دليل اختيار جرس SMD: العوامل الرئيسية، ولحام إعادة التدفق، والتطبيق

1. مقدمة
2. نوعان من التقنيات الأساسية
3. موازنة الحجم والتصميم مع تصغير المخرجات الصوتية
4. تجميع SMT ولحام إعادة التدفق
5. مصفوفة الاختيار القائمة على التطبيق
6. قائمة التحقق قبل إعداد قائمة المواد والخطوات التالية

مقدمة
الأشياء تتجه نحو التصغير. لكن هذا ليس هو الحال اليوم، بل هو واقع الهندسة الإلكترونية. فمن ابتكار أجهزة تتبع اللياقة البدنية إلى أجهزة استشعار المنازل الذكية، أو أنظمة الإنذار داخل المركبات، لا يمكن تجاهل هذا التوجه نحو تحقيق أقصى قدر من الوظائف في أصغر حجم ممكن للوحات الدوائر المطبوعة.
ال صفارة يُعدّ هذا الجزء من الأجهزة آخر ما يُفكّر فيه المرء عند تصميم التخطيط، وهذا ليس خيارًا حكيمًا. فإذا اخترتَ الجزء الخاطئ، فلن يتحمّل عملية اللحام، أو سيستهلك طاقةً أكبر من متطلبات البطارية، أو لن يتناسب مع الغلاف الذي اتفق عليه الفريق.
تجمع هذه المدونة معلومات عملية مفيدة توفر الوقت على مستوى التصميم، بما في ذلك أنواع التقنيات المتاحة، ومفاضلات الحزم، واعتبارات إعادة التدفق، ومصفوفة تطبيق سريعة لمساعدتك في اختيار جرس SMD المناسب قبل وضع اللمسات الأخيرة على قائمة المواد الخاصة بك.

نوعان من التقنيات الأساسية
يوجد نوعان من التقنيات الأساسية، وهما أجهزة التنبيه المغناطيسية SMD وأجهزة التنبيه الكهروإجهادية SMD.
إن أسرع طريقة لتحديد خياراتك هي معرفة الخصائص الفيزيائية لكل نوع.
تعتمد الطنابير المغناطيسية بتقنية SMD على مبدأ الكهرومغناطيسية. حيث يهتز غشاء معدني بواسطة ملف، مما يُصدر صوتًا. عادةً ما تعمل هذه الطنابير بفولتيات متعددة (في نطاق 1.5 فولت إلى 5 فولت)، مما يُسهّل دمجها في معظم المشاريع التي تستخدم وحدات التحكم الدقيقة (MCUs). أما عيبها فهو استهلاكها العالي للطاقة: إذ تستهلك الطنابير المغناطيسية طاقة أكبر من الطنابير الكهروإجهادية، لذا يُعدّ استهلاك الطاقة عاملًا مهمًا يجب مراعاته عند تشغيلها ببطارية زر أو بطارية ليثيوم بوليمر صغيرة. في المقابل، تتميز هذه الطنابير بانخفاض تردداتها الرنانة، مما يُساعد على إصدار صوت جهير عميق وواضح، وهو ما قد يكون مفيدًا للكثيرين، وخاصةً من يعانون من صعوبات في السمع في الأماكن المزدحمة.
تستخدم أجهزة التنبيه الكهروإجهادية SMD قرصًا خزفيًا كهرضغطياً. عند تطبيق جهد كهربائي على القرص، ينحني، ولكن عند تطبيق جهد عكسي، ينحني القرص في الاتجاه المعاكس. يساعد هذا الانثناء الميكانيكي على إنتاج صوت عالي الكفاءة. عند تصميم الأجهزة فائقة الرقة والأجهزة التي تعمل بالبطاريات، يكون استهلاك التيار عادةً في نطاق الميكروأمبير، مما يجعل العنصر الكهروإجهادي المادة المفضلة. يتميز صوت التنبيه الكهروإجهادي بحدة ووضوح أعلى، مما يجعله مناسبًا لإنذار واضح، ولكنه قد يكون مزعجًا للغاية في الأماكن المغلقة.
السلبي مقابل النشطأيّهما تحتاج؟
إذا كان الجرس نشطًا، فإنه يتضمن دائرة مذبذب خاصة به. عند تطبيق جهد تيار مستمر ثابت، يصدر صوت تنبيه بتردد ثابت. تتميز هذه الطريقة بانخفاض عدد أسطر قائمة المكونات، وبساطة البرامج الثابتة، وسهولة التشغيل.
لإصدار الصوت، يحتاج الجرس السلبي إلى مُوَجِّه عرض النبضة الخارجي (PWM). سيساعد ذلك وحدة التحكم الدقيقة (MCU) على أداء المزيد من المهام، ولكنه يمنحك حرية كاملة في تحديد التردد وأنماط النغمات، وهو أمر مفيد عندما تتطلب وحدة التحكم الدقيقة إصدارات وتنوعات فريدة من التنبيهات (تحذير، تأكيد، عطل... إلخ) أو عندما تتضمن اللوائح المحلية مواصفات لترددات الإنذار.
يعتمد ذلك على مستوى المتانة المطلوب مقابل تقليل حجم البرامج الثابتة والدوائر.

حجم وحزمة متوازنة مع تصغير الإخراج الصوتي
الصغير جيد، لكن للصغر عواقب. فمع ازدياد صغر حجم العبوة، إليك ما يحدث.
أحجام عبوات SMD الشائعة
لا يوجد سوى عدد قليل من المنتجات في هذا القطاع. سيتم استخدام عبوات 5 × 5 مم، و8.5 × 8.5 مم، و9 × 9 مم بشكل متكرر من خطوط الإنتاج في الكتالوج.
الفيزياء التي لا يمكنك تجاهلها
يرتبط حجم سطح الإشعاع بمستوى ضغط الصوت (SPL)، وهو الرقم بالديسيبل الذي يشير إلى مدى ارتفاع صوت الجرس. ينخفض ​​مستوى ضغط الصوت مع صغر حجم الغشاء وقلة كمية الهواء المتحرك. هذا أمر لا مفر منه. فإذا استخدمت أجراسًا بحجم 5×5 مم بدلًا من 9×9 مم، فلن يكون خرج الصوت هو نفسه عند نفس جهد التشغيل.
يختلف تردد الرنين أيضًا باختلاف الحجم. تهتز أجهزة التنبيه الأصغر حجمًا بترددات أعلى، وهو ما قد يكون أمرًا جيدًا (أصوات عالية، منبهة، تلفت الانتباه) وأمرًا سيئًا (ضوضاء عالية في المستشفيات/البيئات الطبية حيث يُفضل التنبيه الهادئ).
اتجاه منفذ الصوت: منفذ جانبي مقابل منفذ علوي
لهذه التفاصيل تأثير أكبر مما يدركه معظم المهندسين عند تصميم الغلاف.
يصدر جرس المنفذ العلوي النغمة من الأعلى (أي من سطح لوحة الدوائر المطبوعة). وسيعمل حتى لو كان لديك شبكة أو فتحة فوق ساق العلبة مباشرةً فوق نقطة تثبيت الجرس.
يصدر جرس التنبيه الموجود على جانب العبوة صوتًا. وهو مناسب تمامًا للتصاميم التي تضع لوحة الدوائر المطبوعة بشكل مسطح داخل صندوق مغلق مزود بفتحة تهوية على الجدار الجانبي، حيث يجب توجيه الصوت جانبيًا نحو فتحة التهوية.

تجميع SMT ولحام إعادة التدفق
تُعدّ أجهزة التنبيه عناصر حساسة للصوت. جميعها مكونات يمكن أن تتأثر سلبًا بالحرارة والرطوبة وبقايا مادة اللحام في حال لم تتم عملية اللحام بشكل صحيح.
ملف درجة الحرارة أثناء عملية إعادة التدفق الخالية من الرصاص
فيما يتعلق بعملية التصنيع، يُستخدم معجون لحام خالٍ من الرصاص، وتتراوح درجة الحرارة القصوى عادةً بين 250 درجة مئوية (482 درجة فهرنهايت) و260 درجة مئوية (500 درجة فهرنهايت) ضمن نطاق التصنيع المتوافق مع توجيهات RoHS. يجب دائمًا مراجعة بيانات درجات الحرارة القصوى في ورقة البيانات قبل اعتماد برنامج التجميع والتركيب.
إحدى المشاكل المتعلقة بتشغيل ملف تعريف بدرجة حرارة أعلى من المواصفات هي أنه قد تتلف ملف التعريف الخاص بك بشكل دائم، ولكن قد لا يظهر ذلك إلا عندما تبدأ اللوحة في العمل.
الحماية من أضرار الحرارة
في حالة الطنينات المغناطيسية، قد تؤدي الحرارة الزائدة إلى تقليل كفاءة المغناطيس الداخلي. ومع انخفاض مستوى ضغط الصوت، يتغير التردد، ويصبح صوت الجهاز أقل حدةً من المتوقع. يصعب اكتشاف هذا النوع من التدهور في مرحلة اختبار الدوائر المتكاملة، ولا يمكن الكشف عنه إلا من خلال التحكم الصوتي النهائي.
في حالة أجهزة التنبيه الكهروإجهادية، قد تؤدي الحرارة المرتفعة جدًا أو الشديدة إلى تشقق القرص الخزفي. عند تشقق القرص الخزفي، ينقطع التيار الكهربائي، أو يعمل الجهاز بشكل متقطع، أو يتعطل فجأة دون سابق إنذار. يمكن تجنب هذه الأعطال من خلال ضمان تحكم دقيق في درجة الحرارة واستخدام المكونات ذات المواصفات المناسبة.
حماية الجرس عند تنظيف لوحة الدوائر المطبوعة
لا تحتوي العديد من مكونات SMD على آلية "إحكام" لمنع تسرب السوائل. عند استخدام منظفات مائية بعد عملية اللحام، كما هو الحال في تطبيقات السيارات أو الأجهزة الطبية، يجب حماية منفذ الصوت في هذا الجرس من مزيل التدفق وماء الشطف وبقايا التدفق.
مع ذلك، إذا لم يكن خط الإنتاج لديك يشمل تنظيف اللوحة، فلا داعي للقلق. اغسل الجهاز فقط إذا كان عليه ملصق، أو إذا كنت تنوي وضع ملصق عليه لأنك تنوي غسله - لا تفترض أنه سيتم غسله إلا إذا نصت ورقة البيانات على ذلك.

مصفوفة الاختيار القائمة على التطبيق
لكل سوق أولوياته الخاصة بالمستخدم النهائي. دعونا نلقي نظرة عملية.
الأجهزة الطبية والأجهزة الذكية القابلة للارتداء
يُعدّ الحجم والطاقة من أهمّ القيود. فمعظم التطبيقات القابلة للارتداء لا تتجاوز مساحتها 5×5 مم. ويجب أن يكون استهلاك التيار الكهربائي ضمن حدود قدرة البطارية من حيث التركيب الكيميائي والسعة.
يُعدّ تردد الإنذار بالغ الأهمية في العيادة. توجد نطاقات تردد محددة في معايير الإنذار الطبي، مثل معيار IEC60601 والمعايير المرتبطة به، تتراوح بين 2 و4 كيلوهرتز، حيث تكون الأذن البشرية أكثر حساسية عند هذه الترددات، وعادةً ما يكون مستوى الضوضاء المحيطة في البيئات السريرية أقل من 1 كيلوهرتز. اختبر مستوى ضغط الصوت (SPL) لجهاز الإنذار عند مسافة الاختبار المطلوبة، وتأكد من أن تردد الرنين يقع ضمن نطاق التردد المطلوب.
إلكترونيات السيارات (أنظمة مساعدة السائق المتقدمة، كاميرات لوحة القيادة، أنظمة الاتصالات عن بعد)
أهم المواصفات هي نطاق درجة الحرارة. عادةً ما تُصنّف قطع غيار الأجهزة المنزلية/المكتبية عند 70 درجة مئوية (158 درجة فهرنهايت) أو 85 درجة مئوية (185 درجة فهرنهايت)، بينما تبدأ قطع غيار السيارات من 85 درجة مئوية (185 درجة فهرنهايت) وغالبًا ما تُصنّف عند 105 درجة مئوية (221 درجة فهرنهايت) أو أعلى. عند تركيبها بالقرب من حجرة المحرك أو عند تعريض لوحة القيادة للمحرك، تحقق من الحد الأقصى لدرجة الحرارة المسموح بها ثم خفّض الطاقة.
أجهزة استشعار المنزل الذكي وإنترنت الأشياء
يُولي العملاء في هذا القطاع اهتماماً بالغاً بالتكلفة. ومن الجوانب الإيجابية أن متطلبات الصوتيات عادةً ما تكون أقل؛ فلا تحتاج إلى مستوى ضغط صوت عالٍ ليتم سماعك في جميع أنحاء المصنع، بل يكفي أن يُسمع الصوت في غرفة واحدة داخل المصنع.
يركز المنزل الذكي، الذي لا يُبنى داخل مساحة مغلقة، على مستوى الصوت (SPL) عن بُعد أكثر من اعتماده على تطبيق قابل للارتداء. تتطلب معظم المنازل جرسًا صوتيًا لتوفير تنبيهات كافية، ويكفي استخدام جرس بيزو بحجم 9x9 مم ومستوى صوت يتراوح بين 85 و90 ديسيبل.
أصبح تغليف المنتجات بالشريط والبكرات ممارسة شائعة في خطوط إنتاج تقنية التجميع السطحي الآلية. تأكد من وجود أجهزة التنبيه الصحيحة في البكرات، وأن طولها مطابق لطول وحدة التغذية في خط الإنتاج.

قائمة التحقق قبل إعداد قائمة المواد والخطوات التالية
تحقق من هذه المعايير قبل قفل المكون:
جهد التشغيل: تأكد من أن جهد التشغيل المُصنّف لجهاز التنبيه يتطابق مع جهد الإمداد ومستويات المنطق لديك. يُرجى التأكد من قراءة الحد الأدنى والحد الأقصى.
سحب التيار: تحقق من حد التيار الأقصى عند الجهد المقنن مع سعة خرج المنظم وميزانية تفريغ البطاريات الخاصة بك.
تردد الرنين: يجب أن يتوافق مع متطلبات تردد التنبيه للاستخدام. اختبر التردد عند الجهد المقنن للتأكد من أنه ضمن النطاق المستهدف، وليس فقط عند جهد الاختبار الاسمي.
تصنيف مستوى ضغط الصوت: تأكد فقط من مقارنة مسافة قياس مستوى ضغط الصوت بمتطلبات الاختبار الصوتي لمنتجاتك، مع مراعاة أي توهين ناتج عن الغلاف.
حجم العبوة وارتفاعها: تحقق من مناطق الحماية المسموح بها في لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) ومسافة التغليف. انتبه لمواصفات الارتفاع، فغالباً ما تكون أجهزة التنبيه من بين أعلى الأجزاء المحددة على اللوحة.
تحقق من اتجاه المنفذ: تأكد من أنه منفذ علوي أو منفذ جانبي عن طريق الاختبار باستخدام العلبة الخاصة بك.
تنسيق التغليف: تأكد من توفر الشريط والبكرة للإنتاج. قارن عدد البكرات التي تم تشغيلها للتنبؤ.
تصنيف درجة الحرارة: تأكد من أن نطاق درجة حرارة التشغيل والتخزين يقع ضمن الحدود المحددة.
ملصق الغسيل: مطلوب إذا كان خط الإنتاج الخاص بك يستخدم التنظيف المائي بعد إعادة التدفق.

الأفضل'يعمل فريقنا الهندسي مباشرةً مع فرق التصميم بدءًا من المخطط الأولي وحتى الإنتاج الكمي. إذا كنت بصدد تقييم أجهزة التنبيه بتقنية SMD لبرنامج جديد، أو تواجه مشكلة في تصميم قائم، فتواصل معنا لطلب عينات أو استشارة فنية. يمكننا التوصية بأرقام قطع محددة بناءً على دائرة التشغيل، وشكل الغلاف، والمتطلبات الصوتية، كما ندعم المواصفات المخصصة للبرامج التي لا تتوفر خياراتها في الكتالوج القياسي.