سماكة النحاس 1 أوقية | سماكة لوحة الدوائر المطبوعة: الدليل الشامل لأوزان النحاس في لوحات الدوائر المطبوعة

مقدمة

إذاً، هل سبق أن تساءلت لماذا سمك النحاس في لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) في لوحة الدوائر المطبوعة مهم فعلاً؟ أو ربما تحاول أن تقرر بين استخدام نحاس 1 أونصة أو 2 أونصة في لوحتك؟ صدقني، لست الوحيد. إن سمك النحاس هو أحد تلك التفاصيل الأساسية — ولكنها مربكة بعض الشيء — في تصميم اللوحات المطبوعة.

إن اختيار بين نحاس 1 أونصة و2 أونصة ليس فقط متعلقًا بمقدار الطاقة التي يمكن لوحك تحملها. بل يؤثر فعليًا على مجموعة من الأمور الأخرى أيضًا — مثل ضمان سلامة الإشارة، ومتانة اللوحة، وتكلفتها، وربما حتى عمرها الافتراضي.

في هذا الدليل، سنشرح كل ما تحتاج إلى معرفته حول سمك النحاس في لوحات الدوائر المطبوعة (PCB). سنوضح ما المقصود بـ'سمك النحاس بالأوقية'، ولماذا يُعد النحاس بسماكة 1 أوقية المعيار الشائع عادةً، ومتى يكون من المنطقي الانتقال إلى سماكة 2 أوقية، أو حتى استخدام لوحات نحاسية ثقيلة (Heavy Copper PCBs). سنستعرض أمثلة واقعية، ونشارك بعض النصائح الداخلية الخاصة بالتصنيع، ونقدم بعض الجداول المساعدة لتوضيح الأمور. سواء كنت تقوم فقط بصنع نموذج أولي أو تبني شيئًا يحتاج إلى التعامل مع طاقة كبيرة، فنحن نوفر لك التغطية الكاملة.

فهم سمك النحاس في لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) والوزن النحاسي

إذًا، عندما نتحدث عن سماكة النحاس في لوحة الدوائر المطبوعة، فإننا نعني في الأساس كمية النحاس المطبقة على اللوحة لتكوين تلك المسارات والأقراص الصغيرة. في صناعة اللوحات الإلكترونية، لا نستخدم عادةً وحدة "المليمتر". بل نستخدم وحدة قديمة هي: الأوقية لكل قدم مربع، أو ما يُعرف اختصارًا بـ "أوقية". قد يبدو هذا غريبًا، لكنه يعود في الأصل إلى وزن النحاس الموزع على مساحة معينة.

ما المقصود بسماكة نحاس 1 أوقية؟

• تُعد سماكة النحاس 1 أوقية مناسبة لمعظم توصيلات الإشارات والتوصيل المعتدل للطاقة. تخيل صفيحة نحاسية يبلغ وزنها أوقية واحدة بالضبط، وقياسها قدمًا واحدًا في قدم واحد. هذه هي سماكة النحاس 1 أوقية.
• إذا قمت بقياس سماكة تلك الصفيحة، فستكون حوالي 35 ميكرونًا (أو 35 ميكرون). هذه هي السماكة القياسية الشائعة، والتي تُستخدم في نحو 90٪ من اللوحات الدوائر الموجودة حاليًا. وهي مناسبة تمامًا لمعظم الإشارات العادية وقدر جيد من الطاقة.

لماذا نستخدم وحدة الأوقية بدلًا من السماكة مباشرة؟

• بصراحة، هذه عادة صناعية إلى حد ما ترسخت منذ الأيام القديمة. كان من الأسهل شراء النحاس وقياسه بالوزن في تلك الفترة.
• الشيء الرائع هو أن أدوات الجميع الآن مضبوطة على هذا النظام. جميع الحاسبات التي تخبرك بعرض المسار اللازم لنقل كمية معينة من التيار تستخدم وحدة 'أونصة'. لذلك، أصبح هذا يُسهّل الأمور الآن فعليًا.
• لكن كمصمم، يجب أن تحتفظ برقمين في ذهنك — وزن النحاس والسماكة الفعلية بوحدة المليمتر — كي تكون تصاميمك ومحاكاة الدوائر دقيقة تمامًا.

سماكة النحاس في تصميم اللوحات الإلكترونية: الأساسيات

لماذا تعد سماكة النحاس أمرًا بالغ الأهمية

إذًا، إن سماكة النحاس تضع في الأساس القواعد التي تحدد ما يمكن للوحتك فعله وما لا يمكنها فعله. فكّر فيها بهذه الطريقة:

• قدرة نقل التيار: النحاس السميك يشبه طريقًا أوسع للكهرباء. فهو قادر على نقل تيار أكبر بكثير قبل أن يبدأ في الارتفاع الحراري.
• عرض مسار النحاس: إذا كنت بحاجة إلى مسار لينقل كمية معينة من التيار، فإن استخدام نحاس أسمك يعني أنه يمكنك جعل هذا المسار أضيق، مما يوفر مساحة على لوحتك.
• إدارة الحرارة: النحاس ممتاز في سحب الحرارة بعيدًا. كلما زاد كمية النحاس، ازداد تأثير مشتت الحرارة، مما يحافظ على المكونات الحساسة من التلف.
• القوة الميكانيكية: يؤدي استخدام نحاس أكثر سماكة إلى تقوية الوسادات والثقوب، ما يعني أن لوحتك أقل عرضة للتلف أثناء التجميع عندما تُركب المكونات وتُلحَم.
• المتانة تحت الضغط: عندما تسوء الظروف — مثل حدوث زيادات في التيار، أو تسخين اللوحة باستمرار ثم تبريدها — يكون النحاس السميك أكثر مقاومة. كما أنه أقل عرضة للتشقق أو التقشر أو الاحتراق.

سماكات النحاس القياسية في صناعة اللوحات المطبوعة

أوزان النحاس القياسية المستخدمة في صناعة اللوحات المطبوعة تكون عادةً 0.5 أونصة، 1 أونصة، 2 أونصة، 3 أونصة، و4 أونصة نحاس لكل قدم مربع، مع كون نحاس 1 أونصة هو القياسي لأغلبية كبيرة من اللوحات المطبوعة.

جدول سماكات النحاس النموذجية:

مخطط سماكة النحاس: مقارنة بين لوحات الدوائر المطبوعة بالنحاس 1 أونصة و2 أونصة

من أكثر الأسئلة شيوعًا هو الفرق بين 1 أونصة و2 أونصة نحاس في تصميم اللوحات المطبوعة . إليك مقارنة سهلة للرجوع إليها:

1 أوقية مقابل 2 أوقية: أيهما يجب أن تختار؟

• نحاس بسماكة 1 أوقية : هو الخيار الأمثل للاستخدامات اليومية — مثل معظم الدوائر الرقمية، وتوصيل الإشارات، واللوحات منخفضة الطاقة. إنها ’القياسيّة لسبب ما.
• نحاس بسماكة 2 أوقية : يُستخدم عندما تصبح الأمور جادة — نحن ’نتحدث عن طاقة عالية، والتيار الكهربائي الكبير، أو لوحات تتطلب توزيعًا أفضل للحرارة لأنها تعمل بدرجات حرارة مرتفعة.
• عندما ت ’إعادة مقارنة بين 1 أوقية و2 أوقية من النحاس ، لا تفكر فقط في التيار. اسأل نفسك: كم المساحة المتاحة لدي؟ ما هو ميزانيتي؟ وكم يجب أن تكون صغر حجم المسارات الخاصة بي؟ لأن استخدام نحاس أكثر سماكة يمكن أن يوفر المساحة ولكنه قد يكلف أكثر ويحد من التفاصيل الدقيقة. ’المساحة التي أمتلكها؟ ما هي ميزانيتي؟ وكم يجب أن تكون صغر حجم المسارات الخاصة بي؟ لأن استخدام نحاس أكثر سماكة يمكن أن يوفر المساحة ولكنه قد يكلف أكثر ويحد من التفاصيل الدقيقة. ’المساحة التي أمتلكها؟ ما هي ميزانيتي؟ وكم يجب أن تكون صغر حجم المسارات الخاصة بي؟ لأن استخدام نحاس أكثر سماكة يمكن أن يوفر المساحة ولكنه قد يكلف أكثر ويحد من التفاصيل الدقيقة.

وزن النحاس: لوحات دوائر نحاسية بسماكة 1 أوقية مقابل 2 أوقية

تأثير وزن النحاس على تصميم اللوحات الإلكترونية

• سماكة نحاس 1 أوقية تعتبر الخيار الشامل. وهي مثالية لمعظم اللوحات الرقمية مثل Arduino أو Raspberry Pi، كما أنها الخيار الأفضل لـ لوحة الدوائر المطبوعة المرنة أو عندما تقوم بتجميع الكثير من المكونات في مساحة صغيرة.
• سماكة نحاس 2 أوقية هو متخصصك في الطاقة. ستحتاج إلى هذا في المهام الصعبة —أمور مثل دوائر إمداد الطاقة ، أنظمة إدارة البطاريات، أو الدوائر التي تشغل المحركات.
• الـ لوحات الدوائر المصنوعة من النحاس عادةً بينما تكون سماكة 1 أوقية هي الافتراضية، فإن معظم الشركات المصنعة تُسهل إلى حد كبير الترقية إلى سماكة 2 أوقية أو حتى 3 أوقية نحاس لـ النحاس الثقيل دوائر مطبوعة (PCBs).

الفرق في سماكة النحاس في التطبيق العملي

• هنا أكبر ميزة: مضاعفة من 1 أونصة إلى 2 عُصا سمك النحاس يعني أنه يمكنك أن تقلل من عرض العلامة إلى النصف وستظل تحمل نفس الكمية من التيار هذا توفير مساحة ضخمة لمسارات الطاقة!
• لكن هناك خدعة... زيادة سمك النحاس .. عندما تستخدمها، حجم الميزة الدنيا وسعة المسار وقواعد الفاصل أكبر. لذا، فإنك توفر مساحة على العرض، ولكن قد تفقد القدرة على القيام بتفاصيل فائقة الدقة، عالية الكثافة.

اختيار سمك النحاس المناسب في تصميم الـ PCB -2

نصائح لاختيار الوزن المناسب للنحاس (مواصلة)

تحليل توزيع التيار الكلي:

استخدم آلة حاسبة إلكترونية لعرض العرض لمعرفة كمية التيار التي يمكن أن يحملها كل أثر. يجب أن تطابق سمك النحاس في لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) مع أعلى تيار، وإلا قد تسخن آثارك بشكل مفرط أو تتسبب في انخفاض جهدك.

قم بتقييم عرض الأثر ومساحة اللوحة:

إذا كنت تضع الكثير في مساحة صغيرة، فإن التبديل من نحاس بسماكة 1 أوقية إلى نحاس بسماكة 2 أوقية هو إجراء تقليدي. فهو يتيح لك استخدام آثار أرقّ للخطوط عالية القدرة، مما يحرر مساحة ثمينة لكل شيء آخر.

فكر في سماكة اللوحة وتراكبها:

• • تذكّر دائمًا أن طبقة نحاس أكثر سمكًا تُضيف إلى الإجمالي الخاص بـ سماكة اللوحة . في اللوحات المعقدة متعددة الطبقات، من الشائع المزج بين خيارات مختلفة. قد تستخدم سمكًا مختلفًا من النحاس بوحدة الأونصة في الطبقات الخارجية للإشارات الحساسة عالية السرعة، ثم تستخدم نحاسًا سميكًا بسماكة 2 أونصة في طبقة داخلية كمستوى طاقة مخصص.

تقييم احتياجات إدارة الحرارة:

النحاس هو مشتت الحرارة المدمج لديك. إذا كنت تقوم ببناء شيء مثل مجموعة إضاءة LED ساطعة أو دوائر كهربائية عالية القدرة , باستخدام لوحات الدوائر المطبوعة بنحاس 2 أونصة يمكن أن تضاعف قدرتك على التبريد وتحمي مكوناتك من التلف جراء الحرارة الزائدة.

فهم الآثار المتعلقة بالتركيب والتكلفة:

• • ها هي النقطة المهمة: النحاس السميك أكثر تكلفة. فهو يستخدم مواد خام أكثر ويصعب على المصنع نقشه بدقة. لذا اسأل نفسك: هل أحتاج إلى نحاس سميك في كل مكان، أم فقط في بعض المواقع الرئيسية؟ من الأفضل الالتزام بسماكة 1 أونصة كخيار قياسي الوزن القياسي للنحاس أرخص بكثير وأسهل في التصنيع.

راجع معايير IPC:

عند الشك، تحقق من مقياس IPC-2221 إنه الدليل الرسمي لصناعة الإلكترونيات الذي يحدد لك بدقة عرض المسار المطلوب بالنسبة لتيار معين ووزن نحاس معين، مما يضمن أن تصميمك آمن وموثوق.

نصائح لتصميم لوحة الدوائر المطبوعة حول تحديد وتحديد سماكة النحاس

أفضل الممارسات المتعلقة بسماكة النحاس في تخطيط لوحة الدوائر المطبوعة

• حدد سماكة النحاس النهائية: هذه نقطة مهمة جدًا. عندما تقول "نحاس 2 أونصة"، يجب أن توضح دائمًا ما إذا كنت تقصد سمك الرقائق الابتدائية أم وزن النحاس المكتمل بعد الانتهاء من الطلاء بالكامل. إنها مختلفة، ويجب أن تتأكد من أنك على نفس الموجة.
• سكب النحاس للأرضي/الطاقة: لا تترك مساحات فارغة كبيرة على اللوحة الخاصة بك. املأ هذه المناطق بالنحاس المتصل بالأرضي. هذا يمنحك اتصال أرضي متين للغاية ويعمل كمُبرد داخلي مدمج.
• استخدم المسارات المتوازية: إذا كان لديك مسار تيار عالي جدًا، بدلًا من إنشاء مسار واحد ضخم وعريض جدًا، جرّب تقسيمه إلى عدة مسارات أصغر متوازية. هذا أكثر موثوقية وينشر الحرارة بشكل أفضل.
• نفّذ الثقوب الحرارية: هل لديك مكون ساخن؟ ضع مجموعة من الثقوب الصغيرة (نسميها الثقوب الحرارية) مباشرة تحت وسادة التبديد الحراري الخاصة به. هذا يُنشئ طريقًا سريعًا لنقل الحرارة إلى الطبقات الداخلية أو أسفل اللوحة.
• طلاء الحواف والنحاس المكشوف: للواحات عالية التردد صعبة التصميم، يمكنك إضافة طلاء نحاس على حافة اللوحة أو ترك النحاس مكشوفًا في أماكن معينة. يمكن أن يساعد هذا في التقليل من التداخل الكهرومغناطيسي (EMI).
• سمك النحاس يكون عادةً: ها هي القاعدة الذهبية: فقط التزم بالقيمة القياسية سماكة نحاس 1 أوقية إلا إذا كان لديك سبب وجيه جدًا —مثل كمية كبيرة من الحرارة أو تيار هائل —للانتقال إلى سمك أكبر. فهو أرخص، وأسهل في التصنيع، ويناسب 90٪ من جميع التصاميم .

تصنيع اللوحات الإلكترونية: صفائح النحاس، الطلاء، والمعايير

كيف يتم تحقيق سمك صفائح النحاس

أولًا، يبدأون بألواح رقيقة من صفائح النحاس ثم يلصقونها على اللوحة الفارغة. وهذا يمنحك الطبقة الأساسية —وزنك الابتدائي، مثل 1 أوقية.

ثم يستخدمون هذه طلاء النحاس العملية لزيادة النحاس في أماكن محددة، خاصة داخل الثقوب (وهي ما يُعرف بـ vias). وهذا يجعل التوصيلات عبر اللوحة أكثر قوة ويمكن أن يزيد السُمك الكلي في مناطق معينة.

سُمك النحاس القياسي معظم اللوحات الإلكترونية يكون سُمك النحاس فيها 1 أوقية في كل مكان. ولكن إذا حددت نحاس بسماكة 2 أوقية فإنهم سيقومون بالتغطية بالطلاء للوصول إلى هذا الهدف. وطوال الوقت، يتم التحقق باستمرار من السُمك للتأكد من أنه ضمن المواصفات.

آثار التجميع على اللوحة الإلكترونية

النحاس السميك صعب اللحام! لأنه يمتص الحرارة، قد يحتاج القائم بالتركيب إلى استخدام مواد كيميائية أقوى وزيادة درجة حرارة اللحام للحصول على وصلة جيدة.

إليك المفارقة: الحرارة الزائدة قد تكون خطرة. فقد تؤدي إلى تلف المسارات الرفيعة والحساسة في أجزاء أخرى من اللوحة.

لذلك نصيحتي رقم واحد؟ إذا كانت لوحتك تجمع بين أوزان مختلفة من النحاس، يجب أن تخبر تركيب الدوائر المطبوعة المنزل قبل الوقت. أعطهم إشعار حتى يتمكنوا من تعديل عملية التطبيق الخاصة بهم ولا يطبخوا تصميمك عن طريق الخطأ.

الأسئلة المتكررة حول سمك النحاس في تصميم PCB

س: ما هي المزايا الرئيسية للنحاس 1 أونصة مقابل النحاس 2 أونصة في تصميم PCB؟

أ: فكر في 1 أونصة كحليب يومي — إنه ’أرخص، يعمل بشكل رائع مع معظم الأشياء الرقمية، ويسمح لك بترك آثار دقيقة حقا. أنتِ ’إختاري نحاس بسماكة 2 أوقية عندما تحتاج إلى نقل المزيد من الطاقة، التعامل مع الحرارة بشكل أفضل، أو تريد فقط لوحة أن تكون أكثر صلابة حول أشياء مثل موصلات الطاقة.

س: كيف أعرف إن كنت بحاجة إلى نحاس أكثر سمكاً؟

ج: إذا قمت بتشغيل الأرقام من خلال آلة حاسبة عرض العلامة وترى أن العلامات 1 أونصة الخاص بك سوف يزيد من درجة حرارة أو انخفاض الكثير من الجهد، فإنه ’حان الوقت للتفكير في 2 أونص أيضا، إذا تحصل على لوحة حار في التشغيل — ثق بحدسك (وبالرياضيات) واختر سمكًا أكبر.

س: ما هو السمك القياسي للنحاس في الطبقات الخارجية لوحات الدوائر المطبوعة؟

ج: تستخدم معظم اللوحات 1 أوقية، ولكن إذا ’كنت تبني شيئًا يستهلك طاقة كبيرة، فإن 2 أوقية شائع جدًا أيضًا للطبقات الخارجية. بالنسبة للتطبيقات الثقيلة حقًا، قد تصل بعض التصاميم إلى سماكات أكبر.

س: هل يمكنني مزج سماكات النحاس في اللوحات متعددة الطبقات؟

ج: بالتأكيد! بل إن هذا أمر شائع جدًا في اللوحات متعددة الطبقات. قد يكون لديك نحاس رقيق للإشارات الحساسة في إحدى الطبقات، ونحاس سميك لمستوى الطاقة في طبقة أخرى.

س: كيف يؤثر سمك النحاس على تصميم اللوحات المرنة والدوائر المرنة؟

ج: بالنسبة للوحات المرنة، يُفضل أن يكون النحاس أرفع — وعادة ما نلتزم بـ 0.5 أوقية أو 1 أوقية من النحاس. فالنحاس السميك لا يثني جيدًا وقد يتسبب في التشقق، وبالتالي نتجنب استخدامه في معظم التطبيقات المرنة.

س: ماذا لو كان لدي نحاس زائد على لوحتي؟

أ: نعم، في الواقع. إذا قمت بوضع صب مكثف من النحاس دون تخطيط، فقد يؤدي ذلك إلى تشوه اللوحة أثناء التجميع أو تسبب تسخينًا غير متساوٍ. حاول دائمًا موازنة النحاس عبر الطبقات واستخدم عوازل حرارية عند الاتصال بالأقراص.

الخلاصة: أهمية اختيار وزن النحاس المناسب

إذًا، في نهاية المطاف، اختيارك سماكة النحاس المناسبة في تصميم اللوحات المطبوعة يتعلق كله بالتوازن.

الالتزام بالقياسي نحاس بسماكة 1 أوقية هو خيار قوي وموفر للمال في حوالي 90٪ من المشاريع. ولكن عندما تتعامل مع طاقة كبيرة أو تبدأ الأشياء في التسخين، فحينها تنتقل إلى سماكة نحاس 2 أوقية أو حتى نحاس أثقل. الأمر لا يتعلق فقط بجعل الجهاز يعمل —بل يتعلق بجعله آمنًا وموثوقًا ومصممًا ليكون دائمًا.

لوحات نحاسية هي الأساس لكل ما نبنيه إلكترونيًا. فهم كيفية ترابط وزن النحاس وتراكب اللوحة، واحتياجاتك الفعلية معًا هو ما يُحوّل المشروع من مجرد "يعمل" إلى "يعمل بشكل ممتاز"

لذلك سواء كنت تحاول فقط اختيار بين 1 أوقية مقابل 2 أوقية نحاس ، أو أوقية مقابل 2 أوقية نحاس pcb ففقط تذكّر: اجعل القواعد القياسية وبعض الحسابات البسيطة دليلك، ولن تخطئ أبدًا.