تُعتبر لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) الآن حجر الأساس في صناعة الإلكترونيات. فهي تستخدم جميع أنواع الإلكترونيات الصغيرة، مثل الآلات الحاسبة، في الأجهزة والمشاريع والآلات الأكبر حجمًا.

يُحدد هيكل لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) نطاق المشاريع والأجهزة المُناسبة لها. ويعتمد ذلك على أنواع المواد المُستخدمة في لوحة الدوائر المطبوعة، والتي تُسهّل استخدام اللوحات في تطبيقات مُحددة.

ثنائي الفينيل متعدد الكلور board بناء يحتوي على شاشة حريرية، وقناع لحام، ونحاس، وطبقة سفلية. فوقها، تُهيأ طبقات الموصلات لتوصيل المكونات.

تُستخدم مواد مختلفة في صناعة لوحة PCB والتي تحدد الأداء وعمر التشغيل وجودة المشاريع التي سيتم استخدامها فيها.

سنناقش هنا أنواع المواد المختلفة المستخدمة في لوحات الدوائر المطبوعة، والتي تختلف خصائصها وتؤثر على مواصفاتها. لنبدأ.

ما هي المكونات الرئيسية للوحة الدوائر المطبوعة؟

المكونات الرئيسية للوحات PCB مدرجة هنا.

  •  الركيزة (المواد الأساسية)

  •  طبقة النحاس

  •  قناع اللحيم

  •  بالشاشة الحريرية

  •  المسار الموصل

لا يمكن إنكار أهمية جميع مكونات لوحة PCB، ولكل منها أهميتها لعمل لوحة PCB.

 الركيزة (المواد الأساسية)

عادةً ما تأتي المواد الأساسية مع راتنج الإيبوكسي ويتم استخدامها مع خليط من رقائق النحاس.

تُعدّ ركائز لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، أو المواد الأساسية، المكونات الرئيسية لها، حيث تُركّب جميع مكوناتها الأخرى. تعمل هذه المواد كأساس للدوائر، وتوفر دعمًا ميكانيكيًا أساسيًا للمكونات المتصلة بها.

تتميز مواد القاعدة المختلفة بخصائص تساعد على جعل اللوحة موثوقة وأداءً ممتازًا في الأجهزة المتصلة. لذا، فإن الاستخدام الصحيح للمواد الأساسية يحدد الأداء الدقيق لهيكل اللوحة.

تساعد مواد الركيزة أيضًا في تحديد الخصائص الفيزيائية للوح. على سبيل المثال، إذا استُخدمت مواد صلبة لزيادة متانة اللوح، فإن القاعدة المرنة تجعل اللوح مرنًا وقابلًا للانحناء بسهولة.

 طبقة النحاس

تُطبّق طبقات النحاس على مواد الركيزة. وحسب أنواع لوحات الدوائر المطبوعة، يُطبّق طلاء النحاس على اللوحات أحادية الجانب من جهة، وعلى اللوحات متعددة الطبقات من أكثر من جهة.

تُستخدم طبقات النحاس هذه لتدفق الإشارات أو التيارات الكهربائية بين مختلف المعارضين المتصلين على اللوحات مثل الترانزستورات والثنائيات والمحاثات وما إلى ذلك. بعد الحصول على إشارات من هذه الطبقات، تؤدي المكونات المتصلة وظائفها الخاصة.

 قناع اللحيم

قناع اللحام هو طبقة بوليمر واقية تُوضع على طبقات النحاس. يُعرف باسم LPISM أو قناع اللحام السائل المُتخيل ضوئيًا. وظيفته الرئيسية هي حماية طبقات النحاس من التفاعل مع بعضها البعض وعزلها عن أي ماس كهربائي.

كما تعمل هذه الطبقة على حماية اللوحات من العوامل البيئية المختلفة، مثل الأكسدة وإنشاء جسر اللحام.

 بالشاشة الحريرية

الطباعة الحريرية هي طبقة مصنوعة من آثار الحبر تساعد في العثور على اتصالات مختلفة للمكونات، وأجزاء من اللوحات، وتمثيلات رمزية للمكونات، وتفاصيل أخرى للمشاريع ذات الصلة.

الاسم الآخر للشاشة الحريرية هو تسمية اللوحة. تُطبّق الشاشة الحريرية على جانب توصيل المكونات، ولكن في بعض اللوحات، يُمكن رؤيتها على جانب اللحام.

 المسار الموصل

تُوضع مسارات موصلة مصنوعة من النحاس على سطح لوحة الدوائر المطبوعة من أحد الجانبين أو كليهما، وفقًا للتصميم. ويُوضع فوق المسارات الموصلة قناع لحام يحمي الموصلات من أي عوامل بيئية.

ما هي المواد الشائعة في PCB؟

هناك أنواع مختلفة من المواد المستخدمة في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) ومتطلبات المشاريع. المواد الأكثر استخدامًا هي:

 FR-4

FR4 تعني مقاومة اللهب، وهي مادة شائعة الاستخدام في لوحات الدوائر المطبوعة. تتميز هذه المادة بتكلفة منخفضة وقوة عزل عالية.

FR4 عبارة عن صفائح إيبْكْسْوي مقواة بالزجاج، وتتميز بخصائص مقاومة للعوامل الجوية والحرائق، كما أنها تتميز بقوة شد عالية.

بفضل ميزاته الفعالة من حيث التكلفة، فهو متوافق مع عمليات التصنيع المختلفة المفضلة لتصنيع اللوحات.

تتراوح قيمة عوامل التبديد لهذه المادة بين ٠.٠١٥ و٠.٠٢٥ تقريبًا، وتتراوح قيمة ثابت العزل الكهربائي بين ٤.٢ و٤.٨. وتختلف هذه القيم باختلاف تقنيات التصنيع.

قيمة درجة انتقال الزجاج لهذه المادة هي 105-130 درجة مئوية.

 مواد ذات درجة حرارة عالية

المواد عالية الحرارة، والمعروفة أيضًا باسم "Tg العالي"، تُصنع لتحمل ظروفًا حرارية مختلفة. تُعتبر المادة المستخدمة عالية الحرارة إذا تجاوزت قيمة Tg 150 درجة.

المواد ذات درجات الحرارة المرتفعة الأكثر استخدامًا في لوحات PCB هي الركائز الخزفية والبولي إيميدات.

تتراوح قيمة درجة الحرارة العالية لمادة البولي إيميد بين ٢٨٠ و٣٥٠ درجة مئوية تقريبًا. كما أن معاملات التمدد الحراري فيها أقل، مما يتحكم في انفصال الطبقات أثناء الدورة الحرارية.

الألومنيوم ونتريد الألومنيوم مادتان أساسهما السيراميك، تُستخدمان في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة. تتميزان بموصلية حرارية عالية تُساعد على تبديد الحرارة بفعالية، وتُقلل من توليد الحرارة من المكونات المتصلة باللوحة.

 مواد مرنة

الهدف الرئيسي من تصنيع المواد المرنة هو استخدامها في التطبيقات التي لا توفر فيها الألواح الصلبة خصائص مرنة مع الحفاظ على الأداء الكهربائي. لذلك، تُستخدم المواد المرنة في تطبيقات مختلفة، مثل صناعة الطيران والأجهزة الطبية، وغيرها. المادة المرنة الأكثر شيوعًا هي البوليستر.

مادة البوليستر، المعروفة أيضًا باسم بولي إيثيلين تيريفثالات (PET)، تنتج لوحات الدوائر المطبوعة لأنها توفر ميزات كهربائية جيدة ومقاومة للتآكل والرطوبة.

 مواد النواة المعدنية

تُستخدم مواد PCB ذات النواة المعدنية بدلاً من مواد FR4 في التطبيقات التي تتطلب خصائص حرارية جيدة. تتميز هذه المواد بقدرتها على التعامل مع الحرارة المتولدة أثناء تشغيل مكونات عالية الطاقة مختلفة على اللوحة، مثل مصابيح LED التي تُنتج حرارة أثناء التشغيل للتعامل مع تأثيرات التسخين على النوى المعدنية المستخدمة في PCB.

المعدن الأكثر استخدامًا في ألواح النواة المعدنية هو الألومنيوم، ولكن يُستخدم النحاس أيضًا في بعض التطبيقات. والاستخدام الرئيسي للألومنيوم كبديل للنحاس هو انخفاض تكلفته.

ينقل القلب المعدني الحرارة من المكونات المتصلة المهمة إلى مناطق منخفضة الحرارة. سطح الألواح ذات القلب المعدني مُزود بطبقات موصلة، وحرارية، ومعدنية.

الأنواع الرئيسية من لوحات الدوائر المطبوعة ذات النواة المعدنية هي

·   MCPCB أحادي الطبقة

·   COB MCPCB

·   MCPCB مزدوج الطبقة

·   MCPCB مزدوج الوجهين

·   MCPCB متعدد الطبقات

ما هي خصائص مادة PCB?

الخصائص الرئيسية التي يجب التحقق منها قبل اختيار مواد لوحة PCB مدرجة هنا.

ثابت العزل الكهربائي

الثابت العازل هو العامل الذي يحدد ميزات المادة المختارة لتخزين الطاقة في شكل مجال كهربائي.

تظهر قيمة Dk رقميًا. يؤثر هذا العامل على الأداء الكهربائي للوحة. وهو يُحدد قيمة السماحية النسبية للمادة المستخدمة في لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) بناءً على الفراغ.

يتم استخدام المواد ذات القيمة العازلة المنخفضة في المشاريع عالية التردد لانتشار الإشارة بسرعة.

قيمة DK للمواد المختلفة هي كما يلي.

·   FR4: 4.2 إلى 4.8

·   بوليميد: 3.2 إلى 3.6

·   بوليمر البلورات السائلة (LCP): 2.9.

عامل التبديد

يُفسر هذا العامل فقدان الطاقة الكهربائية للمادة، ويُعرف أيضًا باسم ظلّ الخسارة. كما يُفسر تخزين الطاقة للمادة. يُؤخذ هذا العامل في الاعتبار في دوائر الترددات الراديوية. تبلغ قيمة عامل التبديد لمواد FR4 0.015.

الموصلية الحرارية

تعتبر الموصلية الحرارية للمواد عاملاً أساسياً للمشاريع التي تستخدم مكونات عالية الطاقة.

نظرًا لأنه يُعيق قدرة المواد على تبديد الحرارة الناتجة عن المكونات المتصلة على اللوحة أثناء التشغيل، فإن وحدة قياس هذا العامل هي الواط لكل متر كلفن (W/mk). ويُرمز له بـ K أو TC.

إنه العامل الرئيسي الذي يُحدد خصائص تبديد الحرارة في لوحة الدوائر المطبوعة. فالمادة ذات قيمة TC العالية تُبدّد حرارة أكبر وتُوفّر أداءً جيدًا للوحات.

تتراوح قيمة التوصيل الحراري للألمنيوم بين 1 و3 واط/متر كلفن، مما يجعله يتميز بخصائص توصيل حراري جيدة. بالمقارنة، يتميز FR4 بموصلية حرارية منخفضة تبلغ حوالي 0.3 واط/متر كلفن، مما يُصعّب تبديد الحرارة.

القوة الميكانيكية

يجب أن تتمتع المواد المختارة للوحة الدوائر المطبوعة ببعض الميزات الميكانيكية للعمل بشكل صحيح، مثل القدرة على التعامل بسهولة مع ظروف الإجهاد والطبيعة المرنة والصلابة.

قبل اختيار المواد، تأكد من أنها قادرة على تحمل الصدمات أو الاهتزازات بسهولة إذا تم استخدامها في التطبيقات التي يتم فيها تطبيق ضغط عالي وقوى ميكانيكية.

CTE

CTE هو معامل التمدد الحراري للمواد التي تظهر خصائص عند تسخينها. يجب أن تكون قيمة CTE ضمن نطاق محدود لتجنب تلف المواد، لأن المواد التي تتمدد بسرعة مع ارتفاع درجة الحرارة ستتعرض للتلف.

القوة الكهربائية

قدرة المواد على التعامل مع الكهرباء أعطال تُسمى القوة الكهربائية. تُقاس قيمة القوة الكهربائية بالفولت.

حول PCBasic

الوقت هو المال في مشاريعك - و PCBasic يحصل عليه. PCBasic هو شركة تجميع لوحات الدوائر المطبوعة الذي يُعطي نتائج سريعة وخالية من العيوب في كل مرة. خدمات تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور تشمل دعمًا هندسيًا متخصصًا في كل خطوة، مما يضمن أعلى جودة في كل لوحة. بصفتنا شركة رائدة الشركة المصنعة لتجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور, نقدم حلاً شاملاً يُبسط سلسلة التوريد الخاصة بك. تعاون مع فريقنا المتطور مصنع نموذج ثنائي الفينيل متعدد الكلور لتحقيق تحولات سريعة ونتائج متفوقة يمكنك الوثوق بها.

كيف أختار مادة PCB المناسبة؟

تتميز المواد المختارة للوحات الدوائر المطبوعة بخصائص إدارة حرارية مناسبة، إذ تُعدّ هذه الميزة مثالية للاستخدام لفترات أطول. إذا لم تُبدد المواد المختارة الحرارة بشكل صحيح، فستؤثر على عمل المكونات المتصلة وتُقلل من كفاءة الأجهزة. أفضل تقنية للتحكم في معامل التسخين في اللوحات هي استخدام مشتتات حرارية أو مواد معدنية مختارة قادرة على تبديد الحرارة.

تكلفة المادة

تعتمد تكلفة تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة على المواد المُختارة للوحة. وتعتمد تكلفة المواد على تصميم اللوحة وطبقاتها المتعددة. كما أن استخدام أنواع خاصة من المواد في تصنيع اللوحة يزيد التكلفة. كما أن زيادة عدد طبقات اللوحة يزيد من تكلفتها. المواد عالية التردد باهظة الثمن. ولكن، حاول استخدام مواد جيدة، فهذا سيساعد مشروعك والأجهزة المتصلة به على العمل لفترة أطول.

تقنيات التصنيع

تُعدّ تقنيات التصنيع أيضًا العامل الرئيسي لاختيار مواد PCB عالية الجودة. هناك تقنيتان شائعتان في تصنيع PCB: تقنية الثقب المباشر أو تقنية التركيب السطحي (SMT). يجب أن تتوافق المواد المختارة مع هاتين الطريقتين لضمان توفير خصائص ممتازة لإدارة الإجهاد.

أصبحت لوحات الدوائر المطبوعة جزءًا لا يتجزأ من معظم الصناعات في العالم، وتُستخدم في تصنيع أنواع مختلفة من المشاريع والأجهزة. لذا، يجب الحفاظ على موثوقية لوحات الدوائر المطبوعة. للحصول على لوحات دوائر مطبوعة موثوقة ومتينة، يلزم استخدام مواد قياسية وعالية الجودة تلبي بسهولة متطلبات مشاريع الدوائر المطبوعة الخاصة. تُستخدم أنواع مختلفة من المواد في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة، مثل FR4، وهو الأكثر شيوعًا، بالإضافة إلى البولي إيميد والبوليستر وبعض المعادن. يجب أن تتمتع المواد عالية الجودة بخصائص تضمن أداءً حراريًا وميكانيكيًا جيدًا، بالإضافة إلى عوامل تبديد الحرارة، والقدرة على تحمل مختلف الظروف البيئية، مثل الأكسدة والتآكل. يجب أن تكون المواد صديقة للبيئة، وغير ضارة بالبشر، وسهلة إعادة التدوير. يجب أن يستند اختيار المواد إلى متطلبات المشروع والدائرة.