ما هو PCB Via؟

على الرغم من أن فتحة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) تُعد من أصغر الهياكل في لوحة الدوائر، إلا أنها تؤدي الدور الأهم: فهي تُتيح نقل الإشارات الكهربائية والطاقة، بل وحتى الحرارة، بين الطبقات المختلفة. وبدون هذه الفتحات، لا يمكن تصنيع لوحات دوائر متعددة الطبقات.

إذن، ما هو ثقب التوصيل في لوحة الدوائر المطبوعة؟ هذه مسألة أساسية يجب على كل مصمم ومهندس وطالب في مجال لوحات الدوائر المطبوعة إتقانها. ستقدم هذه المقالة أنواعًا مختلفة من الثقوب التوصيلية - بما في ذلك الثقوب العابرة، والثقوب العمياء، والثقوب المدفونة، والثقوب الدقيقة، وغيرها. وفي الوقت نفسه، ستحلل عمليات تغطية الثقوب وملؤها التي تتوافق مع معايير IPC، مثل الثقوب المجهزة، والثقوب المسدودة، والثقوب المملوءة، والثقوب المغطاة. علاوة على ذلك، ستشرح هذه المقالة قواعد التصميم، بما في ذلك نسبة أبعاد الثقوب ونسبة أبعاد الثقوب الدقيقة، وكيف تؤثر طرق التصنيع، مثل حفر الثقوب، على التكلفة والموثوقية.

بعد قراءة هذا المقال، لن تتمكن فقط من فهم تعريف PCB عبر بدقة، بل ستتعلم أيضًا كيفية تحديد أنواع PCB عبر المناسبة في التصميم، وتحسين التخطيط لتقليل EMI، والنظر في قابلية التصنيع، واستخدام الفتحات بشكل صحيح في تطبيقات مختلفة، مما يضمن الأداء والموثوقية طويلة الأمد للوحة الدائرة.

ما هو PCB Via؟

فتحة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) هي ثقب صغير مثقوب في لوحة الدوائر المطبوعة ومطلي بالنحاس، يُستخدم للسماح بمرور الإشارات الكهربائية أو الطاقة أو الحرارة بين طبقتين أو أكثر. ببساطة، فتحة لوحة الدوائر المطبوعة هي وصلة رأسية تربط المسارات والمستويات والمكونات على طبقات مختلفة من لوحة الدوائر. بدون هذه الفتحات، كان من المستحيل تصنيع لوحات الدوائر متعددة الطبقات الحالية.

بخلاف الثقب المُطلي (PTH) المُستخدم لتركيب أسلاك المكونات، لا يُدخل ثقب لوحة الدوائر المطبوعة الأسلاك. وظيفته الوحيدة هي العمل كقناة توصيل، مما يُتيح الاتصال بين الطبقات. هذا الاختلاف بالغ الأهمية: تُستخدم فتحات لوحة الدوائر المطبوعة فقط لنقل الإشارات أو توزيع الطاقة رأسيًا، مما يوفر مساحة سطحية للمكونات والتوجيه.

في الإلكترونيات الحديثة، تتجاوز أهمية الثقوب التوصيلية بكثير. فأنواع الثقوب المختلفة، مثل الثقوب العابرة، والثقوب العمياء، والثقوب المدفونة، والثقوب الدقيقة، على التوالي، تلبي متطلبات مختلفة من حيث الكثافة والأداء والتكلفة.

باختصار، إذا كانت مسارات النحاس بمثابة مسارات سريعة للوحة الدوائر المطبوعة، فإن فتحات لوحة الدوائر المطبوعة هي الأنفاق التي تربط طبقات هذه المسارات. فهي لا تضمن استقرار الأداء الكهربائي والحراري فحسب، بل تدعم أيضًا تصغير الأجهزة الإلكترونية الحديثة وتعقيدها العالي.

لماذا تعتبر المسارات مهمة في تصميم PCB؟

عندما نحاول فهم ما هو المسار في لوحة الدائرة المطبوعة، فإن الأمر لا يتعلق فقط بمعرفة تعريفه، ولكن الأهم من ذلك، فهم دوره في لوحة الدائرة.

توجيه الإشارة

تسمح الفتحات في لوحات الدوائر المطبوعة بمرور الإشارات عموديًا عبرها، مما يُتيح اتصالًا سلسًا بين الطبقات المختلفة. ولهذا السبب تحديدًا، يُمكّن المصممون من تحقيق توجيه متعدد الطبقات في مساحة محدودة.

توزيع الطاقة

في لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات، يجب أن تكون مستويات الطاقة والمستويات الأرضية مترابطة، وتعتمد هذه الأخيرة على أنواع مختلفة من الوصلات. من خلال هذه الوصلات، يمكن نقل الجهد بثبات وتكوين مسارات عودة أقصر، مما يجعل توزيع الطاقة أكثر موثوقية.

تحسين المساحة

مساحة السطح قيّمة للغاية. عادةً ما يستخدم المصممون أنواعًا مختلفة من لوحات الدوائر المطبوعة لإخفاء آثار الطبقات الداخلية. بهذه الطريقة، يمكن توفير مساحة أكبر على سطح لوحة الدوائر لمكونات مثل الرقائق والمكثفات والمحاثات.

سلامة الإشارة

لا يؤثر تصميم القناة على الاتصال فحسب، بل يرتبط ارتباطًا مباشرًا بجودة الإشارة. فالقناة ذات التصميم المناسب تُقلل من انقطاعات المعاوقة، وتُقلل من التداخل والتداخل الكهرومغناطيسي.

الإدارة الحرارية

تُولّد الرقاقات عالية الطاقة، مثل ترانزستورات MOSFET ووحدات المعالجة المركزية (CPUs) والدوائر المتكاملة للطاقة، كمية كبيرة من الحرارة أثناء التشغيل. لذا، يُضيف المصممون عددًا كبيرًا من الفتحات الحرارية في لوحة الدوائر المطبوعة أسفل الرقاقة أو بالقرب منها لنقل الحرارة إلى طبقات أخرى أو مساحات أكبر من رقائق النحاس لتبديدها بسرعة أكبر.

قابلية التصنيع

من حيث تكنولوجيا التصنيع، ساهم تطور تقنيات الحفر الشعاعي في زيادة مرونة تصميم لوحات الدوائر الإلكترونية. فالحفر الميكانيكي مناسب للثقوب الشعاعية التقليدية، بينما يدعم الحفر بالليزر فتحات دقيقة أصغر وأكثر دقة، مما يُتيح إمكانية استخدام وصلات عالية الكثافة (HDI).

أنواع فياس ثنائي الفينيل متعدد الكلور

ليست جميع مسارات التوصيل متشابهة. سيتم اختيار أنواع مختلفة من مسارات توصيل لوحات الدوائر المطبوعة وفقًا لأهداف التصميم - سواءً لتوفير المساحة، أو تحسين تبديد الحرارة، أو الحفاظ على سلامة الإشارة. فيما يلي عرض لأنواع مسارات التوصيل الشائعة ودورها في تصميم لوحات الدوائر المطبوعة.

الأنواع الوظيفية القياسية

تقنيات خاصة

أنواع IPC-50M

وفقًا لمعايير IPC-50M، يمكن أيضًا تصنيف الفتحات حسب طرق التغطية والملء، والتي تؤثر بشكل مباشر على قابلية اللحام والموثوقية والتكلفة:

• خيام فياس - يتم تغطية الفتحات عبر قناع لحام لمنع تسرب اللحام أثناء التجميع.

• موصلات كهربائية مسدودة - مملوء جزئيًا بإيبوكسي غير موصل، يستخدم عادةً تحت BGAs.

• فتحات مملوءة - مملوءة بالكامل بمواد موصلة أو غير موصلة، مما يحسن الموثوقية على المدى الطويل.

• فتحات مملوءة ومغطاة - يتم ملء الفتحات ثم تغطيتها بطلاء نحاسي، وهو أمر ضروري في تصميمات الفتحات في الوسادة (VIP).

•  وتجمع الأنواع الفرعية الأخرى بين عمليات التخييم والتوصيل والتغطية اعتمادًا على احتياجات التصميم.

على سبيل المثال، يمكن استخدام الفتحات المُغطاة كعازل، بينما تُعزز الفتحات المملوءة موثوقية BGA، بينما تُعد الفتحات المملوءة والمغطاة خطوةً أساسيةً في عملية VIP. تختلف تكاليف وتعقيدات كل عملية. لذلك، يُعد اختيار أنواع فتحات PCB المناسبة مفتاحًا لتحقيق التوازن بين الأداء وسهولة التصنيع.

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.

عبر معايير التصميم والمبادئ التوجيهية

عمليات تصنيع فياس

عبر الحفر

هناك طريقتان رئيسيتان للحفر:

• الحفر الميكانيكي: يستخدم بشكل أساسي في الثقوب العابرة، وهو مناسب للأقطار الكبيرة، مع سرعة معالجة سريعة وتكنولوجيا ناضجة، ويتم تطبيقه على نطاق واسع في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة.

• الحفر بالليزر: يستخدم عادة في الفتحات الدقيقة والفتحات العمياء، ويمكنه تحقيق حفر دقيق بأقطار ≤150 ميكرومتر، مما يلبي متطلبات التوصيل عالي الكثافة (HDI).

تصفيح

يُرسَّب النحاس على جدران الثقب المثقوب لتكوين قنوات موصلة. تضمن هذه الخطوة انتقال الإشارات أو الطاقة أو الحرارة بثبات عبر الثقب.

الحشو والتسوية

في عملية الفتحات داخل الوسادة، يجب ملء الفتحات بالكامل بمواد موصلة أو غير موصلة، ثم يتم تغطية الفتحة بالنحاس وتسويتها لضمان أن يكون السطح مستويًا مع الوسادة.

التشطيب السطحي

يُجرى تشطيب سطح لوحة الدائرة لتحسين قابلية اللحام ومنع أكسدة نحاس الوصلة. من بين التشطيبات الشائعة: HASL، وENIG، وENEPIG، وغيرها.

التحديات

• أعمى عن طريق الحفريجب التوقف بدقة عند عمق محدد. حتى الانحرافات الطفيفة قد تؤدي إلى عطل.

• فتحات مدفونةيجب معالجتها وطلائها قبل التصفيح. يتطلب ذلك تصفيحًا متتاليًا، مما يزيد التكلفة ووقت الإنتاج.

• ميكروفياس:إذا لم يتم التحكم في نسبة أبعاد الميكروفيا بشكل جيد، فإنها تكون عرضة لعيوب التوصيل المتبادل (ICD)، مما قد يتسبب في دوائر مفتوحة أو يقلل من الموثوقية على المدى الطويل.

الخاتمة

فتحات لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) هي أصغر الوحدات الأساسية، ولكنها الأهم، في كل لوحة دوائر مطبوعة حديثة. سواءً كانت فتحات ثقوب عابرة، أو فتحات عمياء، أو فتحات حرارية، فإن كل نوع من هذه الفتحات يلعب دورًا هامًا في توجيه الإشارات، وتوصيل الطاقة، وإدارة الحرارة.

من خلال فهم مزايا وعيوب نسبة العرض إلى الارتفاع، ونسبة العرض إلى الارتفاع للميكروفيا، والحفر عبرها وأنواع مختلفة من فتحات PCB، يمكن للمصممين تحقيق أفضل توازن بين التكلفة والأداء والموثوقية.

الأسئلة الشائعة

س1: ما هو الفرق بين الفتحة المثقوبة والفتحة المطلية؟

عادةً ما يُستخدم ثقب مطلي (PTH) لتركيب المكونات. أما فتحة PCB، فتُستخدم فقط للتوصيل الكهربائي بين الطبقات دون توصيلات المكونات.

س2: لماذا تعتبر الفتحات الدقيقة مهمة للوحات PCB ذات الكثافة العالية؟

تسمح الفتحات الدقيقة في PCB بتوجيه BGAs ذات النغمة الدقيقة، وتقليل التداخل، وتحسين سلامة الإشارة، ودعم تصميمات HDI المدمجة.

س3: كيف تعمل الفتحات الحرارية على تحسين تبديد الحرارة؟

تعمل الطرق الحرارية على نقل الحرارة بعيدًا عن المكونات عالية الطاقة إلى أسطح النحاس أو أحواض الحرارة، مما يؤدي إلى خفض درجة الحرارة وتحسين الموثوقية.

س4: ما هو التخييم عبر الخيمة، ولماذا يستخدم؟

يتم تغطية الفتحات المخيمية بقناع لحام لمنع تسرب اللحام أثناء التجميع وتقليل خطر حدوث ماس كهربائي.

س5: كيف تؤثر الفتحات على سلامة الإشارة عند الترددات العالية؟

يؤدي التصميم غير السليم للمسارات إلى تداخل السعة والمحاثة، مما يؤدي إلى انعكاسات وتأخير وتدهور الإشارة. يساعد تحسين نسبة العرض إلى الارتفاع وتقليل طول المسار على الحفاظ على أداء عالي السرعة.