تُحفر مسارات لوحة الدوائر المطبوعة مباشرةً على ركيزتها. تُعرف أيضًا باسم المسارات. تشبه هذه المسارات الأسلاك. الغرض الأساسي منها هو نقل الإشارات أو الطاقة إلى مكونات لوحة الدوائر المطبوعة، مثل المرحلات، والمقاومات، والوصلات الطرفية، وعلب المكثفات، والموصلات. فكيف يتعامل مهندسو لوحات الدوائر المطبوعة مع هذا الوضع؟ يصنعون مسارات لوحات الدوائر المطبوعة من رقائق نحاسية بعرض ضيق.
لذا، فإن النقطة المثيرة للاهتمام هي أن هذه المسارات قد غيّرت المجالات الإلكترونية. على سبيل المثال، تُلغي هذه المسارات تمامًا طرق التوصيل التقليدية. يستخدمها المصنعون اليوم لضمان الموثوقية وكمسارات موحدة.
ما هي آثار لوحة الدائرة؟
ببساطة، مسارات لوحة الدوائر هي الخطوط المعدنية الرفيعة التي تراها عادةً على لوحة الدوائر. تشبه هذه المسارات الطرق الضيقة التي تمر عليها الكهرباء. عند تشغيل أي جهاز، تتدفق الكهرباء عبر هذه المسارات. والغرض منها هو ربط جميع الأجزاء معًا.
كما ترى، هذه المسارات مهمة للغاية، فبدونها، لن تعمل أجهزتك الإلكترونية إطلاقًا! الفكرة الرئيسية هي أنها تحل محل الأسلاك المتشابكة، مما يجعل الأجهزة أصغر حجمًا وأكثر موثوقية. ما أهميتها؟ لأن كل جهاز تقريبًا تستخدمه يحتوي عليها.
مواد آثار لوحة الدائرة
تحقق من هذه المواد الشائعة لتتبع PCB:
● النحاس (Cu)
● الألومنيوم (Al)
● الفضة (Ag)
● الذهب (Au)
● النيكل (Ni)
النحاس (النحاس)
يستخدم مصنعو لوحات الدوائر المطبوعة النحاس (Cu) كمادة تصنيع شائعة. وبالتالي، يُستخدم في لوحات الدوائر المطبوعة لبناء مسارات دقيقة لنقل الإشارات. هل تعلم أنه يتميز بخصائص رائعة؟ هذا يجعله خيارًا لا غنى عنه، مثل التوصيل الكهربائي، والسعر المناسب، والتوافق.
تُساعد خصائص النحاس الفريدة وأدائه المهندسين، إذ يُمكّنهم من إنتاج أدوات كهربائية عالية الكفاءة. وهو إلى حد ما المادة الأكثر استخدامًا بفضل متانته وموثوقيته ومقاومته للتلف.
الخصائص:
● موصلية كهربائية عالية
● الموصلية الحرارية
● اللدونة
● اقتصادي
● مقاومة الصدأ
● نسبة القوة إلى الوزن
● الموثوقية
التطبيقات:
خطوط نقل الشريط الصغير
تُستخدم مسارات النحاس لتحسين الإشارات عالية التردد في خطوط نقل الشرائط الدقيقة. يمكنك تخصيص مسارات النحاس بأحجام وسمك مخصصة.
مضخمات الطاقة
يستخدم المصنعون آثار النحاس في مكبرات الطاقة حتى يتمكنوا من توزيع الطاقة وتنظيم مستوى الإخراج.
دوائر الترددات العالية
تُحسّن آثار النحاس أداء الدوائر عالية التردد، بما في ذلك أنظمة الرادار والاتصالات. فهي توفر توصيلًا كهربائيًا جيدًا ومقاومة تحكم منخفضة.
تحديد الترددات الراديوية (RFID)
يُثبّت المُصنِّع آثارًا نحاسية على مُعرِّف الترددات الراديوية، الذي ينقل البيانات لاسلكيًا. ويُستخدم أيضًا لأغراض التخزين.
أجهزة MEMS
تُستخدم هذه الآثار في الأجهزة الكهروميكانيكية الدقيقة. تجمع هذه الآثار العناصر الميكانيكية والإلكترونية في مسار واحد.
الألواح الشمسية
تُستخدم الألواح الشمسية في التطبيقات الخارجية، وتتطلب خصائص عالية من المواد المقاومة للتآكل والتأثيرات البيئية الحرجة. ولذلك، يُدخل المهندسون آثار النحاس في لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) الخاصة بالألواح الشمسية.
سلامة الإشارة
تُستخدم آثار النحاس على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية، مما يُحسّن سلامة الإشارة، ويُقلل من التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) والتداخل الصوتي.
المنيوم (Al)
كما نعلم جميعًا، يُستخدم الألومنيوم في تقنيات التصنيع منذ عقود. وهو متوفر بسهولة في السوق. يتميز هذا المعدن بمقاومة ممتازة للتآكل. تُصنع آثار لوحات الدوائر المطبوعة المصنوعة من الألومنيوم من خلال عملية تصنيع تُسمى "النواة المعدنية".
يُعد استخدام سبائك الألومنيوم في بناء مسارات لوحات الدوائر الإلكترونية أمرًا بالغ الأهمية للمنتجات خفيفة الوزن. فخصائصها الموصلة للحرارة تساعد على تبديد الحرارة المتولدة أثناء عمليات النقل.
الخصائص:
● انخفاض الموصلية الكهربائية
● موصلية حرارية ممتازة
● خفيف الوزن
● الحماية من التآكل
● متين
● موثوقة
التطبيقات:
الالكترونيات المبردة
تعمل مسارات الألومنيوم كأسلاك فائقة التوصيل، مما يُمكّن من نقل الإشارة. ولهذا السبب، تحافظ على تدفق طاقة عالي في درجات حرارة مُبَرِّدة، وهو ما يتطلب درجات حرارة منخفضة بشكل كبير. تُعدّ منتجات الإلكترونيات المُبَرِّدة أدواتٍ للحوسبة الكمومية أو أدواتٍ بحثيةً متطورةً وأجهزةً علميةً.
لوحات الدوائر المطبوعة الشفافة لأنظمة الأشعة السينية
تحتوي آثار الألومنيوم على أعداد ذرية. تُستخدم لانخفاض قدرتها على تخفيف الأشعة السينية في أنظمة الأشعة السينية. فهي تُقلل امتصاص الإشعاع بشكل ملحوظ مقارنةً بالنحاس. تصبح هذه الآثار شفافة عند تصوير الجسم بالأشعة السينية، مما يُتيح الحصول على نتائج مراقبة واضحة.
تطبيقات الشعاع النووي
كما ذكرنا سابقًا، تتميز سبائك الألومنيوم بموصلية حرارية جيدة. لذلك، يستخدمها المُصنِّع في تطبيقات الحزم النووية، التي تحتوي على مستويات إشعاع عالية. تُنظِّم آثار الألومنيوم تبديد الحرارة. تستخدم أجهزة الكشف، والأجهزة النووية، وإلكترونيات مُسرِّعات الجسيمات هذه الآثار، مما يُساعدها على تقليل توليد الحرارة.
أنظمة إضاءة LED
تستمر إضاءة LED في إنتاج الحرارة أثناء التشغيل. لذا، فهي تحتاج إلى عناصر تُبعد هذه الحرارة الزائدة. تُعدّ أسطح الألمنيوم الخيار الأمثل للتحكم في ارتفاع درجة الحرارة.
الفضاء والسيارات
يستخدم المستهلكون آثار الألومنيوم في مختلف الأنظمة الصناعية. هذه الآثار تمنع ارتفاع درجة الحرارة أثناء العمليات. في صناعات الفضاء والسيارات، تُستخدم آثار الألومنيوم في المركبات والطائرات والمنتجات المنزلية والأجهزة الاستهلاكية. تستخدم هذه الأجهزة آثار الألومنيوم كمشتت حراري.
الفضة (حج)
الفضة أرخص من الذهب. تتميز بموصلية حرارية عالية ومقاومة للتآكل، مما يُحسّن عملية اللحام. يستخدم المصنعون هذه المادة لتحسين ملمس سطح النحاس، ما يُشكّل طبقة واقية على آثار تجميعات الألواح.
الخصائص:
● يبدد الحرارة بشكل فعال.
● أعلى موصلية كهربائية.
● يقاوم الأكسدة بشكل أفضل من النحاس.
● غالي الثمن
التطبيقات:
لوحات الدوائر ذات التردد العالي
تتميز مسارات الفضة بسعة تيار جيدة، مما يدعم نقل الإشارة. تمنع هذه المسارات انقطاع الإشارات عند الترددات العالية. تُستخدم في دوائر التردد اللاسلكي والمنتجات ذات نقل الإشارة الدقيق.
الأجهزة الطبية
تُستخدم آثار الفضة في أجهزة تنظيم ضربات القلب وأجهزة التشخيص. ما الغرض الأساسي منها؟ تُدخَل هذه الآثار في لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) لتحسين أداء الأجهزة، مما يسمح بجمع معلومات دقيقة من الأجهزة الحساسة.
الأنظمة العسكرية
يُعدّ معدن الفضة بديلاً اقتصاديًا للنحاس. ولذلك، يُستخدم على نطاق واسع في الأنظمة العسكرية. كما أنه يحمي التطبيقات البحرية من الظروف القاسية.
الأجهزة الإلكترونية
تركز شركات PCB مثل PCBasic على صنع إلكترونيات آمنة وموثوقة. تُوفر آثار الفضة طبقة إضافية للحام لوحة الدوائر المطبوعة، مما يزيد من عمر التطبيق ومتانته.
الذهب (Au)
الذهب مادة غالية الثمن مقارنةً بالمعادن الأخرى. ومع ذلك، يتميز بمجموعة من الخصائص. يمكنك استخدام هذه المادة لإنشاء آثار متينة للوحات الدوائر الإلكترونية. إلى جانب خصائصها الأساسية (مقاومة التآكل، والمرونة، والسعة الحرارية)، تُمكّن من الترابط القوي بين الأسلاك. هذه المادة متوافقة حيويًا وتذوب بسرعة. يمكن للمصنّع إعادة تدوير هذا المكون لإنتاج منتجات جديدة.
الخصائص:
● مقاومة ممتازة للأكسدة والتآكل
● متوافق حيويا
● تشطيب السطح
● مكلفة
● المرونة
● سهلة الذوبان
● لحام جيد
● خالي من الرصاص
التطبيقات:
موصلات الحافة وجهات اتصال التبديل
تُستخدم مادة الذهب في لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) لتغطية موصلات الحواف ونقاط تلامس المفاتيح، مما يُسهم في استقرار التوصيلات مع مرور الوقت.
الالكترونيات الدقيقة
تُعدّ مساهمة الإلكترونيات الدقيقة، مثل الدوائر المتكاملة (ICs) وأشباه الموصلات، كبيرةً في لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs). ولذلك، يُختار الذهب لتثبيت خصائصها الموصلية.
معدات إلكترونية
تُستخدم الأعمدة المطلية بالذهب في الأجهزة الإلكترونية، مثل أجهزة الكمبيوتر، والأجهزة القابلة للارتداء، والهواتف الذكية. وهي متصلة باللوحة الأم عبر دوائر ثانوية.
المركبات الفضائية والأقمار الصناعية
تستخدم تطبيقات المركبات الفضائية والأقمار الصناعية آثارًا ذهبية في لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) لمقاومة الظروف المناخية القاسية. تتحكم هذه الآثار بفعالية في أنظمة الاتصالات والطاقة.
نيكل (ني)
تُستخدم مادة النيكل عادةً لإنشاء طبقات مزدوجة على صفائح النحاس في لوحات الدوائر المطبوعة. تحمي الطبقات الأولى الصفائح من الصدأ والأكسدة. وبالمثل، تُطيل الطبقة الثانية عمرها الافتراضي. كما يعمل هذا المعدن كحاجز بين أجزاء اللحام والنحاس.
الخصائص:
● توفر مقاومة قوية للأكسدة.
● تعزيز عمر الإنسان
● قابلية اللحام
● موصلية كهربائية معتدلة
● الصلابة
التطبيقات:
طلاء ENIG
يُصنع طلاء الذهب المغمور بالنيكل الخالي من الكهرباء على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، مما يوفر طبقة حماية إضافية من الأكسدة.
ثقوب مطلية
يستخدم المهندس النيكل لطلاء الثقوب، مما يُحسّن المتانة الميكانيكية لألواح الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات.
الموصلات ونقاط الاتصال
تتطلب موصلات ونقاط اتصال لوحات الدوائر المطبوعة تكاملاً قوياً للاستخدام طويل الأمد. لذلك، تُستخدم مادة النيكل في اللحام وتوفير أحزمة الأمان للمكونات.
سمك أثر لوحة الدوائر المطبوعة
سُمك مسار لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) هو عرض المسار وارتفاعه. ويُحدد بناءً على تصميمات المشروع. عادةً، يتراوح سُمك مسار لوحة الدوائر المطبوعة بين 0.008 بوصة و0.240 بوصة. عند تحديد سُمك مسار لوحة الدوائر المطبوعة، يُرجى مراعاة العوامل التالية:
● سمك قياسي
● عرض التتبع
● إنهاء التتبع
● حاسبة حجم الأثر
سماكة قياسية
يتراوح السُمك القياسي لخطوط PCB، للتطبيقات البسيطة والصناعية، بين 0.5 أونصة/قدم مربع و2 أونصة/قدم مربع. أما المشاريع الثقيلة ذات الجهد العالي، فتحتاج إلى 2 أونصات/قدم مربع أو أكثر.
عرض التتبع
عادةً ما يُحدد مُصنِّع لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) عرض الأثر. وهو يُشير إلى الخط الرفيع من النحاس الموصل الذي ينقل الإشارات.
إنهاء التتبع
من المهم أيضًا أن يتذكر القارئ أن تقاطع المسارات والوسادات يؤثر أيضًا على سُمك المسار. يُحدَّد عرض المسار بشكل أساسي بناءً على عرض الوسادات في بصمات SOIC.
حاسبة حجم الأثر
يستخدم مصنعو لوحات الدوائر المطبوعة أيضًا حاسبات حجم الأثر لقياس سُمك الأثر. يساعدهم ذلك على اختيار الأبعاد المناسبة لتجنب ارتفاع درجة الحرارة وخطر الصدمات الكهربائية.
عرض مسار PCB مقابل التيار
ما الفرق بين عرض مسار لوحة الدوائر المطبوعة والتيار؟ ببساطة، يمكن القول إن العلاقة بين مسار لوحة الدوائر المطبوعة والتيار تشير إلى سعة النقل. يؤثر سمك المسار بشكل كبير على جهد التيار المنخفض والعالي. لذلك، يُعد اختيار الحجم المناسب أمرًا أساسيًا لزيادة موثوقية لوحة الدوائر المطبوعة.
حساب عرض مسار PCB للتيار:
● معيار IPC-2221
● العوامل التي يجب مراعاتها
معيار IPC-2221
يُعدّ معيار IPC-2221 الأكثر فعالية، إذ يُساعد المُصنّعين على تحديد سُمك الأثر بدقة. ويُشير إلى عدة جوانب أساسية من خلال صيغ ومخططات بيانية للسعة الحالية وارتفاع درجة الحرارة. انظر إلى المخطط المذكور أدناه، فهو يُرشدك إلى كيفية اختيار سُمك الإطار. يعتمد هذا على السعة الحالية للطبقات الخارجية والداخلية.
|
التيار (أمبير)
|
عرض الأثر الخارجي (ملي)
|
عرض التتبع الداخلي (ملي)
|
عرض الأثر الخارجي (ملي)
|
عرض التتبع الداخلي (ملي)
|
|
|
(ارتفاع درجة الحرارة 10 درجات مئوية)
|
(ارتفاع درجة الحرارة 10 درجات مئوية)
|
(ارتفاع درجة الحرارة 20 درجات مئوية)
|
(ارتفاع درجة الحرارة 20 درجات مئوية)
|
|
0.5
|
6
|
12
|
4
|
7
|
|
1
|
12
|
24
|
7
|
14
|
|
2
|
20
|
40
|
12
|
24
|
|
3
|
30
|
60
|
20
|
40
|
|
5
|
50
|
100
|
30
|
60
|
|
10
|
100
|
200
|
60
|
120
|
|
15
|
150
|
300
|
100
|
200
|
العوامل الواجب مراعاتها
● تدفق التيار
● ارتفاع درجة الحرارة المسموح به
● طبقة PCB
كيفية إصلاح آثار لوحة الدائرة؟
لذا، عند انقطاع أثر على لوحة دوائر كهربائية، يمكنك إصلاحه بنفسك. الفكرة الأساسية هي إنشاء مسار جديد لتدفق الكهرباء. أولًا، نظّف المنطقة التالفة لإصلاح لوحة الدوائر المطبوعة. كما ترى، أي أوساخ ستمنع التصاق الإصلاح. ثم استخدم طلاءً موصلًا أو لحامًا أو سلكًا رفيعًا لإعادة توصيل الأثر المكسور.
من المهم التأكد من سلامة التوصيل الجديد وكفاءته. ما أهمية ذلك؟ لأن الإصلاح الضعيف سيفشل مجددًا قريبًا. هل فهمت؟ إذا كان لديك إصلاح دقيق للوحة الدوائر، فسيوفر عليك استبدال اللوحة بأكملها!
خاتمة
مسارات لوحات الدوائر الإلكترونية هي المسارات القياسية للوحات الدوائر. فهي توزع نقل الإشارات عبر جميع العناصر. يمكن للمصنّع الاختيار من بين عدة مواد لبناء المسارات المطلوبة. تُستخدم هذه المسارات على نطاق واسع في العديد من التطبيقات لضمان سلامة الإشارة. يؤثر سُمك وعرض المسارات بشكل مباشر على أدائها. لذلك، يجب مراعاة هذا الجانب عند تصميم مسارات لوحات الدوائر الإلكترونية ذات الخصائص الوظيفية المتميزة.
