام می‌دهند و استحکام سازه‌ای را با توانایی هدایت جریان الکتریسیته ترکیب می‌کنند. به عنوان مثال می‌توان به صفحات محافظتی EMI اشاره کرد. بسیاری از تولیدکنندگان اکنون آن‌ها را به‌گونه‌ای طراحی می‌کنند که به عنوان چارچوب محفظه روترهای 5G نیز عمل کنند. این رویکرد باعث کاهش تعداد قطعاتی می‌شود که باید به‌صورت جداگانه تولید و مونتاژ شوند، که در راستای کنترل هزینه‌های تولید امری بسیار مهم است. بر اساس تحقیقات منتشر شده سال گذشته در صنایع مختلف، حدود دو سوم شرکت‌های تولیدکننده تجهیزات مخابراتی این روش را پذیرفته‌اند. دلیل اصلی چیست؟ ساده‌سازی مونتاژ تجهیزات پیچیده، به‌ویژه در مواقعی که فضای داخلی دستگاه‌های مدرن بسیار تنگ است.

کاربردهای قطعات فلزی تزریقی چندهدفه در الکترونیک مصرفی

این روند را می‌توان در گوشی‌های هوشمند به‌خوبی مشاهده کرد، مانند:

• نگه‌دارنده‌های آنتن که به عنوان خنک‌کننده نیز عمل می‌کنند
• جعبه‌های کارت SIM که به عنوان نقاط ارت (اتصال به زمین) عمل می‌کنند
• پوسته‌های دکمه‌ها که در آن واشرهای EMI نیز قرار دارند
  این ادغام عملکردی باعث صرفه‌جویی در فضا به میزان 15 تا 20 درصد در دستگاه‌هایی مانند ساعت‌های هوشمند و لپ‌تاپ‌های بسیار نازک نسبت به قطعات سنتی استک شده می‌شود.

تعادل بین دوام مکانیکی و عملکرد الکتریکی در طراحی

مهندسین با استفاده از آلیاژهای مس-بریلیم در بهینه‌سازی طراحی‌های چندهدفه، استحکام کششی 80000 PSI را با هدایت الکتریکی 98% IACS ترکیب می‌کنند. الگوهای حک‌شده لیزری روی سطح، یکپارچگی تماس الکتریکی را پس از بیش از 50000 چرخه خمش در دستگاه‌های با صفحه نمایش تاشو حفظ می‌کنند. طراحی‌های مبتنی بر شبیه‌سازی اکنون می‌توانند تغییر مقاومت کمتر از 0.1Ø را تحت تنش مکانیکی ±5% بدست آورند که معیاری حیاتی برای کاربردهای سنسور در خودروها محسوب می‌شود.

بخش سوالات متداول

قالب‌زنی دقیق فلزات ریز چیست؟

قالب‌زنی دقیق فلزات ریز، فرآیندی است که قطعات فلزی کوچک و بسیار دقیق را تولید می‌کند و اغلب در قطعات الکترونیکی مانند گوشی‌های هوشمند و لپ‌تاپ‌ها استفاده می‌شود. این فرآیند شامل شکل‌دهی فلز با دقت بالا در محدوده‌های باریک تلورانس است.

قالب‌زنی پیوسته چگونه به تولید کانکتورهای الکترونیکی کمک می‌کند؟

قالب‌کاری تدریجی (Progressive die stamping) چندین عملیات مانند برش، خم‌کاری و شکل‌دهی را در یک چرخه پرس ترکیب می‌کند و امکان تولید با سرعت بالا اتصال‌دهنده‌های الکترونیکی با دقت یکسان را فراهم می‌کند. این روش مراحل اضافی پردازش و هزینه‌های تولید را کاهش می‌دهد.

چه چیزی در پوشش دستگاه‌های فلزی استمپ (stamped) در برابر اغشته شدن الکترومغناطیسی (EMI/RFI) بهینه را تضمین می‌کند؟

انتخاب مواد مناسب، مانند استفاده از مس به دلیل هدایت الکتریکی بالا، همراه با استمپ دقیق که شکاف‌های بزرگ‌تر از 0.3 میلی‌متر را از بین می‌برد، پوشش مؤثر EMI/RFI را تضمین می‌کند. ویژگی‌های زمین‌کری طراحی شده عملکرد را با حفظ دقت در ابعاد بهبود می‌بخشند.

چرا ادغام چند عملکرد در استمپ فلزی برای الکترونیک اهمیت دارد؟

ادغام چند عملکرد باعث کاهش تعداد قطعات جداگانه مورد نیاز می‌شود، در نتیجه فرآیندهای مونتاژ ساده‌تر و هزینه‌های تولید کمتری را به همراه دارد و همچنین فضای داخل دستگاه‌های الکترونیکی را صرفه‌جویی می‌کند.