ما هي المواد المستخدمة في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)؟

يتم تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة باستخدام مزيج من الركائز العازلة، ورقائق النحاس، والمواد المُسبقة التشكيل، وأقنعة اللحام، وتشطيبات الأسطح. ويؤثر اختيار المواد تأثيرًا مباشرًا على الأداء الكهربائي، والاستقرار الحراري، والقوة الميكانيكية، والموثوقية على المدى الطويل.

على الرغم من أن مادة FR4 لا تزال هي الركيزة الأكثر استخدامًا، إلا أن العديد من التطبيقات تتطلب مواد متخصصة لتلبية متطلبات الترددات العالية أو درجات الحرارة المرتفعة أو الموصلية الحرارية. إن فهم دور كل مادة يساعد المهندسين على اختيار التركيب الأنسب لتصميم معين.

مواد الركيزة المستخدمة في صناعة لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)

تُعد الطبقة السفلية الأساس الهيكلي للوحة. فهي توفر الدعم الميكانيكي والعزل الكهربائي بين الطبقات الموصلة.

تُستخدم عادةً عدة أنظمة للركائز في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة.

FR4

تُعد مادة FR4 المعيار الصناعي السائد في معظم الأجهزة الإلكترونية التجارية والصناعية. فهي تجمع بين الألياف الزجاجية المنسوجة وراتنج الإيبوكسي، مما يوفر خصائص كهربائية جيدة وفعالية من حيث التكلفة.

تشمل التطبيقات النموذجية ما يلي:

• الإلكترونيات الاستهلاكية
• الضوابط الصناعية
• معدات الاتصالات
• وحدات السيارات

بالنسبة للوحات متعددة الطبقات القياسية، توفر مادة FR4 توازنًا جيدًا بين الأداء وتكلفة التصنيع.

FR4 عالي المحتوى من مادة TG

يُفضل استخدام المواد ذات درجة حرارة الانتقال الزجاجي (TG) العالية عندما تتعرض اللوحات لدرجات حرارة مرتفعة أو لدورات لحام متعددة خالية من الرصاص.

غالبًا ما تُستخدم الألواح ذات المحتوى العالي من مادة TG في:

• إلكترونيات السيارات
• إمدادات الطاقة
• الخوادم
• أنظمة التحكم الصناعي

بالمقارنة مع مادة FR4 القياسية، تتميز المواد ذات درجة الحرارة الزجاجية (TG) العالية باستقرار أبعاد أفضل ومقاومة أفضل للرطوبة.

المواد عالية التردد

غالبًا ما تتطلب تطبيقات الترددات الراديوية والموجات الدقيقة مواد تتميز بتقلب منخفض في الثابت العازل وعامل تبديد منخفض.

ومن الأمثلة الشائعة ما يلي:

• مصفحات روجرز
• المواد القائمة على مادة PTFE
• مواد تاكونيك
• سلسلة باناسونيك ميجترون

تُستخدم هذه المواد على نطاق واسع في:

• أنظمة الرادار
• معدات الاتصالات من الجيل الخامس (5G)
• إلكترونيات الأقمار الصناعية
• منتجات الشبكات عالية السرعة

مواد البوليميد

تتميز مواد البوليميد بمقاومة حرارية ومرونة ممتازتين. وهي تُستخدم عادةً في تطبيقات الدوائر المرنة والدوائر المرنة-الصلبة.

ومن بين الصناعات النموذجية ما يلي:

• الفضاء الجوي
• الإلكترونيات الطبية
• الأجهزة القابلة للارتداء
• الأنظمة العسكرية

يمكن للوحات البوليميد أن تتحمل الظروف القاسية التي قد لا تكون فيها لوحات FR4 التقليدية مناسبة.

مواد القلب المعدني

تستخدم لوحات الدوائر المطبوعة ذات القلب المعدني قواعد من الألومنيوم أو النحاس لتحسين عملية تبديد الحرارة.

وغالبًا ما تُستخدم في:

• إضاءة LED
• محولات الطاقة
• إضاءة السيارات
• التطبيقات التي تتطلب تيارًا عاليًا

لا تزال لوحات الدوائر المطبوعة ذات القلب الألومنيومي هي الحل الأكثر شيوعًا نظرًا للتوازن الذي توفره بين الأداء الحراري وتكلفة التصنيع.

رقائق النحاس

تشكل رقائق النحاس المسارات الموصلة التي تنقل الإشارات الكهربائية والطاقة عبر اللوحة.

تشمل الأوزان النحاسية الشائعة ما يلي:

يؤدي استخدام النحاس الأكثر سمكًا إلى تحسين قدرة توصيل التيار، ولكنه يؤثر أيضًا على تباعد المسارات وتفاوتات الحفر.

غالبًا ما تُستخدم الهياكل النحاسية الثقيلة في إلكترونيات الطاقة والمعدات الصناعية.

المواد الأساسية والمواد المُسبقة التشكيل

يتم تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات باستخدام النوى والمواد المُسبقة التشكيل.

المادة الأساسية

يتكون القلب من مادة مصفحة مُعالجة مع رقائق نحاسية على كلا الجانبين. وهو يوفر الصلابة ويحدد سماكة الطبقة.

بريبريج

يحتوي «البريبريغ» على راتنج مُعالج جزئيًا ومُقوى بقماش من الألياف الزجاجية. وأثناء عملية التصفيح، تعمل الحرارة والضغط على ربط الطبقات المتعددة معًا.

يحدد المزيج بين المادة الأساسية والمادة المُسبقة التشريب ما يلي:

• سُمك اللوح
• التحكم في المعاوقة
• الاستقرار الميكانيكي
• المسافة بين الطبقات

يُعد الاختيار الصحيح للمواد أمرًا ضروريًا للتصاميم عالية السرعة والهياكل التي يتم التحكم في مقاومتها.

قناع اللحام

يحمي قناع اللحام المسارات النحاسية من الأكسدة ويمنع حدوث جسور اللحام أثناء التجميع.

لا يزال اللون الأخضر هو الأكثر شيوعًا، على الرغم من أن الألوان الأسود والأبيض والأزرق والأحمر متوفرة أيضًا على نطاق واسع.

بالإضافة إلى المظهر الجمالي، تعمل أقنعة اللحام على تحسين:

• عزل الأسطح
• مقاومة الرطوبة
• مقاومة المواد الكيميائية
• الموثوقية أثناء التجميع

مواد تشطيب الأسطح

تحمي التشطيبات السطحية اللوحات النحاسية المكشوفة وتضمن قابلية اللحام.

تشمل التشطيبات الشائعة ما يلي:

ENIG

يوفر طلاء النيكل غير الكهربائي المغمور بالذهب استواءً ممتازًا ومقاومة عالية للتآكل، مما يجعله مناسبًا للمكونات ذات المسافات الدقيقة وحزم BGA.

HASL

لا يزال تسوية اللحام بالهواء الساخن خيارًا فعالاً من حيث التكلفة بالنسبة للتركيبات التقليدية.

صفيح الغمر

يوفر القصدير المغمور قابلية لحام جيدة، وغالبًا ما يُستخدم في منتجات الاتصالات والمنتجات الصناعية.

OSP

غالبًا ما يُختار «المحافظ العضوي على قابلية اللحام» في صناعة الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية ذات الحجم الكبير نظرًا لتكلفته المنخفضة.

يعتمد اختيار المواد على الاستخدام

تختلف المتطلبات المفروضة على مواد لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) باختلاف التطبيقات.

ينبغي أن يأخذ اختيار المواد في الاعتبار عدة عوامل في آن واحد:

• تردد التشغيل
• المتطلبات الحرارية
• الإجهاد الميكانيكي
• عملية التجميع
• الهدف المالي
• الموثوقية على المدى الطويل

يساعد اختيار المزيج المناسب من الركيزة ورقائق النحاس والمواد المُسبقة التشكيل وقناع اللحام والتشطيب السطحي على ضمان أداء مستقر طوال دورة حياة المنتج.

الأسئلة الشائعة