لوحة الدوائر المطبوعة الصلبة

المادة: يستخدم النوع الصلب الألياف الزجاجية، بينما يستخدم النوع المرن البولي إيميد. البنية: النوع الصلب غير قابل للانحناء، بينما النوع المرن قابل للانثناء. الاستخدام: النوع الصلب للوصلات الثابتة، والنوع المرن للمساحات الضيقة.

طبقة واحدة، طبقتان، طبقات متعددة. الطبقة الواحدة تحتوي على دوائر على جانب واحد؛ والطبقة المزدوجة على كلا الجانبين؛ والطبقات المتعددة تربط الطبقات الموصلة عبر فتحات (مثل اللوحات الأم).

أجهزة الكمبيوتر المكتبية، وأجهزة التلفزيون، والتحكم الصناعي، والإلكترونيات الخاصة بالسيارات (أجهزة الكمبيوتر داخل المركبات)، ومكونات الطيران والفضاء غير الاهتزازية، إلخ.

تكلفة أقل. تتميز لوحات الدوائر المطبوعة الصلبة بعمليات تصنيع ناضجة ومواد رخيصة؛ أما لوحات الدوائر المطبوعة المرنة فهي باهظة الثمن بسبب المواد وعمليات التصنيع المعقدة.

ركائز FR4 الشائعة: تتحمل درجات حرارة تتراوح بين -55 درجة مئوية و125 درجة مئوية للاستخدام العادي، و260 درجة مئوية لفترة قصيرة للحام الخالي من الرصاص. ويمكن لمواد خاصة تحمل درجات حرارة أعلى.

من بضعة سنتيمترات مربعة (لوحات تحكم صغيرة) إلى عدة أمتار مربعة (لوحات أم كبيرة للخوادم).

يعتمد ذلك على الحجم والطبقات والمواد. لوحات FR4 متعددة الطبقات: ~1-3 كجم/م²، وهي أثقل من لوحات الدوائر المطبوعة المرنة ذات المساحة نفسها.

10-20+ سنوات في البيئات العادية؛ وتتقلص إلى سنوات في الظروف القاسية (درجة حرارة/رطوبة عالية).

يتميز FR4 بمعامل انحناء يتراوح بين 100 و200 ميجا باسكال، وهو أقل بكثير من معامل انحناء لوحات الدوائر المطبوعة المرنة. وتؤدي زيادة سمكه إلى تحسين مقاومته للإجهاد.

FR4 (إيبوكسي الألياف الزجاجية)، راتنج فينولي، راتنج إيبوكسي؛ PTFE للتطبيقات الخاصة عالية التردد.

عزل كهربائي ممتاز، وخصائص ميكانيكية جيدة، وثبات في الأبعاد. معامل التمدد الحراري: ١٣-١٧ جزءًا في المليون/درجة مئوية. تكلفة منخفضة وعمليات تصنيع ناضجة.

درجة حرارة التحلل المنخفضة (120-150 درجة مئوية)، عرضة للانفصال أثناء اللحام، خصائص كهربائية/ميكانيكية ضعيفة، معامل تمدد حراري مرتفع، ورائحة كريهة.

يُشكّل مسارات موصلة لتدفق التيار. السماكات الشائعة: 17 ميكرومتر، 35 ميكرومتر، 70 ميكرومتر. رقائق سميكة لتطبيقات التيار العالي.

يعزل لمنع حدوث دوائر قصر، ويحمي النحاس من الأكسدة والتلف المادي، ويميز المناطق حسب اللون (مثل الأخضر والأزرق).

يطبع الأحرف/الرموز لتحديد المكونات أثناء الإنتاج وتصحيح الأخطاء. اللون الشائع: أبيض؛ كما يتوفر الرمادي والأحمر والأسود والأصفر، إلخ.

مادة FR4: منخفضة التكلفة للاستخدام العام. مواد عالية التردد (مثل PTFE): فقدان إشارة منخفض لشبكات الجيل الخامس. ركائز سيراميكية: موصلية حرارية عالية للتطبيقات ذات الحرارة العالية.

ضع في اعتبارك العوامل الكهربائية (التردد العالي/الجهد العالي)، والميكانيكية (الاهتزاز)، ودرجة الحرارة، والتكلفة. استخدم مادة FR4 للأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية، ومادة PTFE للترددات العالية، والسيراميك للتحمل العالي للحرارة.

توجيه RoHS: يقيد استخدام المواد الخطرة (الرصاص، الزئبق، إلخ). خالٍ من الهالوجينات: نسبة البروم/الكلور أقل من 900 جزء في المليون، والمجموع أقل من 1500 جزء في المليون للحد من الغازات السامة.

تعمل المواد ذات معامل التمدد الحراري المنخفض على تحسين استقرار الأبعاد. كما تعمل الموصلية الحرارية العالية على تعزيز تبديد الحرارة. وتقلل العوازل عالية الأداء من فقدان الإشارة، مما يتيح تصغير الحجم وتحقيق أداء عالٍ.

سلامة الإشارة (مطابقة المعاوقة، ومقاومة الانعكاس/التداخل)، وتوزيع الطاقة، والتأريض، وقدرة حمل التيار.

قلل مسارات الإشارة، وخفف من عدد الوصلات الرأسية. استخدم أزواجًا تفاضلية للإشارات عالية السرعة وتحكم في المعاوقة. استخدم طبقات الطاقة/الأرضية من النحاس الصلب. قسّم الوحدات لتجنب التداخل. يعتمد عرض الخط على التيار.

يُحدد الحجم بناءً على السُمك/التيار (تحتاج اللوحات السميكة إلى فتحات أكبر). قلل عدد الفتحات. استخدم الحفر الخلفي لإشارات السرعة العالية لإزالة النتوءات.

يتم تحقيق مطابقة معاوقات المصدر وخط النقل والحمل لتقليل الانعكاس. ويتم ذلك عن طريق التحكم في عرض الخط والتباعد وسمك العازل والسماحية (على سبيل المثال، عرض 0.33 مم لخط ميكروستريب 50 أوم على FR4).

افصل المكونات؛ وأبعد الأجزاء الحساسة عن مصادر التشويش. استخدم طبقات الطاقة/الأرضي في اللوحات متعددة الطبقات للحماية. استخدم طبقات أرضية حول الإشارات عالية السرعة. استخدم مكثفات الفصل؛ وحسّن عملية التأريض.

التقسيم الوظيفي، وفصل المكونات الحساسة للحرارة، ووضع المكونات عالية التردد بالقرب من بعضها البعض، وإعطاء الأولوية للمكونات الكبيرة، وضمان سهولة التركيب/الصيانة.

طبقات الطاقة والأرضية المتجاورة لتقليل الحث. الجهد مع وصلات عبرية. نحاس صلب لطبقات الطاقة؛ مسارات تيار عالية السماكة.

فتحات حرارية وألواح نحاسية أسفل المكونات الساخنة. ركائز ذات موصلية حرارية عالية. تصميم تدفق الهواء؛ إضافة مشتتات حرارية/مراوح عند الحاجة.

موضع الثقب: ±0.1 مم. الثقوب المطلية: ±0.076 مم. الثقوب غير المطلية: ±0.05 مم. عرض الخط: ±10%-20%.

Altium Designer (مناسب للتصميمات الصغيرة والمتوسطة)، Cadence Allegro (عالي السرعة متعدد الطبقات)، Mentor PADS (سهل الاستخدام وفعال).

التجميع → الحفر → ترسيب النحاس → التصوير → الطلاء → الحفر → قناع اللحام → طباعة الشاشة الحريرية → تشطيب السطح → التشكيل.

المشاكل: جدران خشنة، نتوءات، مثاقب مكسورة. الحلول: استبدال المثاقب، تحسين سرعة/تغذية الحفر، فحص المواد.

الدور: توصيل جدران الثقوب لتوصيل الطبقات. عناصر التحكم: تركيبة المحلول، درجة الحرارة (25-35 درجة مئوية)، الرقم الهيدروجيني (11-12)، نظافة المعالجة المسبقة.

الطباعة الضوئية: دقة عالية للتصوير عالي الدقة، تكلفة عالية ومعقدة. الطباعة بالشاشة الحريرية: تكلفة منخفضة/معدات بسيطة، دقة أقل.

يمكن التحكم في العملية من خلال كثافة التيار، ووقت الطلاء، وتركيز المحلول. على سبيل المثال، يتطلب طلاء 1 أونصة (35 ميكرومتر) من 20 إلى 30 دقيقة عند كثافة تيار تتراوح بين 2 و3 أمبير/ديسيمتر مربع.

تحكم في تركيز المحلول الكيميائي، ودرجة الحرارة، والمدة، وضغط الرش، وقم بصيانة المعدات بانتظام. قد يؤدي التركيز العالي إلى فرط الحفر، بينما يؤدي التركيز المنخفض إلى حفر غير مكتمل. حافظ على درجة الحرارة بين 45 و55 درجة مئوية، وحدد المدة بناءً على سمك اللوحة، وما إلى ذلك، وتأكد من توزيع الضغط بشكل متساوٍ لضمان التلامس الكامل.

قم بتغطية الدائرة بشكل متجانس دون ترك أي فراغات في الطباعة أو ثقوب صغيرة أو فقاعات. سُمك الزيت على سطح النحاس: 10-18 ميكرومتر، وعلى الثقوب: 5-8 ميكرومتر. اترك مسافة مناسبة من حواف الدائرة لمنع التغطية الزائدة للوسادات أو مخاطر حدوث ماس كهربائي.

يجب أن تكون الأحرف واضحة وكاملة، مع تباين جيد في الألوان، وموضوعة بدقة دون حجب المناطق الرئيسية، وأن تتمتع بالتصاق قوي (اختر الأحبار المناسبة وعمليات المعالجة).

HASL: منخفض التكلفة، قابلية جيدة للحام، سطح مستوٍ محدود. ENIG: سطح أملس، قابلية جيدة للحام ومقاومة للتآكل، تكلفة عالية. القصدير بالغمر: قابلية جيدة للحام، سطح أملس، فترة صلاحية طويلة. OSP: منخفض التكلفة، عملية بسيطة، احتفاظ قصير بقابلية اللحام.

القطع الميكانيكي (دقة عالية، مناسب للأحجام الكبيرة والمعقدة). التثقيب (كفاءة عالية، مناسب للإنتاج الكمي المنتظم). القطع بالليزر (دقة فائقة، تكلفة عالية، مناسب للكميات الصغيرة الدقيقة). اختر بناءً على الشكل والدقة وحجم الدفعة والتكلفة.

افحص الأبعاد/السماكة بعد القطع. تحقق من موضع الثقب وحجمه وجداره بعد الحفر. اختبر سماكة/تجانس النحاس بعد الطلاء. افحص سلامة الدائرة بعد الحفر. تحقق من جودة طباعة قناع اللحام/الأحرف. اختبر سماكة/التصاق الطلاء بعد تشطيب السطح. افحص الشكل/الحواف بعد التشكيل.

استخدم أجهزة اختبار المجسات الطائرة أو معدات اختبار الدوائر المتكاملة. تُناسب المجسات الطائرة الدفعات/الأنواع الصغيرة، حيث تكشف عن حالات القطع/القصر، وما إلى ذلك. أما أجهزة اختبار الدوائر المتكاملة فهي مُخصصة للإنتاج الضخم، حيث تختبر الأداء الكهربائي بشكل كامل باستخدام تجهيزات خاصة.

يكشف عن عيوب التوصيل، والفراغات، وسلامة النحاس في اللوحات متعددة الطبقات. ويفحص وصلات لحام BGA والعيوب الداخلية (المواد الغريبة، وانفصال الطبقات) بطريقة غير مدمرة.

يتم جمع الصور عبر الكاميرات البصرية ومقارنتها بالمعايير للكشف عن العيوب مثل المكونات المفقودة، وعدم المحاذاة، والدوائر القصيرة. يُطبق هذا النظام في الفحص الفوري بعد الطباعة، والتركيب، ولحام إعادة التدفق لتحسين الكفاءة والجودة.

اختبار الانحناء (مراقبة الشقوق عند زوايا/دورات محددة). اختبار السقوط (محاكاة الصدمات). اختبار الاهتزاز (محاكاة الاهتزازات للتحقق من اللحام والبنية).

وفقًا لمعيار IPC-4552، يُناسب طلاء ENIG التطبيقات عالية التردد/عالية الموثوقية (النيكل: 3-5 ميكرومتر، الذهب: 0.05-0.1 ميكرومتر). أما طلاء OSP فهو منخفض التكلفة (سُمك الطبقة: 0.2-0.5 ميكرومتر، مناسب للتخزين قصير الأجل). بينما يُعد طلاء HASL ناضجًا (سُمك القصدير > 2.5 ميكرومتر، سطح غير مستوٍ).

اضبط تركيز المحلول (مادة حفر حمضية: كلوريد النحاس الأحادي 180-220 غ/لتر، حمض الهيدروكلوريك 1.0-1.5 مول/لتر)، ودرجة الحرارة 50-55 درجة مئوية. في حالة الحفر غير الكامل، قلل السرعة وارفع ضغط الرش إلى 2-3 بار.

وفقًا لمعيار IPC-6012، يبلغ سمك اللوحات متعددة الطبقات العامة ≤75 ميكرومتر، ولوحات HDI ≤50 ميكرومتر. دقة تحديد موضع الحفر بالليزر ±25 ميكرومتر، ويتم التحكم بها بواسطة آلات تعريض عالية الدقة.

مادة FR-4: مقاومة طولية ≥345 ميجا باسكال، مقاومة عرضية ≥276 ميجا باسكال (ASTM D790). سمك 1.6 مم ≥300 ميجا باسكال.

التقطيع المعدني (IPC-TM-650، ثقب نافذ ≥20 ميكرومتر، ثقب مخفي/مدفون ≥18 ميكرومتر). اختبار الأشعة السينية الفلورية غير المتلف (دقة ±0.5 ميكرومتر).

التسخين المسبق: 90-130 درجة مئوية (60-120 ثانية). منطقة اللحام: 240-260 درجة مئوية (مدة التلامس 2-4 ثوانٍ). معدل التبريد: 3-6 درجة مئوية/ثانية (J-STD-003).

الطباعة التقليدية: 15-30 ميكرومتر (IPC-6012)، المناطق الكثيفة ≥20 ميكرومتر. الطباعة بالشاشة الحريرية: 20-25 ميكرومتر، المعالجة الضوئية: 15-20 ميكرومتر.

السماكة التقليدية: 6/6 مل (0.1524 مم). النقش الكيميائي بتقنية LDI: 3/3 مل (0.0762 مم). لوحات HDI: 1/1 مل (0.0254 مم).

لتحقيق التوصيل الكهربائي، اختر سدًّا بالراتنج (عمق ≥ 80% من العمق الكلي، خطأ التسطيح ≤ 10 ميكرومتر). للعزل فقط، اختر تغطية (عرض التغطية ≥ 0.1 مم).

وفقًا لـ IPC-J-STD-033، اخبز عند درجة حرارة 125 درجة مئوية لمدة 4-8 ساعات (≤1.6 مم: 4 ساعات، >1.6 مم: 8 ساعات) لتقليل محتوى الرطوبة إلى أقل من 0.1٪.

تؤدي زيادة خشونة السطح إلى زيادة تأثير الجلد وفقدان الإشارة. رقائق RTF Ra 10 جيجاهرتز). رقائق VLP Ra

إزالة النتوءات بالفرشاة الآلية (ضغط 0.3-0.5 ميجا باسكال، سرعة 2-3 متر/دقيقة). التخريش الكيميائي الدقيق (بيرسلفات الصوديوم 100-150 جم/لتر، 40-50 درجة مئوية، 1-2 دقيقة).

عام: أحادي الطرف ±10%، تفاضلي ±8%. عالي السرعة (>1 جيجابت في الثانية): أحادي الطرف ±5%، تفاضلي ±3%، يتم ضبطه عبر عرض الخط، وسماكة العازل، وسماكة النحاس.

وفقًا لمعيار UL 796، مادة FR-4 ≥1400 فولت/مم عند 25 درجة مئوية/50% رطوبة نسبية. مسافة الزحف 1 مم تعادل 100-200 فولت.

الحد الأدنى لعرض الخط / المسافة، نسبة قطر الثقب / الوسادة (الوسادة ≥ الثقب + 0.4 مم عندما يكون الثقب ≥ 0.3 مم)، نسبة مساحة النحاس (30٪ - 70٪)، نسبة أبعاد الحفر (≤ 8: 1)، عرض جسر قناع اللحام (≥ 0.1 مم).

الأسباب: عدم تطابق معامل التمدد الحراري، وعدم انتظام السماكة، وعدم ملاءمة منحنى درجة الحرارة. الحلول: اختيار مواد ذات معامل تمدد حراري ≤ 15 جزءًا في المليون/درجة مئوية، والتحكم في تفاوت السماكة ± 0.05 مم، وتحسين معدل التسخين ≤ 3 درجات مئوية/ثانية.

وفقًا لـ IPC-TM-650، ≥10¹⁰Ω بعد 168 ساعة عند 85 درجة مئوية / 85٪ رطوبة نسبية، ≥10¹²Ω للتطبيقات المتطورة، والتي تتطلب التحكم في نظافة السطح.

الوصلات العمياء: حفر بالليزر/ميكانيكي + طلاء، بعمق ≤ 0.5 مم، للتوصيل السطحي. الوصلات المدفونة: حفر ميكانيكي + تغليف، يتطلب محاذاة، لإشارات الطبقة الداخلية لتقليل المعاملات الطفيلية.

المسبار الطائر: تغطية تزيد عن 98%، مناسب للكميات الصغيرة/الكثافة العالية، بطيء (3-5 ثوانٍ/نقطة). سرير المسامير: سريع (أقل من ثانية واحدة/نقطة)، تكلفة عالية، تغطية 85%-95%، مناسب للإنتاج الضخم.

كل زيادة بمقدار 1 أونصة (35 ميكرومتر) ترفع الموصلية الحرارية بنسبة 38%. أما رقائق الألومنيوم بوزن 3 أونصات في التطبيقات عالية الطاقة، فتُقلل من ارتفاع درجة الحرارة بنسبة 15% إلى 20% باستخدام الثقوب الحرارية.

التقليدي: 0.1 مم. لوحات عالية الكثافة مع LDI: 0.075 مم، مما يمنع حدوث وصلات اللحام.

لحام غير متساوٍ على نقاط التلامس، لحام غير كافٍ للوصلات، سطح غير مستوٍ. لحام التحكم