لماذا تُستخدم رقائق النحاس في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة؟

تُعدّ لوحات الدوائر المطبوعة مكونات أساسية في معظم الأجهزة الكهربائية. تتكون لوحات الدوائر المطبوعة الحديثة من عدة طبقات: الركيزة، والمسارات، وقناع اللحام، وطبقة الطباعة الحريرية. يُعدّ النحاس من أهم المواد المستخدمة في لوحات الدوائر المطبوعة، وهناك عدة أسباب لاستخدامه بدلاً من سبائك أخرى كالألومنيوم أو القصدير.

مم تتكون لوحات الدوائر المطبوعة؟

بحسب إحدى شركات تجميع لوحات الدوائر المطبوعة، تُصنع هذه اللوحات من مادة تُسمى الركيزة، وهي مصنوعة من الألياف الزجاجية المُدعمة براتنج الإيبوكسي. وفوق الركيزة، توجد طبقة من رقائق النحاس يمكن لصقها على كلا الجانبين أو على جانب واحد فقط. بعد تصنيع الركيزة، يقوم المصنّعون بوضع المكونات عليها. ويستخدمون قناع اللحام وتقنية الطباعة الحريرية، بالإضافة إلى المقاومات والمكثفات والترانزستورات والثنائيات ورقائق الدوائر وغيرها من المكونات المتخصصة للغاية.

لماذا تُستخدم رقائق النحاس في لوحات الدوائر المطبوعة؟

يستخدم مصنّعو لوحات الدوائر المطبوعة النحاس نظرًا لموصليته الكهربائية والحرارية الفائقة. فمع مرور التيار الكهربائي عبر اللوحة، يحمي النحاس باقي أجزائها من الحرارة والإجهاد. أما مع سبائك أخرى، كالألومنيوم أو القصدير، فقد تسخن اللوحة بشكل غير متساوٍ، ما يؤدي إلى خلل في أدائها.

يُعدّ النحاس السبيكة المفضلة لقدرته على نقل الإشارات الكهربائية عبر اللوحة دون أي مشاكل تتعلق بفقدان أو تباطؤ التيار. كما تُمكّن كفاءة نقل الحرارة المصنّعين من تركيب مشتتات حرارية تقليدية على السطح. يتميز النحاس نفسه بكفاءته العالية، إذ يكفي أونصة واحدة منه لتغطية قدم مربع من ركيزة لوحة الدوائر المطبوعة بسماكة 1.4 من الألف من البوصة أو 35 ميكرومترًا.

يتميز النحاس بموصلية عالية لوجود إلكترون حرّ ينتقل من ذرة إلى أخرى دون تباطؤ. ولأنه يحافظ على كفاءته العالية في الطبقات الرقيقة جدًا كما في الطبقات السميكة، فإن كمية قليلة من النحاس تكفي لقطع مسافات طويلة.

النحاس والمعادن الثمينة الأخرى المستخدمة في لوحات الدوائر المطبوعة
يتعرف معظم الناس على لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) بلونها الأخضر. لكنها عادةً ما تحتوي على ثلاثة ألوان في طبقتها الخارجية: الذهبي والفضي والأحمر. كما تحتوي على النحاس النقي من الداخل والخارج. أما المعادن الأخرى الموجودة على لوحة الدوائر فتظهر بألوان مختلفة. الطبقة الذهبية هي الأغلى، تليها الطبقة الفضية، ثم الطبقة الحمراء الأقل تكلفة.

استخدام الذهب بالغمر في لوحات الدوائر المطبوعة
النحاس على لوحة الدوائر المطبوعة

تُستخدم الطبقة المطلية بالذهب لحماية شظايا الموصلات ونقاط توصيل المكونات. أما طبقة الذهب المغمورة فتُستخدم لمنع تحرك ذرات السطح. هذه الطبقة ليست ذهبية اللون فحسب، بل مصنوعة من الذهب الخالص. ورغم رقة طبقة الذهب، إلا أنها كافية لإطالة عمر المكونات التي تحتاج إلى اللحام. كما يمنع الذهب أجزاء اللحام من التآكل مع مرور الوقت.

استخدام الفضة المغمورة في لوحات الدوائر المطبوعة
يُعدّ الفضة معدنًا آخر يُستخدم في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB). وهو أقل تكلفة بكثير من طلاء الذهب. يُمكن استخدام طلاء الفضة بدلاً من طلاء الذهب لأنه يُحسّن التوصيل ويُقلّل التكلفة الإجمالية للوحة. يُستخدم طلاء الفضة بكثرة في لوحات الدوائر المطبوعة المستخدمة في السيارات وملحقات الحاسوب.

رقائق نحاسية مغلفة في لوحات الدوائر المطبوعة
بدلاً من استخدام الغمر، يُستخدم النحاس في شكل غلاف. هذه هي الطبقة الحمراء للوحة الدوائر المطبوعة، وهو المعدن الأكثر شيوعًا. تُصنع لوحة الدوائر المطبوعة من النحاس كمعدن أساسي، وهو ضروري لتوصيل الدوائر وتفاعلها بكفاءة.

كيف يتم استخدام رقائق النحاس في لوحات الدوائر المطبوعة؟

يُستخدم النحاس في العديد من تطبيقات لوحات الدوائر المطبوعة، بدءًا من الرقائق المغلفة بالنحاس وصولًا إلى المسارات. ويُعدّ النحاس عنصرًا أساسيًا لضمان عمل لوحات الدوائر المطبوعة بشكل سليم.

ما هو تتبع لوحة الدوائر المطبوعة؟
مسار لوحة الدوائر المطبوعة هو كما يوحي اسمه، مسار تتبعه الدائرة الكهربائية. يشمل هذا المسار شبكة النحاس والأسلاك والعزل، بالإضافة إلى الصمامات والمكونات المستخدمة على اللوحة.

أسهل طريقة لفهم مسار نقل الطاقة هي تخيله كطريق أو جسر. لكي يستوعب المركبات، يجب أن يكون المسار عريضًا بما يكفي لحمل مركبتين على الأقل. كما يجب أن يكون سميكًا بما يكفي ليتحمل الضغط دون أن ينهار. ويجب أن يُصنع من مواد تتحمل وزن المركبات التي تسير عليه. لكن، يؤدي مسار نقل الطاقة كل هذه الوظائف بدرجة أقل بكثير لنقل الكهرباء مقارنةً بالسيارات.

مكونات مسار لوحة الدوائر المطبوعة
تتكون مسارات لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) من عدة مكونات، ولكل منها وظائفها الخاصة التي يجب أن تؤديها اللوحة بكفاءة. يُستخدم النحاس في هذه المسارات، وبدون لوحة الدوائر المطبوعة، لن يكون لدينا أي أجهزة كهربائية. تخيل عالماً بلا هواتف ذكية، أو حواسيب محمولة، أو آلات صنع القهوة، أو سيارات. هذا ما كنا سنعيشه لو لم تُستخدم مادة النحاس في لوحات الدوائر المطبوعة.

سُمك مسار لوحة الدوائر المطبوعة
يعتمد تصميم لوحة الدوائر المطبوعة على سمك اللوحة. يؤثر السمك على التوازن ويضمن بقاء المكونات متصلة.

عرض مسار لوحة الدوائر المطبوعة
يُعدّ عرض المسار مهمًا أيضًا. فهو لا يؤثر على توازن المكونات أو تثبيتها، ولكنه يضمن استمرار نقل التيار دون ارتفاع درجة الحرارة أو تلف اللوحة.

تيار مسار لوحة الدوائر المطبوعة
يُعدّ مسار التيار في لوحة الدوائر المطبوعة ضروريًا لأنه الوسيلة التي تستخدمها اللوحة لنقل الكهرباء عبر المكونات والأسلاك. ويساعد النحاس في ذلك، حيث يضمن الإلكترون الحر على كل ذرة تدفق التيار بسلاسة عبر اللوحة.

لماذا تُستخدم رقائق النحاس على لوحات الدوائر المطبوعة؟

عملية تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة
عملية تصنيع لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) واحدة. بعض الشركات تُنجزها أسرع من غيرها، لكنها جميعًا تستخدم نفس العملية والمواد تقريبًا. وهذه هي الخطوات:

اصنع قاعدة من الألياف الزجاجية والراتنجات
ضع طبقات النحاس على الأساس
تحديد وتعيين أنماط النحاس
اغسل اللوح في حوض الاستحمام
أضف طبقة قناع اللحام لحماية لوحة الدوائر المطبوعة.
قم بتثبيت طباعة الشاشة الحريرية على لوحة الدوائر المطبوعة.
قم بوضع ولحام المقاومات والدوائر المتكاملة والمكثفات والمكونات الأخرى
اختبر لوحة الدوائر المطبوعة

تتطلب لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) مكونات متخصصة للغاية لكي تعمل بكفاءة. يُعد النحاس أحد أهم هذه المكونات، فهو ضروري لتوصيل الكهرباء في الأجهزة التي تُركّب فيها هذه اللوحات. وبدون النحاس، لن تعمل هذه الأجهزة لعدم وجود مادة موصلة للكهرباء.