دليل اختيار المواد ثنائي الفينيل متعدد الكلور

أهم جزء في الإلكترونيات هو لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). كما يُشير هذا الاختصار إلى لوحات الأسلاك المطبوعة وبطاقات الأسلاك المطبوعة، وهما في جوهرهما نفس الشيء. ونظرًا للدور المحوري لهذه اللوحات في كل شيء، من أجهزة الكمبيوتر إلى الآلات الحاسبة، ينبغي اختيار مواد لوحة الدوائر المطبوعة بعناية ومعرفة بالمتطلبات الكهربائية لأي جهاز.

قبل تطوير لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، كانت مواد لوحات الدوائر الإلكترونية مغطاة في الغالب بتجمعات من الأسلاك المتشابكة والمتداخلة التي كانت عرضة للتلف بسهولة عند نقاط معينة. كما كانت تتعرض أيضًا لقصر في الدائرة الكهربائية مع مرور الزمن وبدء تشقق بعض الأسلاك. وكما هو متوقع، كانت العملية اليدوية التي استُخدمت في توصيل هذه اللوحات المبكرة مُربكة ومُضنية.

مع تزايد اعتماد مجموعة متنوعة من المكونات الإلكترونية اليومية على لوحات الدوائر الإلكترونية، بدأ السباق لتطوير بدائل أبسط وأكثر إحكامًا، مما أدى إلى تطوير مادة PCB. باستخدام مواد PCB، يمكن توصيل الدوائر بين مجموعة متنوعة من المكونات المختلفة. يُعرف المعدن الذي يُسهّل نقل التيار بين اللوحة وأي مكونات متصلة بها باسم اللحام، وله أيضًا غرض مزدوج بفضل خصائصه اللاصقة.

تكوين مادة ثنائي الفينيل متعدد الكلور

يتكون تركيب لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) عادةً من أربع طبقات، تُغلّف بالحرارة لتشكل طبقة واحدة. تتضمن المادة المستخدمة في لوحة الدوائر المطبوعة الطبقات التالية من الأعلى إلى الأسفل:

• بالشاشة الحريرية

• قناع اللحام

• نحاس

• الركيزة

الطبقة الأخيرة من هذه الطبقات، وهي الركيزة، مصنوعة من الألياف الزجاجية وتُعرف أيضًا باسم FR4، حيث ترمز الأحرف FR إلى "مثبط للحريق". توفر هذه الطبقة الركيزة أساسًا متينًا للوحات الدوائر المطبوعة، على الرغم من أن سمكها يمكن أن يختلف وفقًا لاستخدامات اللوحة المعينة.

تتوفر في السوق أيضًا مجموعة أرخص من الألواح، لا تستخدم نفس مواد PCB المذكورة سابقًا، بل تتكون من الفينول أو الإيبوكسي. نظرًا لحساسية هذه الألواح للحرارة، فإنها تفقد صفائحها بسهولة. غالبًا ما يسهل تمييز هذه الألواح الرخيصة من خلال الرائحة المنبعثة منها عند اللحام.

الطبقة الثانية من لوحة الدوائر المطبوعة هي النحاس، الذي يُلصق على الركيزة بمزيج من الحرارة والمواد اللاصقة. طبقة النحاس رقيقة، وفي بعض الألواح، توجد طبقتان من هذا النوع - واحدة فوق الركيزة وأخرى تحتها. تُستخدم لوحات الدوائر المطبوعة ذات طبقة النحاس الوحيدة عادةً في الأجهزة الإلكترونية الأقل تكلفة.

يمكن تصنيف صفائح النحاس المغلفة (CCL) المستخدمة على نطاق واسع إلى فئات مختلفة وفقًا لمعايير التصنيف المختلفة بما في ذلك مادة التعزيز، والمادة اللاصقة الراتنجية المستخدمة، وقابلية الاشتعال، وأداء CCL.

فوق قناع اللحام الأخضر، توجد طبقة الشاشة الحريرية، التي تُضيف حروفًا ومؤشرات رقمية تجعل لوحة الدوائر المطبوعة قابلة للقراءة من قِبل مبرمجي التقنية. وهذا بدوره يُسهّل على مُجمّعي الإلكترونيات وضع كل لوحة دوائر مطبوعة في المكان والاتجاه الصحيحين على كل مُكوّن. عادةً ما تكون طبقة الشاشة الحريرية بيضاء، مع استخدام ألوان أخرى مثل الأحمر والأصفر والرمادي والأسود أحيانًا.

المصطلحات الفنية لطبقة PCB

بالإضافة إلى فهم كيفية تقسيم طبقات PCB، من المهم أيضًا معرفة المصطلحات الفنية التالية التي تصاحب استخدام PCBs:

• حلقة حلقية. الحلقة النحاسية التي تُحيط بالثقوب في لوحة الدوائر المطبوعة.

• DRC. اختصار لـ "فحص قواعد التصميم". في جوهره، DRC هي عملية يتم من خلالها فحص تصميم لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) للتأكد من فعاليتها. تشمل التفاصيل التي يتم فحصها عرض المسارات وثقوب الحفر.

• ثقب الحفر. يُستخدم لوصف جميع الثقوب في لوحة الدوائر المطبوعة، سواءً كانت صحيحة أو خاطئة. في بعض الحالات، قد يكون الثقب غير صحيح قليلاً بسبب معدات الحفر غير المتقنة المستخدمة أثناء الإنتاج.

• الأصابع. معدن مكشوف على طول حافة اللوحة، يُستخدم كنقطة اتصال بين لوحتي دارة مطبوعة. غالبًا ما توجد الأصابع في ألعاب الفيديو القديمة وبطاقات الذاكرة.

• أجزاء الفأرة. جزء من اللوحة مُثقّب بشكل مفرط لدرجة أنه يُهدّد سلامة هيكل لوحة الدوائر المطبوعة.

• الوسادة. منطقة من المعدن المكشوف على لوحة الدوائر المطبوعة، تُوضع عليها عادةً قطعة ملحومة.

• اللوحة. لوحة دوائر كهربائية كبيرة تتكون من لوحات أصغر، تُفصل في النهاية للاستخدام الفردي. والغرض من هذه الممارسة هو تذليل الصعوبات التي يواجهها العاملون عند التعامل مع اللوحات الأصغر.

استنسل معجون. استنسل معدني على لوح، يُوضع عليه المعجون للحام.

• المستوى. جزء أكبر من النحاس المكشوف على لوحة الدوائر المطبوعة، يتميز بحدود ولكنه يفتقر إلى مسار.

• ثقب مُطلي. ثقب يمر مباشرةً عبر لوحة الدوائر المطبوعة، عادةً لتوصيل مكون آخر. الثقب مُطلي، وعادةً ما يحتوي على حلقة دائرية.

• الفتحة. أي فتحة غير دائرية. غالبًا ما تكون لوحات الدوائر المطبوعة ذات الفتحات مرتفعة السعر نظرًا لتكاليف إنتاج فتحات غريبة الشكل على لوحة الدائرة. عادةً ما تكون الفتحات غير مطلية.

• التركيب السطحي. طريقة يتم من خلالها تركيب المكونات الخارجية مباشرةً على اللوحة دون استخدام ثقوب.

• أثر. خط مستمر من النحاس عبر لوحة الدوائر المطبوعة.

• خدش V. مكان قطع اللوحة جزئيًا، مما قد يجعل لوحة الدوائر المطبوعة عرضة للكسر.

• فتحة. فتحة تنتقل من خلالها الإشارات بين الطبقات. تُرى الفتحات في نسختين: مظللة وغير مظللة. تُغطى النسخ المظللة بقناع لحام واقٍ، بينما تُستخدم الفتحات غير المظللة لتوصيل الموصلات.

يشير الرقم الذي يسبق الطبقة إلى العدد الدقيق للطبقات الموصلة، سواءً كانت طبقة توجيه أو طبقة مستوية - وهما نوعان من الطبقات. عادةً ما تحمل الطبقات الرقم 1، أو أيًا من الأرقام الزوجية الأربعة التالية: 2، 4، 6، 8. أحيانًا تحمل لوحات الطبقات أرقامًا فردية، ولكنها نادرة ولن تُحدث فرقًا يُذكر. على سبيل المثال، تكون مادة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) في لوحة مكونة من 5 أو 6 طبقات متطابقة تقريبًا.

لكلا النوعين من الطبقات وظائف مختلفة. تتميز طبقات التوجيه بمسارات. تعمل الطبقات المستوية كموصلات طاقة وتتميز بمستويات نحاسية. كما تتميز الطبقات المستوية بجزر تحدد وظيفة الإشارة في اللوحة، سواءً كانت 3.3 فولت أو 5 فولت.

FR4 هو الاسم الرمزي لألواح الإيبوكسي المقواة بالزجاج. بفضل متانتها وقدرتها على تحمل الرطوبة والحرائق، تُعد FR4 من أكثر مواد لوحات الدوائر المطبوعة شيوعًا.

اعتبارات إضافية لتصميم لوحة الدوائر المطبوعة

يُستخدم رقم مثل 1.6 مم للإشارة إلى سُمك لوح الطبقات. في الألواح رباعية الطبقات، يُعد 4 مم هو القياس القياسي. يُعد السُمك معيارًا يجب مراعاته عند اختيار ألواح لجهاز ما. على سبيل المثال، تُوفر الألواح ذات السُمك الأكبر دعمًا أكبر عند الحاجة إلى دعم أجسام التوصيل الثقيلة.

المستوى القياسي لسمك النحاس على الطبقات المستوية هو 35 ميكرون. ويُقاس سمك النحاس أحيانًا بالأونصات أو الغرامات. يُفضل استخدام سمك نحاس أعلى من المعتاد للألواح التي تدعم العديد من التطبيقات.

المسارات غير مصممة لنقل الطاقة، ولكن قد يحدث هذا أحيانًا عندما لا تتعامل الإشارات مع الترددات بشكل صحيح. إذا لم تُعالج المشكلة، فقد تفقد المسارات كميات كبيرة من الطاقة. لنقل أكبر قدر ممكن من الطاقة من أحد جانبي المسار إلى الجانب الآخر، يجب أن يُراعي تصميم المسار معادلات النقل.

بشكل عام، تُعدّ مسافة المسار الصحيحة على لوحات الطبقات المصنوعة من مادة FR4 PCB ذات المسار النحاسي بوصتين، بشرط أن يكون زمن الإشارة نانوثانية واحدة. مع ذلك، يجب أيضًا مراعاة تأثيرات خط النقل على أطوال المسارات العالية، خاصةً إذا كانت سلامة الإشارة بالغة الأهمية. يزخر الإنترنت بالبرامج وجداول البيانات المصممة لمساعدة المستخدمين على إجراء حسابات دقيقة للممانعة للوحات طبقات محددة.

في معظم الألواح، تكون الفتحات فارغة، وعادةً ما يمكنك الرؤية من خلالها. ومع ذلك، هناك ظروف مختلفة يمكن فيها ملء الفتحات. أولًا، من الضروري ملء الفتحات لتشكيل حواجز واقية من الغبار والشوائب الأخرى. ثانيًا، يمكن ملء الفتحات لزيادة سعة تحمل التيار، وفي هذه الحالة يمكن استخدام مواد موصلة. سبب آخر لملء الفتحات هو تسوية اللوحة.

عادةً ما تُملأ الفتحات بقطع من شبكة كرات (BGA). في حال حدوث تلامس بين دبوس BGA وطبقة داخلية، قد ينزلق اللحام عبر الفتحة وينتقل إلى طبقة أخرى. لذلك، تُملأ الفتحات لضمان عدم تسرب اللحام إلى طبقة أخرى، وللحفاظ على سلامة نقاط التلامس كما هو مقصود.

من أكثر المشاكل شيوعًا في لوحات الطبقات انقطاع اتصالها في نقطة ما على طول اللوحة. كلما تكرر هذا، زادت احتمالية تلف هذا الجزء من اللوحة بالكامل. يواجه مستخدم الأجهزة الإلكترونية المنزلية العادي هذه المشكلة عند توقف أحد أزرار الآلة الحاسبة عن العمل. يضغط كل زر على جزء معين من لوحة الطبقات، وعندما تتعطل نقطة معينة، لا يتمكن الزر المرتبط بتلك النقطة من إرسال إشارته.

هناك طريقة أخرى لتآكل نقاط التلامس في بعض الأماكن، وهي عند تركيب فتحة بطاقة ثانوية على اللوحة الأم. في حال سوء التعامل مع البطاقة، قد تتلف إحدى نقاط التلامس على طولها وتتوقف عن العمل. أفضل طريقة لحماية أسطح اللوحة الملامسة لبعضها البعض هي استخدام طبقة من الذهب، تعمل كحاجز يُطيل عمرها الافتراضي. مع ذلك، قد يكون الذهب مكلفًا، واستخدامه في الألسنة يُضيف خطوة أخرى في عملية تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة.

قناع لحام PCB

اللون المألوف لمعظم الناس في اللوحات الأم هو الأخضر، وهو لون قناع اللحام. ورغم أنه ليس شائعًا بنفس القدر، إلا أن قناع اللحام يظهر أحيانًا بألوان أخرى، مثل الأحمر والأزرق. يُعرف قناع اللحام أيضًا بالاختصار LPISM، وهو اختصار لـ "قناع لحام سائل قابل للتصوير". الغرض من قناع اللحام هو منع تسرب اللحام السائل. في السنوات الأخيرة، ازدادت حالات هذا الأمر شيوعًا بسبب نقص قناع اللحام. ومع ذلك، يُفضل معظم المستخدمين اللوحات المزودة بقناع لحام على اللوحات غير المزودة به.

بعد وضع قناع اللحام على لوحة الدوائر المطبوعة، تُعرَّض اللوحة للحام المنصهر. وخلال هذه العملية، تُلحَم أسطح النحاس المكشوفة. يُعد هذا جزءًا من عملية تُعرف باسم تسوية اللحام بالهواء الساخن (HASL). أثناء لحام شرائح SMD، تُسخَّن اللوحة حتى يتحول اللحام إلى حالة منصهرة، وتُوضَع المكونات في أماكنها المناسبة. وعندما يجف اللحام، تُلحَم المكونات أيضًا. عادةً ما تحتوي تسوية اللحام بالهواء الساخن على الرصاص كأحد مكوناته، مع وجود خيارات خالية من الرصاص.

يُشار إلى تباعد عرض المسارات بشرطة. على سبيل المثال، عندما ترى الرقم 6/6 مل، فهذا يعني أن 6 مل هو الحد الأدنى لعرض المسار، وكذلك الحد الأدنى لتباعد المسارات. لذلك، يجب أن تساوي جميع المسافات على اللوحة المعنية 6 مل أو تتجاوزها. لمن لا يعرفها، تُستخدم وحدات المل لتحديد المسافات على مواد لوحات الدوائر المطبوعة. يُعد العرض والتباعد مهمين بشكل خاص في اللوحات المصممة لتحمل تيارات عالية.

عندما تكون لوحة الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات، لا يمكن فحص المسارات المختلفة بصريًا للتحقق من إمكانية الوصول إليها. لذلك، يُجرى اختبار بوضع مجسات في نهاية المسارات للتحقق من إمكانية الوصول إلى جميع الإشارات. يُجرى الاختبار بتطبيق فولتات من أحد الطرفين. إذا تم استشعار هذه الفولتات من الطرف الآخر، تُعتبر المسارات في حالة عمل. مع أن الاختبار ليس ضروريًا دائمًا على اللوحات ذات الطبقة الواحدة أو الطبقتين فقط، إلا أنه يُنصح به إذا كنت مهتمًا حقًا بالجودة.

تُعرف الفتحات التي تربط الطبقات الداخلية والخارجية بالفتحات العمياء. ويرجع اسمها إلى إمكانية رؤيتها من جانب واحد فقط. أما الفتحات التي تربط طبقتين داخليتين أو أكثر، فتُعرف بالفتحات المدفونة، والتي لا يمكن رؤيتها من الخارج على أيٍّ من الجانبين. في الألواح التي تحتوي على فتحات عمياء ومدفونة، يُستخدم حشو الفتحات بكثرة. هذا يُعزز ثبات السطح الخارجي، ويُقلل من احتمالية انزلاق اللحام واختراق الفتحات الداخلية.

اختيارات المواد المؤثرة على التكلفة

عادةً ما تكون تكلفة لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) أعلى عند احتوائها على ميزات مثل الألسنة الذهبية، أو الفتحات العمياء أو المدفونة، أو ملء الفتحات. وبالمثل، فإن لوحات الدوائر المطبوعة ذات تباعد الخطوط/العرض أقل من 6 مليمتر تكون تكلفتها أعلى أيضًا. يعود سبب ارتفاع الأسعار إلى العملية البديلة المُستخدمة في إنتاج لوحات الدوائر المطبوعة غير التقليدية. وبالمثل، فإن بعض منتجات لوحات الدوائر المطبوعة لا تحقق نفس القدر من الربحية أو النجاح عند استخدام الفتحات الداخلية أو الفتحات المنخفضة، ويُحدد السعر المرتفع لتعويض الخسائر. توجد شركات تُنتج لوحات الدوائر المطبوعة بقياسات خطوط/عرض منخفضة تصل إلى 3 مليمتر، ولكن لا يُنصح بهذا عادةً إلا إذا كان هذا هو خيارك الوحيد لمكون معين.

تأثير الطاقة والحرارة على اختيار مادة PCB

من بين جميع العوامل التي تؤثر على لوحات الدوائر المطبوعة، يُعدّ كلٌّ من الطاقة والحرارة من أكثر العوامل تأثيرًا. لذلك، من الضروري تحديد عتبات كلٍّ منهما، وذلك من خلال تقييم الموصلية الحرارية للوحة الدوائر المطبوعة. تُحدد هذه الموصلية كيفية تحويل الطاقة الكهربائية إلى درجة حرارة عبر طول المادة. مع ذلك، لا توجد قيم ثابتة على مستوى الصناعة للتوصيل الحراري.

على سبيل المثال، تُصنّع شركة Rogers Corp. مادة PCB، RT/duroid 5880، والتي تُستخدم غالبًا في الحرب الإلكترونية والاتصالات. ثابت العزل الكهربائي لهذه المادة منخفض، لأنها مادة مركبة تحتوي على عناصر زجاجية دقيقة. تعمل هذه الألياف الدقيقة على تعزيز قوة الألياف في المادة.

بفضل هذا الثابت العازل المنخفض، تُعدّ لوحة الدوائر المطبوعة مثاليةً للتطبيقات التي تستخدم ترددات عالية. ومع ذلك، نظرًا لانخفاض موصليتها الحرارية، فإنها تسخن بسهولة، مما قد يُشكّل عيبًا كبيرًا في التطبيقات كثيفة الاستهلاك للحرارة.

مواد PCB وتطبيقاتها الصناعية

في التطبيقات العسكرية وصناعات الطيران والفضاء والسيارات والطب، تُصنع لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) بأنواع أحادية ومزدوجة الجوانب، بعضها مطلي بالنحاس والبعض الآخر بالألمنيوم. في كلٍّ من هذه الصناعات، تُستخدم هذه المادة لتحقيق أقصى أداء في مجالات محددة. ولذلك، تُختار مواد لوحات الدوائر المطبوعة بناءً على خفة وزنها في بعض الصناعات، أو لقدرتها على تحمل كميات كبيرة من الطاقة في صناعات أخرى. لذلك، عند مراعاة إمكانيات الأداء، من الضروري تحديد الوظائف التي يجب مقارنتها ببعضها عند اختيار مواد لوحات الدوائر المطبوعة، لأن مستويات المواد ترتبط بمستويات الأداء.

ألواح مرنة وصلبة

في السنوات الأخيرة، ازدادت شعبية الألواح المرنة والصلبة المرنة بفضل خياراتها المتعددة في استخدامات متعددة. فبشكل أساسي، يمكن ثنيها وطيّها، بل وحتى لفّها حول الأجسام، مما يُتيح استخدامها في تطبيقات لا يُمكن تحقيقها باستخدام لوحات الدوائر المسطحة. على سبيل المثال، يُمكن استخدام لوح مرن في معدات تتطلب طيّ اللوح بزاوية مع استمرار نقل التيار الكهربائي من طرف إلى آخر دون الحاجة إلى لوحات توصيل.

تتكون غالبية ألواح الفليكس المتوفرة في السوق من كابتون، وهو غشاء بولي إيميد من إنتاج شركة دوبونت. يتميز الغشاء بخصائص مثل مقاومة الحرارة، والاتساق الأبعادي، وثابت العزل الكهربائي البالغ 3.6 فقط.

يأتي Kapton في ثلاثة إصدارات Pyralux:

• مثبطات اللهب (FR)

• غير مثبط للهب (NFR)

• بدون لاصق / أداء عالي (AP)

اختيار مواد لوحة الدوائر المطبوعة - الجودة أولاً

عند اختيار مواد لوحات الدوائر المطبوعة، تُعدّ الجودة أمرًا بالغ الأهمية في تصنيع أي نوع من اللوحات، سواءً كانت مخصصة للإلكترونيات المنزلية أو المعدات الصناعية. قد يكون المكون الذي يحتوي على لوحة دوائر مطبوعة كبيرًا أو صغيرًا، رخيصًا أو غالي الثمن، ولكن الأهم هو أن يُقدّم المنتج أداءً فائقًا طوال عمره الافتراضي.

رغم وجود أنواع عديدة من مواد لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) التي تُصنع منها أي لوحة، إلا أن موثوقية المنتج هي في نهاية المطاف ما يبحث عنه المستهلكون والشركات في المنتجات التي تستخدم لوحات الدوائر. وبالطبع، من الضروري أيضًا أن تكون مواد لوحات الدوائر المطبوعة قوية بما يكفي لتماسكها، حتى في حال سقوط أحد المكونات أو ارتطامه عرضيًا.

على سبيل المثال، في الأجهزة المحوسبة، تضمن لوحات الدوائر المطبوعة المتينة إمكانية تحديث الأجهزة دون إتلاف مواد لوحات الدوائر المطبوعة الموجودة مسبقًا. وينطبق الأمر نفسه على الأجهزة الإلكترونية وأجهزة الميكروويف وغيرها من الأجهزة المنزلية التي تعتمد على تقنية لوحات الدوائر المطبوعة للحفاظ على أدائها. حتى في المرافق العامة الإلكترونية، مثل أجهزة الصراف الآلي، يجب أن تعمل لوحات الدوائر المطبوعة بكفاءة عالية لضمان عمل الأزرار وفهم الأوامر دون تأخير.

At Wonderful PCBنقدم مجموعة متكاملة من مستلزمات لوحات الدوائر المطبوعة وخدمات التجميع. بفضل خبرتنا التي تزيد عن 20 عامًا في مجال الأعمال وتقنياتنا المبتكرة، Wonderful PCB تتمتع شركتنا بالقدرة على التعامل مع مختلف مواد الصفائح ومواد الركيزة، بما في ذلك FR4 وRogers وغيرها، وهي الأكثر شيوعًا واستخدامًا. وقد استعان مهندسون في مختلف القطاعات الصناعية بخدماتنا، لتحقيق أهداف فريدة فيما يتعلق بتشغيل ووظائف المكونات التي تستخدم لوحات الدوائر المطبوعة (PCB). لمعرفة المزيد عن خدماتنا، تفضل بزيارة صفحاتنا الخاصة بنظرة عامة على التجميع وإمكانياته، أو تواصل معنا للحصول على عرض سعر فوري اليوم.