مكونات لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) 2

مما تتكون لوحات الدوائر المطبوعة؟

يمكن أن تستخدم لوحات الدوائر المطبوعة مجموعة من المواد للمكونات والركائز. يعتمد اختيار المادة على احتياجات التطبيق المحدد، حيث يمكن للمواد المختلفة أن تمنح الدوائر خصائص مختلفة تسمح بأداء أفضل في ظروف معينة.

قد يختار المصممون المواد بناءً على أدائها الكهربائي في التطبيقات عالية السرعة أو التحمل الحراري أو الميكانيكي مثل تطبيقات السيارات تحت الغطاء. يمكن للمصممين اختيار الامتثال لمتطلبات وكالة تنظيمية. على سبيل المثال، تحظر توجيه تقييد المواد الخطرة (RoHS) التابع للاتحاد الأوروبي استخدام المواد التي تحتوي على جميع المواد الكيميائية والمعادن المقيدة.

العوامل الأكثر شيوعًا التي يجب مراعاتها هي ما إذا كان المنتج حاصلًا على شهادة UL، أي مختصر لخصائص قمع اللهب لمختبرات Underwriters. تعتبر درجة UL حاسمة للعديد من الأجهزة الإلكترونية من أجل ضمان أنه في حالة نشوب حريق، لن تنطفئ لوحة الدائرة من تلقاء نفسها، وهو أمر يعتبر ضروريًا عادةً للإلكترونيات الاستهلاكية وغيرها.

تصنع الرقائق بشكل عام من أقمشة القماش والراتنجات التي تتمتع بخصائص عازلة مميزة. يتضمن ذلك المواد العازلة مثل إيبوكسي FR4 وتفلون وبولي إيميد وغيرها التي تستخدم طلاءات الزجاج والراتنج. تحدد مجموعة متنوعة من الجوانب الكهربائية والحرارية المميزة أي منها سيعمل بشكل أفضل للوحة الدوائر المطبوعة المحددة.

يجب على مصممي لوحات الدوائر المطبوعة مراعاة مجموعة متنوعة من مشكلات الأداء عند النظر إلى المادة التي يختارونها لتصميم لوحات الدوائر المطبوعة الخاصة بهم. تتضمن بعض الجوانب الأكثر شيوعًا التي يجب مراعاتها ما يلي:

• ثابت العزل هو مؤشر حاسم للأداء الكهربائي
• مقاومة اللهب هي جانب حاسم لشهادة UL (انظر أعلاه)
• درجات حرارة التحول الزجاجي (Tg) الأعلى من أجل قدرة أفضل على تحمل درجات الحرارة المرتفعة لمعالجة التجميع
• عوامل الفقدان المخففة ضرورية للتطبيقات عالية السرعة حيث تكون سرعة الإشارة مهمة.
• القوة الميكانيكية التي تشمل القص والشد والخصائص الميكانيكية المختلفة التي قد تتطلبها لوحة الدوائر المطبوعة عند وضعها في الخدمة
• أداء النظام الحراري هو عامل حاسم عند التشغيل في بيئات الخدمة ذات درجة الحرارة المرتفعة
• الاستقرار الأبعاد، أو، إلى أي مدى تتحول المادة وكم مرة تتحرك في سياق دورات التصنيع الحرارية والتعرض للرطوبة

فيما يلي بعض المواد الأكثر شهرة التي تستخدم في إنتاج لوحات الدوائر المطبوعة المطبوعة بالمكونات الإلكترونية:

1. مادة FR4 المسبقة والراتنجات الإيبوكسيمادة FR4 هي المادة الأساسية الأكثر طلبًا في لوحات الدوائر المطبوعة في جميع أنحاء العالم. يشير المصطلح 'FR4' إلى مجموعة من المواد التي تفي بمتطلبات مواصفات NEMA LI 1-1998. تُظهر المواد الموجودة في FR4 خصائص كهربائية وحرارية وميكانيكية ممتازة بالإضافة إلى نسبة القوة إلى الوزن المواتية، مما يسمح باستخدامها في مجموعة واسعة من التطبيقات الإلكترونية. تتكون الرقائق والمواد المسبقة من FR4 من قماش زجاجي وراتنج إيبوكسي وعادة ما تكون أرخص مواد لوحات الدوائر المطبوعة المتاحة. يفضل بشكل خاص للوحات الدوائر المطبوعة التي تحتوي على طبقات أقل من الهياكل ذات الوجهين أو أحادية الجانب إلى متعددة الطبقات التي يقل حجمها بشكل عام عن أربعة عشر طبقة. علاوة على ذلك، يمكن خلط هذا الراتنج الأساسي مع إضافات تعمل على تحسين أدائه الكهربائي والحراري وسلامة/تصنيف اللهب UL بشكل كبير، مما يعزز بشكل كبير قدرته على استخدامه لتصميمات ذات عدد طبقات أعلى بالإضافة إلى تطبيقات الإجهاد ذات درجة الحرارة الأعلى والأداء الكهربائي الأعلى بتكلفة أقل لتصميمات الدوائر عالية السرعة. يمكن استخدام المواد المسبقة والرقائق FR4 بطرق متنوعة، وهي قادرة على التكيف باستخدام طرق التصنيع المقبولة على نطاق واسع مع عوائد موثوقة.
2. رقائق البولي إيميد والمواد المسبقة:تتمتع رقائق البولي إيميد بدرجات حرارة أفضل من مادة FR4 بالإضافة إلى زيادة في الخصائص الكهربائية. تكلف البولي إيميدات أكثر من FR4، لكنها توفر متانة أفضل في درجات الحرارة القصوى والمرتفعة. كما أنها تتمتع بدرجة أعلى من الاستقرار عندما يتعلق الأمر بالدوران الحراري، وتمتلك قدرات توسع أقل، مما يجعلها مثالية للإنشاءات ذات عدد أكبر من الطبقات.
3. الترابط وطبقة تفلون:تتمتع مواد الترابط والرقائق المصنوعة من مواد تفلون بخصائص كهربائية متميزة، مما يجعلها مثالية لتطبيقات الدوائر عالية السرعة. مواد تفلون أكثر تكلفة من البولي إيميد، لكنها تمنح المصممين السرعة والأداء اللذين يحتاجونهما. يمكن طلاء مواد تفلون على القماش الزجاجي، ومع ذلك، من الممكن أيضًا صنع أفلام غير مدعومة أو باستخدام إضافات وحشوات معينة لتعزيز الخصائص الميكانيكية. يتطلب إنتاج لوحات الدوائر المطبوعة المصنوعة من تفلون عادةً قوة عاملة ماهرة ومدربة ومعدات وعمليات خاصة وتوقعًا لعوائد إنتاج أقل.
4. رقائق مرنةتسمح لك هذه الرقائق، التي تكون مرنة ورقيقة السماكة، بطي التصميمات الإلكترونية دون التأثير على الاستمرارية الكهربائية. لا تستخدم قماشًا زجاجيًا لدعمها، ولكنها مبنية بدلاً من ذلك على ورقة بلاستيكية. يمكن أن تكون كجهاز مطوي في تطبيق flex-to-install لمرة واحدة، لأنها في flex ديناميكي، مما يعني أن الدوائر ستُطوى باستمرار طوال عمر المنتج. يمكن بناء الرقائق المرنة باستخدام درجات حرارة أعلى من المواد مثل البولي إيميد أو LCP (بوليمر الكريستال السائل) أو مواد رخيصة للغاية مثل البولي إيثيلين والقلم. نظرًا لأن الرقائق المرنة رقيقة للغاية، فقد يتطلب أيضًا صنع الدوائر المرنة قوة عاملة مدربة تدريباً عالياً ومعدات وعمليات خاصة، بالإضافة إلى توقع عوائد تصنيع أقل.
5. أخرى:هناك العديد من مواد الترابط والرقائق المختلفة المتاحة في السوق، بما في ذلك BT وإسترات السيانات والسيراميك أو المواد المخلوطة التي تخلط الراتنجات من أجل تحقيق ميزات ميكانيكية أو كهربائية مميزة. نظرًا لأن الكميات أصغر بكثير من FR4 والتصنيع أكثر تعقيدًا في الإنتاج، غالبًا ما تعتبر بدائل أكثر تكلفة لتصميمات لوحات الدوائر المطبوعة.

يعد اختيار الرقاقة المناسبة أمرًا بالغ الأهمية لضمان أن لوحة الدوائر المطبوعة تتمتع بالخصائص الميكانيكية والعازلة والكهربائية والحرارية المناسبة لتناسب التطبيق النهائي.