عند تصميم لوحة الدوائر المطبوعة ( الـ PCB )، فإن سمك اللوحة يعد أحد العوامل الحرجة التي تحدد نجاح المشروع. يشير سمك لوحة الدوائر المطبوعة إلى الارتفاع الكلي للوحة، بما في ذلك جميع طبقات النحاس، والركيزة، وطبقة العزل (prepreg)، وقناع اللحام، وتشطيب السطح من الطبقة السفلية إلى الطبقة العلوية. إن اختيار السمك المناسب أمر بالغ الأهمية لتصميم المنتجات الإلكترونية، لذا من المهم النظر في السمك المناسب للتطبيق واختباره قبل المضي قدمًا في التصميم.
يقدّم دليل سماكة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) التالي مقدمة شاملة لمعايير سماكة اللوحات، والعوامل المؤثرة في سماكة اللوحة، وتأثير سماكة لوحة الدوائر المطبوعة على الأداء الكهربائي والحراري والميكانيكي، وكيفية اختيار السماكة المناسبة بناءً على الاحتياجات المحددة. سواء كنت بحاجة إلى سماكة قياسية للوحة ثنائية الطبقات أو تستكشف خيارات سماكة مخصصة للوحة متعددة الطبقات، فإن هذا الدليل يضمن أن تلبّي مشروعك متطلبات التصنيع والتجميع والاستخدام.
تشير سماكة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) إلى السماكة الكلية للوحة، بما في ذلك جميع الطبقات المصهولة. ويمثل فهم سماكة لوحة الدوائر المطبوعة واحدة من الأساسيات الأولية التي يجب أن يتقنها كل مصمم ومنتج للوحات الدوائر المطبوعة.
السلامة الهيكلية: يضمن سمك اللوحة المطبوعة (PCB) المناسب أن تلبي لوحة الدوائر المتطلبات الميكانيكية من حيث المتانة. فاللوحات الأسمك أقل عرضة للانحناء أو الكسر، وهي نقطة بالغة الأهمية خاصةً بالنسبة للوحات الكبيرة أو تلك المعرضة لإجهادات ميكانيكية.
الأداء الكهربائي: يؤثر سمك اللوحة المطبوعة (PCB) على انتقال الإشارة والتحكم في المعاوقة، خصوصًا في اللوحات عالية التردد أو لوحات الترددات الراديوية (RF). إن سماكة العازل بين طبقات النحاس تكون حاسمة بالنسبة لخطوط التحكم في المعاوقة.
إدارة الحرارة: تعزز الركائز الأسمك وزيادة سماكة رقائق النحاس كفاءة تبديد الحرارة.
التصنيع والتجميع: يساعد استخدام سمك قياسي للوحة المطبوعة (PCB) في تحسين عمليات التصنيع والتجميع، ويضمن التوافق والاستقرار مع الموصلات وتقنيات اللحام والأغلفة.
مرونة التطبيق: في الحالات التي تتضمن موصلات ثقيلة أو تطبيقات طاقة ذات تيار عالٍ، غالبًا ما تكون المواد الأسمك للوحة المطبوعة (PCB) مطلوبة.
السُمك الكلي للكثير الدائري هو النتيجة المجمعة لأسمك جميع طبقات المواد في التصميم.
طبقة رقائق النحاس:
يتم قياس سُمك النحاس عادةً بوحدة الأونصة لكل قدم مربع (أونصة). إن سماكات النحاس القياسية (مثل 1 أونصة، و2 أونصة، و3 أونصة) تؤثر بشكل مباشر على قدرة التوصيل الكهربائي للمسارات وعلى سُمك الموصلات.
النواة العازلة والطبقة اللاصقة شبه الجاهزة:
إن اختيار مواد النواة (مثل FR4، وبولي إيميذ) وسُمك الراتنج المُستخدم يؤثران ليس فقط على السُمك الكلي، بل ويؤثران أيضًا بشكل كبير على الأداء الكهربائي والخصائص الحرارية.
سُمك طبقة الطلاء الواقي من اللحام (Solder Mask):
على الرغم من أن سُمكها عادة أقل من 0.05 مم، فإن وجود طبقة الطلاء الواقي يزيد بشكل طفيف من السُمك الكلي، ويلعب دورًا حاسمًا في موثوقية وصلات اللحام.
عمليات التشطيب السطحي:
سواء كان ذلك ENIG (تغطية النيكل بالذهب بدون تيار كهربائي)، أو HASL (تسوية اللحام بالهواء الساخن)، أو OSP (مادة حماية قابلية اللحام العضوية)، فإن هذه العمليات تضيف سماكةً تُقاس بعشرات الميكرونات فقط. ومع ذلك، فهي ضرورية لقابلية اللحام ولها أهمية خاصة في التحكم بالسماكة في التطبيقات ذات المسافات الدقيقة أو التردد العالي.
طبقة |
السُمك النموذجي (ملم) |
التأثير |
ورق نحاسي |
0.018–0.105 |
التيار، وسلامة الإشارة |
البريغ |
0.06–0.20 |
العازل، طبقات الربط |
الطبقة الأساسية (FR4) |
0.2–1.6 |
صلابة اللوحة، والعزل |
غطاء اللحام |
0.015–0.05 |
الحماية، تأثير ضئيل على السماكة |
اللمسة النهائية للسطح |
<0.01 |
قابلية اللحام، تأثير ضئيل على السماكة |
سماكة لوحة الدوائر (ملم) |
بوصات |
الاستخدام القياسي |
0.4 |
0.016 |
البطاقات الذكية، لوحات الدوائر المرنة، الأجهزة فائقة الصغر |
0.8 |
0.031 |
التكنولوجيا الاستهلاكية المدمجة، الإنترنت للأشياء، الأجهزة القابلة للارتداء |
1.0 |
0.039 |
الهواتف المتنقلة، الاستخدام العام للمستهلكين، التصاميم المتوازنة |
1.6 |
0.063 |
الافتراضي للوحات الدوائر ثنائية الطبقات ومعظم اللوحات الصلبة |
2.0 – 2.4 |
0.079–0.094 |
السيارات، التحكم الصناعي، اللوحات القوية |
3.2+ |
0.126+ |
لوحات الدوائر الخاصة بالطاقة/الإضاءة (LED)، التصاميم السميكة عالية القدرة |
تؤثر سماكة رقائق النحاس تأثيراً مباشراً على معالجة الإشارات وقدرات التعامل مع الطاقة، مما يجعلها عنصراً أساسياً لا غنى عنه في أي دليل لسماكة لوحة الدوائر المطبوعة.
تعريف سماكة النحاس
تشير إلى سماكة طبقة النحاس على كل جانب من جوانب اللوحة الدائرية، وتقاس عادةً بوحدة الأونصة لكل قدم مربع (أونصة/قدم²). على سبيل المثال، فإن سماكة نحاس تبلغ 1 أونصة تساوي تقريبًا 35 ميكرومترًا، وهي وحدة معيارية شائعة الاستخدام في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB).
التأثيرات الأساسية
لا تحدد سماكة رقائق النحاس فقط قدرة التوصيل الكهربائي للمسارات، بل تؤثر أيضًا بشكل مباشر على الحد الأدنى للتباعد بين المسارات، والسماكة الكلية للوحة، وكفاءة إدارة الحرارة.
المواصفات الشائعة والتطبيقات
• 1 أونصة (35 ميكرومتر) – خطوط الإشارة القياسية ومسارات الطاقة، وتُستخدم على نطاق واسع في الإلكترونيات الاستهلاكية.
• 2 أونصة (70 ميكرومتر) – لوحات الدوائر عالية التيار والتيار الكهربائي، بعرض مسارات أوسع، ومسارات توصيل حراري محسّنة.
• 3 أونصة (105 ميكرومتر) – دوائر عالية القدرة، ومشغلات الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED)، ولوحات نحاسية سميكة مصممة لتحمل الأحمال العالية المؤقتة.
سمك النحاس |
μm |
الاستخدام النموذجي |
التأثير على سماكة اللوحة |
0.5 أوقية |
18 |
معدل ر pitch فائق الدقة، RF، HDI |
الحد الأدنى |
1oz |
35 |
استخدام عام، لوحة دوائر مطبوعة ذات طبقتين |
السمك الأكثر شيوعًا |
2 أونصة |
70 |
الطاقة، التحكم في الحرارة، مقاومة الضوضاء |
زيادة كبيرة |
3 أونصة فأكثر |
105–210 |
الطاقة، التيار الزائد، العواكس الثقيلة |
الأثخن، للتطبيقات الخاصة |
لا يمكن اعتبار أي دليل حول سماكة اللوحات المطبوعة كاملاً دون تحليل متعمق للعوامل الرئيسية التي تحدد السماكة المثلى للوحة الدوائر المطبوعة. عند اختيار السماكة المناسبة لتصميمك، ركّز على العناصر الحرجة التالية:
تؤثر سماكة لوحة الدوائر المطبوعة مباشرةً على الخصائص الكهربائية والفيزيائية الحرجة في التصميم.
التطبيق |
السمك النموذجي |
لماذا هذا السمك؟ |
الساعات الذكية، وأجهزة استشعار الإنترنت من الأشياء |
0.6 – 1.0 مم |
رقيق للإحكام، ويُستخدم فقط في المناورة الخفيفة |
الاستخدام القياسي للمستهلك (الهواتف، الأجهزة اللوحية) |
1.0 – 1.6 مم |
متوازن من حيث القوة والإشارات وسهولة التصنيع |
الإلكترونيات الكهربائية، اللوحات الصناعية |
2.0 – 2.4 مم |
عالية القدرة، متينة، تتحمل الحرارة/التيارات |
إضاءة LED عالية القدرة |
3.2 مم فأكثر |
تحسين تبديد الحرارة، نحاس سميك |
من الضروري التوضيح عندما تكون هناك حاجة إلى سماكات مخصصة أو غير قياسية.
لوحات الدوائر المطبوعة المرنة والقابلة للارتداء
• تتطلب ركائز رقيقة جدًا (0.2–0.4 مم) للحفاظ على المرونة والراحة.
• المبدأ التوجيهي الرئيسي: تحقق دائمًا من نصف القطر الأدنى للانحناء وتأكد من قدرة الشركة المصنعة على تحقيق تحكم دقيق في السُمك دون المساس بالمتانة.
الدوائر عالية التردد والراديوية (RF)
• يتطلب التحكم الدقيق في المعاوقة تسامحات ضيقة جدًا في سُمك طبقة العازل.
• ينبغي أن تستخدم التكوينات متعددة الطبقات مواد لاصقة خاصة وتقلل من السُمك الكلي لتحقيق وفاء إشارة مثالي.
الإلكترونيات عالية القدرة/الصناعية/السيارات
• استخدم نوى سميكة قوية (≥2.0 مم) مع نحاس ثقيل (2–3 أونصة) لتلبية متطلبات حماية الاندفاع، وإدارة الحرارة، والسلامة.
• قد تكون هناك حاجة إلى سُمك مخصص عند استخدام موصلات طاقة بنفق أو مسامير تثبيت كبيرة.
إضاءة LED ووحدات الطاقة
• عادةً ما تتجاوز الركائز الألومنيومية أو الخزفية 2 مم في السُمك الكلي لضمان تبديد حراري فعال للمكونات.
• تصبح إدارة الحرارة اعتبارًا أساسيًا في تصميم السُمك.
إليك الدليل البسيط لاختيار سماكة اللوحة:
تحديد التطبيق والبيئة: اطرح على نفسك: ما هي المتطلبات الميكانيكية والكهربائية والحرارية التي ستواجهها لوحتي؟ فهذا سيحدد السماكة المثلى.
اختر مقاسًا قياسيًا إن أمكن: 1.6 مم هو الخيار الشائع لمعظم التصاميم، مما يجعل تصنيع اللوحة أقل تكلفة ويُسهل عملية التجميع.
احسب متطلبات سماكة النحاس: استخدم معايير IPC وأدوات الحساب لتحديد الحد الأدنى من النحاس اللازم للتيار الأقصى لديك.
عامل عدد طبقات لوحة الدوائر المطبوعة: المزيد من الطبقات = زيادة في السُمك. ستكون اللوحة متعددة الطبقات دائمًا أكثر سُمكًا من لوحة ذات طبقتين باستخدام نفس مادة القلب.
محاكاة الترتيب الطبقي: استخدم أدوات تصميم لوحات الدوائر المطبوعة لتصور والتحقق من ترتيب الطبقات—فبعض الأدوات تتيح إجراء مسح للسُمك لتحسين الأداء وقابلية التصنيع.
استشر شركة تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة: يمكن أن يساعدك الرد المبكر في تحقيق توازن بين الأداء وما يمكن بناؤه بسهولة، ويمنع العقبات التصنيعية.
وثّق متطلباتك: تحديد السُمك، ووزن النحاس، وترتيب العازل في ملاحظات التصنيع يقلل من سوء الفهم ويساعد على ضمان تطابق اللوحة مع التوقعات.
س: ما هو سمك اللوحة المطبوعة القياسي؟
ج: السمك القياسي للوحة المطبوعة هو 1.6 مم، ولكن توجد العديد من القيم المدعومة التي تتراوح بين 0.4 مم و3.2 مم.
س: كيف يتم تحديد سمك اللوحة الكلي؟
ج: يشير السمك إلى الارتفاع الكلي من أحد سطحي اللوحة المطبوعة إلى السطح الآخر، بما في ذلك جميع الطبقات والتشطيبات.
س: لماذا يعتبر سمك لوحة الدوائر المطبوعة مهمًا جدًا؟
ج: يؤثر السمك على القوة، وأداء الإشارة، ومعالجة الحرارة، والتوافق مع التصنيع.
س: لدي لوحة دوائر مطبوعة ذات طبقتين—ما هو السمك الموصى به؟
ج: تستخدم معظم اللوحات ذات الطبقتين سمك 1.6 مم، والذي يُعتبر الأنسب للتوصيلات المستخدمة في السوق الجماعي والمناورة.
س: هل يمكنني طلب سمك مخصص للوحتي المطبوعة؟
ج: نعم، يمكن تخصيص السمك. لكن قد تتطلب الأحجام غير القياسية وقت تسليم أطول وتكاليف إنتاج أعلى. يجب دائمًا التواصل مع مصنّع اللوحات المطبوعة الخاص بك بشأن احتياجاتك من السماكات المخصصة في مرحلة مبكرة.
س: هل تؤثر سماكة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) على التجميع؟
ج: بالتأكيد. قد تتطلب الألواح الأقل سماكة من القياسية (مثلاً أقل من 1.0 مم) معالجة خاصة أثناء تجميع لوحة الدوائر المطبوعة، في حين أن السماكة التي تزيد عن 2.4 مم قد لا تناسب أنظمة التجميع الآلي الشائعة أو وصلات التوصيل دون تعديل.
س: هل تحسين السماكة يعزز الموثوقية؟
ج: ليس دائماً. فعلى الرغم من أن زيادة سماكة لوحة الدوائر المطبوعة يمكن أن تعزز القوة الميكانيكية وتبدد الحرارة بشكل أفضل، إلا أن السماكة الزائدة عن الحاجة قد تؤدي إلى ارتفاع تكلفة المواد وتجعل من الصعب تحقيق العناصر الدقيقة المطلوبة في تصميم لوحات الدوائر عالية الكثافة.
س: هل توجد إرشادات لاختيار سماكة نحاس لوحة الدوائر المطبوعة؟
ج: نعم! راجع المواصفة IPC-2221 وإرشادات التصميم الخاصة بشركة تصنيع لوحة الدوائر المطبوعة لديك للحصول على التوصيات بشأن سماكة النحاس بناءً على احتياجات التيار الكهربائي؛ ففي معظم التطبيقات تُستخدم سماكة 1 أونصة أو 2 أونصة، ولكن التصاميم الخاصة بالطاقة قد تتطلب 3 أونصات أو أكثر.
س: كيف تؤثر سماكة النحاس على عملية النقش والتصنيع؟
أ: يتطلب زيادة سماكة رقائق النحاس عرض أدنى أكبر للتتبع/التباعد، ويمكن أن يزيد من صعوبة التآكل، خاصة في اللوحات متعددة الطبقات التي تكون فيها سماكة النحاس عالية على طبقات متعددة.
س: هل توجد سماكة مثالية لجميع تصميمات اللوحات؟
ج: لا توجد سماكة واحدة تناسب جميع التصاميم. لتحديد السماكة المثالية، قم بتحليل متطلباتك الميكانيكية والكهربائية والتكلفة لكل مشروع. واستخدم هذا الدليل الشامل لتوجيه اختيارك.
إن فهم معايير سماكة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، وأهمية سماكة النحاس، والعوامل المؤثرة في السماكة الكلية للوحة، أمر ضروري لتصميم وتصنيع اللوحات الحديثة. فسماكة اللوحة المناسبة تؤثر بشكل مباشر على كل جانب رئيسي من جهازك: الأداء الكهربائي، وإدارة الحرارة، والمتانة الميكانيكية، وقابلية التصنيع، والفعالية من حيث التكلفة.
EN
