1. أساسيات مواد ثنائي الفينيل متعدد الكلور
1.1 المكونات الأساسية لمواد ثنائي الفينيل متعدد الكلور
مواد ثنائي الفينيل متعدد الكلور، المعروفة باسم صفائح النحاس والصلب النحاسية (CCL)وتشكل الركيزة لتصنيع لوحات الدوائر المطبوعة، وتحدد مباشرةً اللوحة الأداء الكهربائي, الخواص الميكانيكية, الخصائص الحراريةو قابلية التصنيع.
| المكوّن | الوظيفة والخصائص | التركيب المادي |
|---|
| طبقة عازلة | يوفر العزل الكهربائي والدعم الميكانيكي | راتنجات الإيبوكسي، قماش الألياف الزجاجية، PTFE، إلخ. |
| الطبقة الموصلة | تشكل مسارات توصيل الدائرة الكهربائية | رقائق النحاس الإلكتروليتية، رقائق النحاس المدرفلة (عادةً ما يتراوح سمكها بين 35-50 ميكرومتر) |
1.2 أنواع مواد ثنائي الفينيل متعدد الكلور الشائعة وتطبيقاتها
مادة FR-4
- التركيب: قماش من الألياف الزجاجية + راتنجات الإيبوكسي
- الخصائص: فعالة من حيث التكلفة، وخصائص ميكانيكية وكهربائية متوازنة، ومقاومة للهب
- التطبيقات: الإلكترونيات الاستهلاكية، واللوحات الأم للكمبيوتر، ولوحات التحكم الصناعية، ومعظم المنتجات الإلكترونية الشائعة
مواد عالية التردد/عالية السرعة/عالية السرعة
- التركيب: PTFE، الهيدروكربونات، مواد حشو السيراميك
- الخصائص: ثابت العزل الكهربائي المنخفض للغاية (Dk) وعامل التبديد (Df)، وفقدان الحد الأدنى من إرسال الإشارة، وثبات ممتاز
- التطبيقات: هوائيات المحطات الأساسية للجيل الخامس، والاتصالات الساتلية، ومعدات الشبكات عالية السرعة، ورادار السيارات
الركائز الأساسية المعدنية
- التركيب: طبقة عازلة موصلة للحرارة + ركيزة من الألومنيوم/النحاس
- الخصائص: أداء تبديد حرارة ممتاز، توصيل حراري عالي
- التطبيقات: إضاءة LED، ووحدات الطاقة، ومضخمات الطاقة، والمصابيح الأمامية للسيارات
1.3 معلمات الأداء الرئيسية لمواد ثنائي الفينيل متعدد الكلور
مؤشرات الأداء الحراري
- Tg (درجة حرارة الانتقال الزجاجي)
- معيار FR-4 Tg: 130 درجة مئوية - 140 درجة مئوية
- منتصف Tg FR-4: 150 درجة مئوية - 160 درجة مئوية
- عالية Tg FR-4: ≥ 170 درجة مئوية (مناسبة لعمليات اللحام الخالية من الرصاص)
- Td (درجة حرارة التحلل)
- درجة الحرارة التي تبدأ عندها الركيزة في التحلل الكيميائي
- يشير ارتفاع Td الأعلى إلى استقرار أفضل في درجات الحرارة العالية
مؤشرات الأداء الكهربائي
- Dk (ثابت العزل الكهربائي)
- تؤثر على سرعة انتشار الإشارة ومقاومتها في الوسط العازل
- تتيح قيم Dk المنخفضة انتشار الإشارة بشكل أسرع
- Df (عامل التبديد)
- فقدان الطاقة عند انتشار الإشارات عبر الوسط العازل الكهربائي
- تشير قيم Df المنخفضة إلى انخفاض فقدان الإشارة
مؤشرات الموثوقية الميكانيكية
- CTE (معامل التمدد الحراري)
- يجب تقليل المحور Z (اتجاه السُمك) CTE لمنع تشقق الأسطوانة بعد دورات إعادة التدفق المتعددة
- مقاومة CAF
- يمنع تكوين خيوط أنودية موصلة تحت ظروف درجات الحرارة والرطوبة العالية
2. عملية تشكيل الألواح المفصلة لثنائي الفينيل متعدد الكلور
2.1 أحجام اللوحة القياسية
تُستخدم الأحجام الأصلية القياسية من موردي مواد ثنائي الفينيل متعدد الكلور كوحدات أساسية للمشتريات والمخزون لمصنعي ثنائي الفينيل متعدد الكلور:
| نوع الحجم | المواصفات المشتركة | المواد القابلة للتطبيق |
|---|
| المقاسات الرئيسية | 36″ × 48″, 40″ × 48″, 42″ × 48″ | FR-4 والمواد الصلبة الأخرى |
| المقاسات المخصصة | مصممة خصيصاً لتناسب متطلبات العملاء | الألواح عالية التردد، الألواح ذات القلب المعدني |
2.2 تحسين حجم لوحة الإنتاج
يقوم مصنعو مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور بتقطيع الألواح القياسية إلى ألواح إنتاج أصغر حجمًا ومناسبة لمعالجة خط الإنتاج من خلال تحويلها إلى ألواح، والهدف الأساسي من ذلك هو تعظيم الاستفادة من المواد.
استراتيجيات تحسين الألواح:
- استخدام برنامج تخطيط متخصص للاستفادة المثلى من اللوحة
- النظر في قيود قدرة المعدات على المعالجة
- موازنة كفاءة الإنتاج مع استخدام المواد
2.3 العوامل الرئيسية التي تؤثر على أحجام لوحات الإنتاج
- قدرات معالجة المعدات: قيود حجم ماكينات التعريض وخطوط الحفر والمكابس وما إلى ذلك.
- اعتبارات كفاءة الإنتاج: تعمل الأحجام المعتدلة على تحسين إيقاع الإنتاج ومعدلات الغلة
- استخدام المواد: الاعتبار الأساسي الذي يؤثر بشكل مباشر على التحكم في التكاليف
3.1 نظرة عامة على هيكل طبقة ثنائي الفينيل متعدد الكلور الشامل
| نوع الطبقة | وصف الوظيفة | الخصائص البصرية |
|---|
| طبقة الشاشة الحريرية | علامات تسميات المكونات والمخططات التفصيلية | أحرف بيضاء (عندما يكون قناع اللحام أخضر) |
| طبقة قناع اللحام | حماية العزل تمنع حدوث دوائر كهربائية قصيرة | حبر أخضر أو حبر ملون آخر (صورة سلبية) |
| طبقة معجون اللحام | يساعد في اللحام ويحسن قابلية اللحام | طلاء القصدير أو الذهب على الوسادات (صورة إيجابية) |
| الطبقة الكهربائية | توجيه الإشارات، والتوصيلات الكهربائية | آثار النحاس والمستويات الداخلية في الألواح متعددة الطبقات |
| الطبقة الميكانيكية | تعريف البنية الفيزيائية | مخطط اللوحة والفتحات وعلامات الأبعاد |
| طبقة الحفر | تعريف بيانات الحفر | مواقع الفتحات العابرة، والفتحات العمياء، والفتحات المدفونة |
3.2 3.2 تحليل متعمق للطبقات الرئيسية
علاقة طبقة قناع اللحام وطبقة لصق اللحام
- مبدأ الاستبعاد المتبادل: المناطق التي بها قناع لحام لا يوجد بها معجون لحام، والعكس صحيح
- أساسيات التصميم: يستخدم قناع اللحام تصميم الصورة السلبية، ويستخدم معجون اللحام تصميم الصورة الإيجابية
استراتيجية تصميم الطبقة الكهربائية
- الألواح أحادية الطبقة: طبقة موصلة واحدة فقط
- ألواح مزدوجة الطبقة: الطبقات الموصلة العلوية والسفلية
- ألواح متعددة الطبقات: 4 طبقات أو أكثر، يمكن تعيين الطبقات الداخلية كمستويات طاقة ومستويات أرضية باستخدام صورة سالبة
الفروق بين الطبقة الميكانيكية وطبقة الشاشة الحريرية
- أغراض مختلفة: الشاشة الحريرية تساعد في تحديد المكونات؛ والطبقة الميكانيكية توجه تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور والتجميع المادي
- اختلافات المحتوى: تحتوي الشاشة الحريرية في المقام الأول على النص والرموز؛ وتتضمن الطبقة الميكانيكية الأبعاد المادية ومواقع الحفر، إلخ.
4. الدليل العملي لتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور
4.1 أساسيات حزمة المكونات
اعتبارات الحزمة الأساسية:
- مطابقة أبعاد المكونات المادية بدقة
- التمييز بين الحزم المثقوبة (DIP) والحزم المثبتة على السطح (SMD)
- أرقام مثل 0402، 0603 تمثل أبعاد المكونات (الوحدة: بوصة)
4.2 اختيار تصميم مزود الطاقة 4.2
التبديل مقابل إمدادات الطاقة الخطية
| نوع الطاقة | المزايا | العيوب | سيناريوهات التطبيق |
|---|
| تبديل إمدادات الطاقة | كفاءة عالية (80%-95%) | تموج كبير، تصميم معقد | التطبيقات عالية الطاقة، والأجهزة التي تعمل بالبطاريات |
| مصدر إمداد الطاقة الخطي | تموج منخفض، تصميم بسيط | كفاءة منخفضة، توليد حرارة منخفضة وتوليد حرارة كبيرة | دوائر منخفضة الطاقة وحساسة للضوضاء |
| LDO | تسرب منخفض، ضوضاء منخفضة | لا تزال الكفاءة منخفضة نسبيًا | تطبيقات التسرب المنخفض، دوائر الترددات اللاسلكية |
4.3 عملية التصميم الموحد لثنائي الفينيل متعدد الكلور
المرحلة 1: التصميم التخطيطي
- إنشاء الحزم بناءً على أبعاد المكونات الفعلية
- يوصى باستخدام المكتبات القائمة مثل JLCPCB
- إضافة نماذج ثلاثية الأبعاد للتحقق البصري
- الدوائر التطبيقية المرجعية المقدمة من الشركات المصنعة للرقاقات
- تعلم من تصميمات الوحدات المجربة
- استخدام الموارد عبر الإنترنت (شبكة CSDN، المنتديات التقنية) للحصول على تصميمات مرجعية
المرحلة 2: تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور والتوجيه
- وضع مدمج للوحدات الوظيفية
- احتفظ بالمكونات المولدة للحرارة بعيداً عن الأجهزة الحساسة
- اتبع توصيات التخطيط في أوراق بيانات الرقاقة
- عرض التتبع: 10-15 ميل (إشارات عادية)
- تجنب الآثار الحادة والزاوية اليمنى
- ضع البلورات بالقرب من الدوائر المتكاملة مع عدم وجود آثار تحتها
- إدارة الطاقة والمستوى الأرضي
- عرض مسار الطاقة: 30-50 ميل (معدّل بناءً على التيار)
- يمكن تحقيق التوصيلات الأرضية من خلال صب النحاس
- استخدام الشقوق بشكل مناسب لربط الطبقات المختلفة
5. تقنيات واعتبارات التصميم الاحترافي
5.1 أساسيات تصميم الدوائر عالية السرعة
- مطابقة المعاوقة: 50 أوم أحادي الطرف، 90/100 أوم تفاضلي
- تكامل الإشارة: النظر في تأثيرات خط الإرسال، وانعكاسات التحكم، والحديث المتبادل
- تكامل الطاقة: وضع مكثف فصل ملائم للمكثف
5.2 استراتيجيات الإدارة الحرارية
- إعطاء الأولوية لمسارات تبديد الحرارة للأجهزة ذات الطاقة العالية
- اختيار مواد ذات موصلية حرارية عالية (قلب معدني، مواد ذات درجة حرارة عالية)
- الاستخدام السليم للأبواب الحرارية
5.3 التصميم من أجل التصنيع (DFM)
- الامتثال لإمكانيات عملية الشركة المصنعة لثنائي الفينيل متعدد الكلور
- تعيين تصاريح السلامة المناسبة
- النظر في تصميم الألواح