لوحة الدوائر المطبوعة ( PCB ) هي مكون إلكتروني هام يُستخدم كهيكل داعم للمكونات الإلكترونية وحامل للوصلات الكهربائية. سُميت بلوحة الدوائر المطبوعة لأنها تُصنع باستخدام تقنيات الطباعة الإلكترونية. تُعد لوحات الدوائر المطبوعة من المكونات الأساسية في صناعة الإلكترونيات. فجميع الأجهزة الإلكترونية تقريبًا، بدءًا من الأجهزة الصغيرة كالساعات الرقمية والآلات الحاسبة وصولًا إلى الأنظمة الكبيرة كالحواسيب وأنظمة الاتصالات وأنظمة الأسلحة العسكرية، تستخدم لوحات الدوائر المطبوعة لتوصيل الدوائر المتكاملة والمكونات الإلكترونية الأخرى كهربائيًا.
تتكون لوحة الدوائر المطبوعة من طبقة عازلة، وأسلاك توصيل، ونقاط توصيل لتجميع ولحام المكونات الإلكترونية، حيث تعمل كمسارات موصلة وقاعدة عازلة في آن واحد. يمكنها أن تحل محل الأسلاك المعقدة لتحقيق التوصيلات الكهربائية بين مختلف المكونات، مما يبسط عمليات التجميع واللحام، ويقلل من الجهد المبذول في طرق التوصيل التقليدية، ويخفض بشكل ملحوظ كثافة العمل. بالإضافة إلى ذلك، تساعد لوحات الدوائر المطبوعة على تقليل الحجم الإجمالي للأجهزة، وخفض تكاليف المنتج، وتحسين جودة وموثوقية المعدات الإلكترونية. كما أنها توفر اتساقًا جيدًا للمنتجات، ويمكن توحيد تصميمها، مما يسهل ميكنة وأتمتة الإنتاج. علاوة على ذلك، يمكن استخدام لوحة الدوائر المطبوعة المجمعة والمختبرة بالكامل كقطعة غيار مستقلة، مما يسهل استبدال المنتجات الكاملة وصيانتها.
كانت لوحات الدوائر المطبوعة تُصنع في الأصل من رقائق نحاسية مغلفة بالورق. ومنذ ظهور ترانزستورات أشباه الموصلات في خمسينيات القرن الماضي، ازداد الطلب على لوحات الدوائر المطبوعة بشكل كبير. وقد أدى التطور السريع والتطبيق الواسع النطاق للدوائر المتكاملة إلى تصنيع أجهزة إلكترونية أصغر حجمًا ذات كثافة وتعقيد متزايدين، مما استلزم ابتكارًا مستمرًا في لوحات الدوائر المطبوعة. حاليًا، تطورت أنواع لوحات الدوائر المطبوعة من لوحات أحادية الجانب إلى لوحات ثنائية الجانب، ولوحات متعددة الطبقات، ولوحات مرنة. كما تطورت بنيتها وجودتها لتشمل كثافة فائقة، وتصغيرًا، وموثوقية عالية. وتظهر باستمرار أساليب تصميم ومواد وعمليات تصنيع جديدة. في السنوات الأخيرة، انتشر استخدام برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) للوحات الدوائر المطبوعة على نطاق واسع في الصناعة، وحلت عمليات الإنتاج الآلية والميكانيكية محل العمليات اليدوية تمامًا لدى مصنعي لوحات الدوائر المطبوعة المتخصصين.
التصنيف حسب عدد الطبقات
بحسب عدد طبقات الدائرة، يمكن تصنيف لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) إلى لوحات أحادية الجانب ، ولوحات ثنائية الجانب، ولوحات متعددة الطبقات. تحتوي اللوحات متعددة الطبقات الشائعة عادةً على أربع أو ست طبقات، بينما قد تحتوي اللوحات الأكثر تعقيدًا على عشرات الطبقات. الأنواع الثلاثة الرئيسية لتصنيفات لوحات الدوائر المطبوعة هي:
لوحات من جانب واحد
تتميز اللوحات أحادية الجانب (Single-Sided Boards) بتركيز المكونات على جانب واحد، ووجود مسارات التوصيل على الجانب الآخر (أو كليهما، مسارات التوصيل والمكونات المثبتة على السطح على جانب واحد، مع وجود مكونات ذات ثقوب على الجانب الآخر). ولأن مسارات التوصيل تظهر على جانب واحد فقط، يُطلق على هذا النوع من لوحات الدوائر المطبوعة اسم "أحادية الجانب". ونظرًا للقيود الصارمة المفروضة على تصميم الدوائر (إذ لا يمكن لمسارات التوصيل أن تتقاطع، بل يجب أن تسلك مسارات منفصلة)، تُستخدم اللوحات أحادية الجانب عادةً في التصاميم الأولية للدوائر فقط.
الألواح ذات الوجهين
تتميز اللوحات ثنائية الجوانب بوجود أسلاك على كلا الجانبين، مما يتطلب توصيلات كهربائية سليمة بينهما. تُعرف هذه التوصيلات باسم "الثقوب الموصلة"، وهي عبارة عن ثقوب صغيرة مملوءة أو مطلية بالمعدن تسمح بتوصيل المسارات من كلا الجانبين. تتميز اللوحات ثنائية الجوانب بمساحة سطح مضاعفة مقارنةً باللوحات أحادية الجانب، مما يحل مشكلة التداخل في تصميمات اللوحات أحادية الجانب (حيث تسمح بإجراء التوصيلات عبر الثقوب الموصلة). وهي أكثر ملاءمة للدوائر الأكثر تعقيدًا من تلك التي تُعالج عادةً بواسطة اللوحات أحادية الجانب.
لوح مرن، لوح صلب مرن
تزيد اللوحات متعددة الطبقات من مساحة التوصيل المتاحة باستخدام لوحات متعددة أحادية أو ثنائية الجوانب. على سبيل المثال، قد تتكون لوحة الدوائر المطبوعة رباعية الطبقات من لوحة ثنائية الجوانب كطبقة داخلية، محاطة بلوحتين أحاديتي الجوانب كطبقتين خارجيتين، أو لوحتين ثنائيتي الجوانب كطبقتين داخليتين مع لوحتين أحاديتي الجوانب كطبقتين خارجيتين. تُفصل هذه اللوحات المطبوعة بمواد لاصقة عازلة وتُوصل فيما بينها وفقًا لمتطلبات التصميم. لا يشير عدد الطبقات بالضرورة إلى عدد طبقات التوصيل المستقلة؛ ففي حالات خاصة، يمكن إضافة طبقات فارغة للتحكم في سمك اللوحة، وعادةً ما يكون عدد الطبقات زوجيًا ويشمل الطبقتين الخارجيتين. تتكون معظم اللوحات الأم من 4 إلى 8 طبقات، على الرغم من أن لوحة الدوائر المطبوعة يمكن أن تحتوي تقنيًا على ما يقارب 100 طبقة. غالبًا ما تستخدم الحواسيب العملاقة المتطورة لوحات أم متعددة الطبقات، ولكن مع إمكانية استبدال هذه الأنظمة بمجموعات من الحواسيب القياسية، أصبحت اللوحات فائقة التعدد الطبقات أقل شيوعًا. كل طبقة في لوحة الدوائر المطبوعة متكاملة بإحكام، مما يجعل من الصعب تحديد العدد الفعلي للطبقات، على الرغم من أن الملاحظة الدقيقة للوحة الأم يمكن أن تكشف هذه المعلومات.
لوح مرن، لوح صلب مرن
تُصنف الألواح المرنة، والألواح المرنة الصلبة، إلى لوحات دوائر كهربائية صلبة ولوحات دوائر كهربائية مرنة. وبشكل عام، يُشار إلى لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) الموضحة في الصورة الأولى باسم PCB الصلبة، بينما تُسمى الوصلات الصفراء في الصورة الثانية PCB المرنة. والفرق البديهي هو أن PCB المرنة يمكن ثنيها. وتشمل السماكات الشائعة للوحة PCB الصلبة 0.2 مم، و0.4 مم، و0.6 مم، و0.8 مم، و1.0 مم، و1.2 مم، و1.6 مم، و2.0 مم. ويبلغ السماكة الشائعة للوحة PCB المرنة 0.2 مم، مع إضافة طبقات أكثر سمكًا على الظهر لمكونات اللحام، والتي يمكن أن تتراوح من 0.2 مم إلى 0.4 مم. ويوفر فهم هذه التفاصيل لمهندسي الإنشاءات مرجعًا مكانيًا أثناء التصميم. وتشمل المواد الشائعة للوحة PCB الصلبة صفائح الورق الفينولية، وصفائح الورق الإيبوكسي، وصفائح الألياف الزجاجية البوليسترية، وصفائح الألياف الزجاجية الإيبوكسي. تشتمل المواد الشائعة للوحات الدوائر المطبوعة المرنة على فيلم البوليستر، وفيلم البولي إيميد، وفيلم الإيثيلين البروبيلين المفلور.
