ما هي الثقوب المحصنة الموجودة على لوحة الدوائر المطبوعة؟

شهد تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) تطورًا تكنولوجيًا هائلًا. وقد حقق المصممون المعاصرون تطورات متنوعة في تركيب لوحات الدوائر المطبوعة الجديدة لتلبية احتياجات عملائهم. في السابق، كانت تُستخدم الثقوب والفتحات المطليّة لإنشاء وصلات بين طبقات لوحات الدوائر المطبوعة. إلا أن هذا لم يكن كافيًا لربط لوحات الدوائر المطبوعة ببعضها.

 خلال عملية التصميم، ستجد أنه يمكن تحقيق وظائف معينة من خلال استعارة لوحة دوائر مطبوعة (PCB) موجودة ودمجها في تصميمك لإكمال فكرتك. على سبيل المثال، إذا كنت تُنشئ مشروع إنترنت أشياء يتضمن اتصال واي فاي، فلن تحتاج إلى تصميم دائرة واي فاي من الصفر. يكفي استعارة وحدات جاهزة مثل ESP32-WROOM-32E. ولكن قد يتساءل المرء عن كيفية توصيل وحدة واي فاي بتصميمك. وهنا يأتي دور لوحات الدوائر المطبوعة المُقَلَّعة (Castellated PCBs). لذلك، تُعد ESP32-WROOM-32E مثالاً على وحدة لوحات دوائر مطبوعة (PCB) تعتمد تقنية القَصْعَة (Castellation). ستُقدم هذه المقالة لوحات الدوائر المطبوعة المُقَلَّعة (Castellation PCBs) وتساعدك على فهمها بالتفصيل.

الشكل 1:وحدة ESP32-WROOM-32E ذات الثقوب المُقوّسة

ما هي ثنائيات الفينيل متعدد الكلور؟

لوحات الدوائر المطبوعة المُقَوَّسة (Castellated PCBs) هي لوحات دوائر مطبوعة مصممة بفتحات تركيب فريدة تُعرف باسم "الثقوب المُقَوَّسة". تُوضع هذه الثقوب على حافة لوحات الدوائر المطبوعة. تتيح هذه الثقوب للمصممين تركيب لوحات دوائر مطبوعة فوق لوحات أخرى من خلال عملية تُعرف باسم "اللحام بين الألواح". وكما هو الحال مع الثقوب والفتحات، تُطلى الثقوب المُقَوَّسة لتحسين التوصيل. وعادةً ما تكون الثقوب المُقَوَّسة مُقَوَّسة بنصف ثقوب. تُفضَّل هذه الميزات عند استخدام تقنية التركيب السطحي.

الشكل 2: ثقوب مُقوّسة على محيط لوحة الدوائر المطبوعة

بفضل الثقوب المسننة، تحصل لوحات الدوائر المطبوعة على فوائد مختلفة تجعلها مناسبة لاستخدامات متعددة، مثل:

·       دمج الوحدات لاستضافة لوحات الدوائر المطبوعة: تأتي وحدات مختلفة مثل GPRS وGPS وWi-Fi وBluetooth مع فتحات تثبيت، مما يجعل ذلك ممكنًا

·       عمليات النمذجة الأولية: بفضل الثقوب المسننة، يضمن المصممون والمبتكرون عملية اختبار المنتج والنمذجة الأولية والتجميع المبسطة.

·       إمكانية تصغير حجم لوحات الدوائر المطبوعة: مع ظهور لوحات الدوائر المطبوعة المقطوعة، أصبح من الممكن تطوير وحدات يمكن تركيبها في مناطق محدودة، وبالتالي تقليل أحجام لوحات الدوائر المطبوعة.

·       تحسين متانة PCB: تعمل الثقوب المحصنة على تحسين البنية الميكانيكية لـ PCB، مما يجعلها أكثر متانة.

·       تحسين الاستقرار الكهربائي: تتميز لوحات الدوائر المطبوعة ذات الثقوب المُحصاة بخصائص كهربائية أفضل. وقد حسّنت الثقوب المُحصاة الترابط بين لوحات الدوائر المطبوعة، مما أدى إلى تحسين الاستقرار الكهربائي.

أنواع الصب في لوحات الدوائر المطبوعة الصب

يمكن تصنيف القلاع في لوحات الدوائر المطبوعة القلاعية إلى قلاع كاملة وجزئية ومتدرجة.

القلاع الكاملة

تُشكَّل القلاع الكاملة في لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) بتقسيم الثقوب المطلية البارزة الموضوعة على حافة لوحة الدوائر المطبوعة إلى نصفين. يُشكِّل هذا ثقوبًا نصف دائرية مطلية بالكامل (انظر الشكل 2). يهدف الطلاء الكامل إلى تحسين المتانة الميكانيكية والاستمرارية الكهربائية.

لتشكيل قلاع كاملة، تُصنع ثقوب كاملة بالقرب من حافة لوحة الدوائر المطبوعة. تُفرَز الحافة، مع ترك نصف الثقب الممتد سليمًا. وأخيرًا، يُطلى الشكل المُشكَّل بالكامل بالنحاس.

يتم استخدام القلاع الكاملة في المناطق التالية:

·       لحام حافة PCB: في بعض الأحيان، كمصمم أو مصنع، قد ترغب في ربط بعض الوحدات، مثل وحدة SIM800L الخلوية، ووحدات ESP32 WI-FI، وما إلى ذلك، بلوحة PCB المضيفة لديك، وتأتي عملية اللحام الكامل لإنقاذك.

·       التأريض: يتم استخدام القلاع الكاملة كدروع في المناطق التي يتم فيها إعطاء الأولوية للتداخلات الكهرومغناطيسية والترددات الراديوية.

·       التوصيلات الكهربائية: يعتبر التجميع الكامل مناسبًا لتصنيع الألواح القابلة للتكديس من خلال ضمان الاستمرارية الكهربائية.

·       النمذجة الأولية والاختبار: خلال التصميم المبكر للمشروع، تستخدم النماذج الأولية تقنيات القلاع الكاملة التي توفر نقاط اختبار لاختبار أداء لوحات الدوائر المطبوعة أو حتى توصيل لوحات الدوائر المطبوعة الخارجية التي يمكن أن تساعد أثناء الاختبار.

القلاع الجزئية

النقش الجزئي المُقْفَل مُستَعار من النقش الكامل. الفرق هو أن النقش على شكل حرف U في النقش الجزئي لا يكون مُطليًا بالكامل. يتميز هذا النوع من النقش بعمق سطحي أيضًا. بخلاف النقش الكامل، لا يقطع سُمك لوحة الدوائر المطبوعة بالكامل.

تُستخدم القلاع الجزئية في ثنائي الفينيل متعدد الكلور التي تحتوي على ما يلي:

·       قيود المساحة: تحتوي بعض لوحات الدوائر المطبوعة على مساحة محدودة، مما يمنع إجراء التحصينات الكاملة؛ في هذه المرحلة، يكون التحصين الجزئي ضروريًا.

·       توصيلات أقل أهمية: تُستخدم الوصلات الجزئية عندما لا يكون التوصيل الميكانيكي القوي ضروريًا. تُفضّل هذه الوصلات لأنها تُخفّض تكلفة لوحة الدوائر المطبوعة.

·       نقاط إشارة الدائرة المرنة: تُستخدم القلاع الجزئية في الدوائر المرنة لأنها توفر نقاط تثبيت للإشارات الأضعف.

القلاع المتداخلة

طُلِيَت القلاع المتدرجة من المنتصف عبر ثقوب موضوعة بشكل غير منتظم على طول حافة لوحة الدوائر المطبوعة. بخلاف القلاع الكاملة والجزئية، حيث يكون للنقوش عمق وارتفاع وموقع موحد، تتميز القلاع المتدرجة بخصائص متشابهة مختلفة. يمكن طلاء القلاع كليًا أو جزئيًا.

يتم استخدام القلاع المتداخلة في المناطق التالية:

·       HDI: تحتوي لوحات الدوائر المطبوعة عالية الكثافة (HDI) على العديد من المكونات في مساحة محدودة. تتميز هذه اللوحات متعددة الطبقات بمساحة توصيل محدودة. تُستخدم هياكل متدرجة لضمان التوصيل.

·       لوحات التقسيم: يتم تكييف التشكيلات المتداخلة في لوحات الدوائر المطبوعة المعيارية حيث قد تكون هناك حاجة إلى الاتصال في أي وقت دون التدخل في قوة نفس اللوحة.

لوحات الدوائر المطبوعة المُقَلَّعة: تكوينات القَلع

بالإضافة إلى الأنواع الثلاثة من التشكيل بالقلاع في لوحات الدوائر المطبوعة، يستخدم المصممون ثلاثة تكوينات في لوحات الدوائر المطبوعة المقلدة: صف واحد، وصف مزدوج، وتشكيلات متداخلة.

قلعة صف واحد

التكوين الأكثر شيوعًا للطبقات المسننة هو طبق صف واحد، يتكون من صف واحد من الشقوق على طول حافة لوحة الدوائر المطبوعة. كل طبق مستقل ومطلي بالنحاس لتعزيز الاتصال مع لوحات الدوائر المطبوعة الأخرى.

تتميز قوالب الصب أحادية الصف بسهولة تصميمها، وتوفر وصلات ميكانيكية متينة، وخصائص كهربائية مناسبة، وسطح لحام سهل، وتوافقًا ممتازًا مع الموصلات. ومع ذلك، لها بعض القيود، مثل محدودية أسطح التلامس، إذ يوفر الصف الواحد قوالب صب محدودة للتوصيل، وهو غير مناسب للوحات الدوائر المطبوعة عالية الدقة (HDI) وغيرها من لوحات الدوائر المطبوعة المعقدة.

قلعة ذات صفين

يتميز التحصين ثنائي الصف بطبقتين متوازيتين من الشقوق على حافة لوحة الدوائر المطبوعة. يُضاعف عدد نقاط التلامس، مما يزيد من الاتصال مع الحفاظ على حجم لوحة الدوائر المطبوعة.

يُنتج تصميمًا مدمجًا مناسبًا لتقنية HDI، حيث يربط اللوحات الفرعية باللوحات الأم والأجهزة الأكثر تعقيدًا التي تتطلب بروتوكولات اتصال متعددة. ومع ذلك، فإن هذا النوع من التكوينات يواجه قيودًا بسبب ارتفاع تكاليف التصنيع، وتعقيد التصميم، وصعوبة التجميع.

القلعة المتداخلة

في تكوين القلاع المتداخلة، تُرتَّب القلاع على حافة لوحة الدوائر المطبوعة في صفين أو أكثر. بمعنى آخر، يتخذ هذا الترتيب نمطًا متعرجًا، مما يزيد من مساحة أسطح التوصيل مع زيادة التباعد إلى أقصى حد.

يوفر التجميع المتداخل سطح اتصال أوسع، ومرونة في التوجيه، وسلامة إشارة أفضل من غيره. ومع ذلك، فهو مكلف نسبيًا ومعقد أثناء التجميع، ويتطلب تقنيات تصنيع أكثر تطورًا.

تصميم لوحات الدوائر المطبوعة المُقَلَّبة

تتطلب لوحات الدوائر المطبوعة المُقَلَّبة معرفةً وتقنياتٍ ومعداتٍ متقدمةً لتصنيعها. قبل التصنيع، عليك مراعاة ما يلي أثناء تصميم مشروعك:

·       المواصفات: يجب أن يكون قطر الثقب المُحصّن 0.6 مم كحد أدنى، و1.2 مم كحد أقصى. يُحدد حجم الاختيار حسب منطقة الاستخدام. يجب طلاء الجزء بالكامل بالنحاس لتحسين التوصيلية وقابلية اللحام.

·       منع حدوث ماس كهربائي: تُغطى الثقوب المُحاطة بقلنسوة بقناع لحام لمنع حدوث ماس كهربائي. كما يُحسّن قناع اللحام مظهر اللوحة.

·       طلاء حافة PCB: يجب طلاء حافة PCB بالنحاس لضمان أن PCB لديه سطح موصل.

·       تُحدث لدغات فأر: تتميز لوحات الدوائر المطبوعة المُقلّعة بلدغات فأر على حوافها. تُسهّل هذه الثقوب الصغيرة تركيب وفصل لوحات الدوائر المطبوعة دون التأثير على سلامة الإشارة.

تطبيقات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المقولب

تُستخدم لوحات ثنائي الفينيل متعدد الكلور ذات القوالب في المجالات التالية:

·       الاختبار والنماذج الأولية: أثناء التصنيع، يتم استخدام لوحات الدوائر المطبوعة المقلعة لاختبار اللوحات للتأكد من أنها تلبي المتطلبات المتوقعة.

·       تُستخدم في أجهزة إنترنت الأشياء: تعتمد الأجهزة مثل وحدات GPRS وGSM وGPS وBluetooth وWi-Fi على تقنية القلعة من أجل التكامل السهل.

·       أنظمة إدارة الطاقة: تعتمد أنظمة BMS التي تتطلب اتصالاً سلسًا على تقنية PCB المحصنة.

تحديات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المُقَوَّس

إلى جانب مزاياها واستخداماتها العديدة، تواجه لوحات الدوائر المطبوعة المُقَلَّعة تحدياتٍ مُتعددة. فعملية التصنيع مُعقّدة للغاية. فعند عدم التعامل معها بعنايةٍ كافية، قد تتلف طبقة الطلاء المُقَلَّعة. ولا تُعدّ هذه التقنية خيارًا مُناسبًا للوحات الدوائر المطبوعة عالية التيار، مما يعني أن لوحات الدوائر المطبوعة المُقَلَّعة لها قيودٌ تصميمية. ومن التحديات الأخرى مشكلة اللحام. فإذا لم تُلحم جيدًا، فقد تُسد ثقوب الطلاء المُقَلَّعة.

الخاتمة

وجدت لوحات الدوائر المطبوعة المُقَلَّبة مكانًا لها في عالم الإلكترونيات الحديثة. وقد أتاح ظهورها ربط لوحات الدوائر المطبوعة ببعضها. وبفضل تعدد استخداماتها، حققت إنترنت الأشياء والأنظمة المدمجة والنماذج الأولية والابتكارات الجودة المتوقعة. ومع ذلك، يحتاج المصممون إلى معرفة مسبقة لمساعدتهم على تحقيق أقصى استفادة من تقنية لوحات الدوائر المطبوعة المُقَلَّبة.

استفاد الهواة والمصممون من المتانة الكهربائية والميكانيكية لألواح الدوائر المطبوعة المُقَلَّبة. سهولة لحامها، وموصليتها الحرارية، ومتانتها الميكانيكية، مكّنتهم من إنجاز مشاريع أفضل وأكثر تطورًا. تفضلوا بزيارة موقعنا الإلكتروني PCBASICS للتعرف على الخدمات التي نقدمها فيما يتعلق بألواح الدوائر المطبوعة المُقَلَّبة.