تطبيقات لوحات الدوائر المطبوعة

ما هي لوحة الدوائر المطبوعة وكيف يمكن استخدامها 

يمكن استخدام لوحة الدوائر المطبوعة أو باختصار PCB في العديد من التطبيقات، وغالبًا ما توجد أنواع مختلفة من تصميم PCB التي يتم تقديمها للعملاء من قبل المهندسين أو شركات الطرف الثالث المتخصصة في تصميمات PCB، وقد يكون للتصميمات متطلبات مختلفة وتطبيقات مختلفة مثل PCB للإلكترونيات الاستهلاكية و PCB الصناعي وغيرها ... بينما نتساءل جميعًا عن استخدامات PCB، سنناقش في هذه المقالة ونشرح أمثلة PCB المختلفة وأنواع PCB: ما استخدامات PCB وأنواع تصميمات PCB ووظيفة لوحات الدوائر المطبوعة في أجهزة الكمبيوتر والمعالجات الدقيقة والتصميمات الموجهة للمتحكم الدقيق.

 تطبيقات وصناعات PCB 

عند إنتاج لوحات الدوائر المطبوعة، يكون لها استخدامات محددة للغاية، بدءًا من الإلكترونيات الاستهلاكية وصولًا إلى الصناعات، والفضاء، والطب، والألعاب، والسيارات، وغيرها الكثير. عندما نرسل لوحات الدوائر المطبوعة للتصنيع، فإننا نعرف مسبقًا وظيفتها، وكيفية استخدامها، والغرض منها، والقطاع الذي تنتمي إليه. قد تختلف المواصفات والمتطلبات باختلاف الصناعات، مثل درجة الحرارة، والرطوبة، ومدة الصلاحية، وغيرها، مما يتطلب تصميمًا مُصممًا خصيصًا لكل تطبيق.

1. لوحات الدوائر المطبوعة للإلكترونيات الاستهلاكية

تشير إلكترونيات المستهلك في الغالب إلى المنتجات التي نستخدمها نحن المستهلكين النموذجيين في الحياة اليومية. يمكن أن يكون مصباحًا كهربائيًا أو شاشة LCD أو جهاز تنقية الهواء أو كمبيوتر محمولًا وغيرها ... بينما لا يمكننا رؤيته بوضوح بسبب عامل شكل المنتج الاستهلاكي، فإن كل منتج يحتوي داخله على PCB، وتضمن هذه اللوحات الإلكترونية وظيفة التطبيق وعمر الاستخدام الطويل. تُستخدم لوحات الدوائر المطبوعة لأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر عادةً في معالجة وتنفيذ مهام متعددة، وستأتي مثل هذه اللوحات مع مكونات إضافية مثل وحدة معالجة الرسومات ووحدة المعالجة المركزية والذاكرة والقرص الصلب والمزيد، وهذه كلها مكونات إلكترونية مثبتة أو متصلة مباشرة بلوحة PCB، ويشار إلى لوحة الدوائر المطبوعة في الكمبيوتر المحمول / الكمبيوتر الشخصي الاستهلاكي باسم "اللوحة الأم"، لذلك على الرغم من الاسم المختلف، فإن اللوحة الأم هي أيضًا واحدة من العديد من أنواع لوحات الدوائر المطبوعة أو لوحات الدوائر المطبوعة المجمعة (PCBA). 

عادةً لا تتطلب تطبيقات المستهلك معرفة كيفية استخدام لوحات الدوائر المطبوعة أو استخدامات لوحات الدوائر المطبوعة، إذ تأتي هذه اللوحات بتصميم نهائي مناسب وعملي لتلبية احتياجات المستهلك. ولا تخضع لوحات الدوائر المطبوعة الإلكترونية عادةً لأي قيود أو متطلبات صارمة، مثل درجات الحرارة أو الرطوبة العالية أو الظروف البيئية القاسية. ويُعد السعر عاملاً بالغ الأهمية لتمكين أكبر عدد ممكن من المستهلكين من شراء لوحة الدوائر المطبوعة. من أمثلة لوحات الدوائر المطبوعة للتطبيقات الاستهلاكية التي ربما شاهدتها: 

أ. الأجهزة المنزلية الذكية والمصابيح الكهربائية والمفاتيح 

ب. أجهزة قياس المقياس 

ج. أجهزة الكمبيوتر الشخصية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية والهواتف الذكية 

د. أفران الميكروويف، والأفران، والثلاجات، وأجهزة الطهي الأخرى. 

هـ. الساعات الذكية والأجهزة القابلة للارتداء 

و. التلفزيون، وشاشات LCD، وأنواع أخرى من الشاشات.

2. الصناعة والزراعة وإنترنت الأشياء

لا تولد جميع لوحات الدوائر المطبوعة متشابهة، في حين أن تكلفة إنتاج الإلكترونيات الاستهلاكية ولوحات الدوائر المطبوعة أقل وتتطلب اختبارات بسيطة مثل درجة الحرارة والإشعاع والرطوبة وما إلى ذلك ... تتطلب التطبيقات الصناعية والزراعية وتطبيقات إنترنت الأشياء، بشكل عام، سلسلة من الاختبارات لضمان الموثوقية والوظائف المستمرة لفترة طويلة من الزمن.

في مجال التصنيع الذكي، تُستخدم تطبيقات إنترنت الأشياء والتطبيقات الصناعية غالبًا لزيادة إنتاجية عملية التصنيع. وتدمج PCBasic خبرة تمتد لخمسة عشر عامًا وأنواعًا مختلفة من الأجهزة لتسهيل العملية وسرعتها وخفض تكلفتها. ومن الأمثلة على ذلك وحدة حاسوبية مزودة بكاميرا ذكاء اصطناعي قادرة على تحديد أنواع لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) من خلال الصور، وبالتالي تحديد العيوب في PCBA. إنتاج SMT من أجل إرسال تنبيه وتصحيح تلك الأخطاء قبل تسليم المنتج النهائي للعملاء. 

في التطبيقات الزراعية، على سبيل المثال، تُركّب بعض لوحات الدوائر المطبوعة الإلكترونية في الهواء الطلق لسنوات، وفي هذه الحالات، ينبغي اختيار مكوناتها وموادها بعناية لضمان أدنى حد من الأعطال خلال عمر المنتج. عادةً ما تكون لوحات الدوائر المطبوعة الإلكترونية الصناعية أغلى ثمناً، لكنها في الوقت نفسه أكثر موثوقية وملاءمة للعمل في ظروف قاسية، سواءً في الداخل أو الخارج. صُممت طبقات وسمك لوحات الدوائر المطبوعة الإلكترونية لضمان إشارة واضحة في ظروف الجهد والتيار العاليين. تشمل بعض تطبيقات الزراعة وإنترنت الأشياء ما يلي:

أ. نظام مراقبة الحدائق الذكي 

ب. محطة مراقبة الطقس 

ج. مراقبة البيوت الزجاجية والتحكم فيها 

د. جمع النفايات والقمامة بطريقة ذكية، وأكثر من ذلك بكثير.

3. الشبكات والاتصالات 

الأكثر مبيعا تطبيق PCB الشبكات والاتصالات، ويمكن استخدامها في كل من الاستخدامات الاستهلاكية والصناعية. على سبيل المثال، غالبًا ما يستخدم المستهلكون أجهزة التوجيه، أو المودمات، أو المكررات، أو نقاط الوصول للوصول إلى الإنترنت من خلال مزود خدمة الإنترنت (ISP)، بينما في الاستخدامات الصناعية، تُستخدم الخوادم، وأجهزة التخزين المتصلة بالشبكة (NAS)، وأنواع أخرى من المعدات الصناعية. جميع الأمثلة المذكورة أعلاه تُطبّق لوحات دوائر مطبوعة (PCB) مُصممة خصيصًا لخدمة غرض وتطبيق محددين للغاية. تتوفر أنظمة لوحات الدوائر المطبوعة بأحجام صغيرة للمستهلكين، وحزم كبيرة، وهي شائعة الاستخدام في أجهزة الاتصالات الصناعية. قد تكون بعض أنظمة لوحات الدوائر المطبوعة أكثر تعقيدًا، وقد تتطلب لوحات دوائر مطبوعة متعددة مكدسة أو متصلة ببعضها البعض بطريقة أو بأخرى. تشمل بعض إلكترونيات لوحات الدوائر المطبوعة للشبكات والاتصالات ما يلي:

أ. أجهزة توجيه الشبكة ومفاتيحها

ب. نقاط الوصول والمودمات والمكررات 

ج. أجهزة التخزين المتصلة بالشبكة 

د. محطات الخوادم ومزودي خدمة الإنترنت

4. الصناعات الطبية

إذا لم يحالفك الحظ بزيارة المستشفى أو الطبيب في ظروف معينة، فربما تكون قد صادفت أنواعًا مختلفة من الأجهزة والحواسيب والشاشات التي يستخدمها الأطباء والمستشفيات لأداء عملهم. جميع هذه الأجهزة مزودة بلوحات إلكترونية مطبوعة داخل أو في لوحات دوائر مطبوعة (PCBs)، وتُمكّن هذه اللوحات الأجهزة الطبية من إنقاذ الأرواح، ومراقبة المرضى على مدار الساعة، وكما تتخيل، فإن عيبًا واحدًا في التصميم قد يُودي بحياة الكثيرين. لهذا السبب، تفرض الصناعات والتطبيقات الطبية متطلبات صارمة لتصميم لوحات الدوائر المطبوعة، ويتطلب كل تصميم عند طرحه في السوق إجراء عشرات الاختبارات لضمان أدائه للغرض الذي صُمم من أجله. 

بعض الأمثلة على الأجهزة الإلكترونية PCB المستخدمة في الصناعات الطبية: 

أ. أجهزة تنظيم ضربات القلب والأوعية الدموية.

ب. التصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي المحوسب. 

ج. أجهزة دعم ومراقبة القلب. 

د. AKG، وأجهزة الأشعة السينية. دعم الحياة، 

هـ. أجهزة إزالة الرجفان، وغيرها من أنواع المعدات الحيوية للحياة. 

5. التطبيقات العسكرية

صناعة أقل شعبية لدى المستهلكين العاديين، ولكن لا يمكن تجاهلها، وهي الصناعة العسكرية. فعندما نرغب في التعبير عن روعة تصميم لوحة الدوائر المطبوعة أو مدى متانتها وطول عمرها وجودتها العالية، يمكننا أن نسميها تصميمًا "عسكريًا"، أي للتأكيد على روعة تصميم وإنتاج لوحة الدوائر المطبوعة الكهربائية. تُعد لوحات الدوائر المطبوعة الإلكترونية داخل الأجهزة والتطبيقات العسكرية أمرًا جديرًا بالاهتمام بالتأكيد، وغالبًا ما تكون الشرائح المستخدمة سرية، ويمكن منح إمكانية الحصول على المكونات للشركات والمصنعين المرخص لهم لغرض محدد للغاية ومسار توزيع محدد. تتميز لوحات الدوائر المطبوعة الإلكترونية في التطبيقات العسكرية بالمتانة وطول العمر، ومصممة لتحمل الظروف القاسية، مثل ضغط الهواء وتغيرات درجات الحرارة العالية.

بعض التطبيقات التي سوف يستخدمها الجيش أثناء إنتاج لوحة PCB الإلكترونية هي: 

أ. المركبات غير المأهولة. 

ب. أنظمة الملاحة الروبوتية والدفاعية. 

ج. أنظمة الاتصالات والتحكم. 

د. قذائف الهاون والمدفعية. 

هـ. المعدات المتعلقة بالأمن والتشفير.

6. صناعات السيارات 

لقد تغيرت صناعة السيارات وتطورت في العقود الماضية، كنا نقود سيارات بسيطة عندما كانت أجهزة الراديو تعتبر فاخرة، واليوم، تعمل معظم السيارات بأجهزة كمبيوتر فائقة الذكاء وبعض السيارات مثل سيارات تسلا كهربائية بالكامل. بمرور الوقت، نرى أن تطبيقات السيارات أصبحت أكثر شيوعًا وأكثر ذكاءً مع تقنيات مثل Lidar و 5G والذكاء الاصطناعي والمزيد مدمجة في كل جزء من السيارة التي نقودها، واليوم تحتوي بعض السيارات على وضع الطيار الآلي المدمج الذي يتيح للسائقين الاسترخاء بينما تقود السيارة نيابة عنهم، وكل هذا مدعوم، كما خمنت، بلوحة كهربائية PCB. تم تصميم هذه اللوحات المطبوعة للدرجة الصناعية لضمان السلامة كأولوية أولى، يمكن أن يتسبب خطأ واحد في نظام الكمبيوتر في السيارة في كارثة كارثية، من خلال تصنيع لوحات PCB عالية الجودة بمكونات موثوقة يمكننا ضمان رحلة آمنة في طريق العودة إلى المنزل. 

تتضمن تطبيقات PCB الإلكترونية لصناعة السيارات ما يلي: 

أ. أنظمة متعلقة بمحرك المحرك

ب. التحكم الذكي في درجة الحرارة والرطوبة 

ج. الشاشات ومكبرات الصوت وأنظمة الصوت 

د. مكافحة السرقة والتنبيه

هـ. آلية التحكم في سلامة الوسادة الهوائية 

و. الإشعال وبدء تشغيل السيارة 

ج. أنظمة تنبيه اكتشاف العوائق والمزيد 

7. الفضاء واستكشاف الفضاء 

وأخيرًا وليس آخرًا الصناعة التي سنناقشها اليوم هي صناعة الطيران والفضاء، قد لا نكون على دراية بهذا الاسم أو تطبيقاته ولكن صناعة الطيران والفضاء واستكشاف الفضاء تخدمنا كل يوم، في الواقع، جميع الهواتف المحمولة والتطبيقات التي ناقشناها أعلاه لن تكون ممكنة بدون الأقمار الصناعية التي تنتمي إلى صناعة الطيران والفضاء. 

تنتمي لوحات الدوائر المطبوعة الإلكترونية والمكونات في صناعة الطيران والفضاء وخاصة في الأقمار الصناعية التي تخدمنا على أساس يومي إلى تطبيقات عسكرية وصناعية مثل لوحات الدوائر المطبوعة الموجودة في الفضاء حيث تصل الإشعاعات ودرجة الحرارة إلى مستويات مختلفة عما نعرفه ونستخدمه هنا على الأرض. 

هناك تطبيقات أخرى مرتبطة أيضًا بالطائرات، وأنظمة الملاحة، ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، ونظام التحكم الآلي الذي يُفيدنا عند السفر من مكان لآخر بسرعة عالية. هل تعلم أن طائرات بوينغ 737 مصنوعة من حوالي 367,000 قطعة إلكترونية؟ قد يبدو هذا الأمر مُذهلًا، لكن كل تطبيق كما نعلم يتطلب إلكترونيات لوحات الدوائر المطبوعة، مما يُشير إلى أهمية عملية تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة. تصنيع PCBA هو لكل صناعة. 

بعض التطبيقات المستخدمة في صناعة الطيران هي: 

أ. مراقبة الإشعاع 

ب. الإدارة الحرارية ومراقبة عملية المواد 

ج. أجهزة التحكم في الطيران وأنظمة الطيار الآلي 

د. نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) والأقمار الصناعية النانونية 

هـ. مراقبة أجهزة استشعار الإشارة 

و. شبكات الطاقة وأنظمة الاتصالات اللاسلكية وغيرها