لوحات الدوائر المطبوعة مكونات أساسية في معظم الأجهزة الكهربائية. تتكون لوحات الدوائر المطبوعة اليوم من عدة طبقات: الطبقة السفلية، والخطوط، وقناع اللحام، والطباعة الحريرية. يُعد النحاس من أهم المواد في لوحات الدوائر المطبوعة، وهناك عدة أسباب لاستخدامه بدلاً من سبائك أخرى مثل الألومنيوم أو القصدير.
ما هي المواد المصنوعة منها ثنائي الفينيل متعدد الكلور؟
ذكرت شركة متخصصة في تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) أن لوحات الدوائر المطبوعة مصنوعة من مادة تُسمى "الركيزة"، وهي مصنوعة من الألياف الزجاجية المقواة براتنج الإيبوكسي. وفوق هذه الركيزة، توجد طبقة من رقائق النحاس، يمكن لصقها على كلا الجانبين أو على جانب واحد فقط. بعد تصنيع الركيزة، يضع المصنعون المكونات عليها، مستخدمين قناع لحام وطباعة بالشاشة الحريرية، بالإضافة إلى المقاومات والمكثفات والترانزستورات والثنائيات ورقائق الدوائر، وغيرها من المكونات عالية التخصص.
لماذا يتم استخدام رقائق النحاس في لوحات الدوائر المطبوعة؟
يستخدم مصنعو لوحات الدوائر المطبوعة النحاس لما يتمتع به من موصلية كهربائية وحرارية فائقة. فمع مرور التيار الكهربائي على طول لوحة الدوائر المطبوعة، يمنع النحاس الحرارة من إتلاف وإجهاد باقي أجزائها. أما مع السبائك الأخرى، مثل الألومنيوم أو القصدير، فقد تسخن لوحة الدوائر المطبوعة بشكل غير متساوٍ ولا تعمل بشكل سليم.
يُعد النحاس سبيكةً مُفضّلةً نظرًا لقدرته على نقل الإشارات الكهربائية عبر اللوحة دون أي مشاكل في فقدان الكهرباء أو إبطائها. تُمكّن كفاءة نقل الحرارة المُصنّعين من تركيب مشتتات حرارية تقليدية على السطح. يُعدّ النحاس نفسه فعّالاً، إذ يُمكن لأونصة واحدة منه تغطية قدم مربع من ركيزة لوحة الدوائر المطبوعة بسُمك 1.4 ألف من البوصة أو 35 ميكرومترًا.
النحاس موصلٌ كهربائيٌّ عاليٌ لاحتوائه على إلكترونٍ حرٍّ يستطيع الانتقال من ذرةٍ إلى أخرى دون تباطؤ. ولأنه يبقى بنفس الكفاءة عند هذا المستوى الرفيع للغاية كما هو الحال عند المستويات الأكثر سمكًا، فإنّ كميةً قليلةً منه تُعطي نتائجَ إيجابيةً للغاية.
النحاس والمعادن الثمينة الأخرى المستخدمة في لوحات الدوائر المطبوعة
يعرف معظم الناس لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) بأنها خضراء اللون. لكنها عادةً ما تحتوي على ثلاثة ألوان على الطبقة الخارجية: الذهبي، والفضي، والأحمر. كما تحتوي على نحاس نقي داخل وخارج لوحة الدوائر المطبوعة. تظهر المعادن الأخرى على لوحة الدوائر بألوان مختلفة. الطبقة الذهبية هي الأغلى، والطبقة الفضية هي ثاني أعلى تكلفة، والطبقة الحمراء هي الأقل تكلفة.
استخدام الذهب المغمور في لوحات الدوائر المطبوعة
النحاس على لوحة الدوائر المطبوعة
تُستخدم الطبقة المطلية بالذهب لشظايا الموصلات ووسادات المكونات. أما طبقة الذهب المغمورة فتُستخدم لمنع نزوح ذرات السطح. هذه الطبقة ليست ذهبية اللون فحسب، بل مصنوعة من ذهب خالص. الذهب رقيق للغاية، ولكنه كافٍ لإطالة عمر المكونات التي تحتاج إلى لحام. كما يمنع الذهب تآكل أجزاء اللحام مع مرور الوقت.
استخدام الفضة المغمورة في لوحات الدوائر المطبوعة
الفضة معدن آخر يُستخدم في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB). وهي أقل تكلفة بكثير من غمر الذهب. يمكن استخدام غمر الفضة بدلاً من غمر الذهب، إذ يُسهّل التوصيل ويُخفّض التكلفة الإجمالية للوحة. يُستخدم غمر الفضة عادةً في لوحات الدوائر المطبوعة المُستخدمة في السيارات وملحقات الكمبيوتر.
صفائح النحاس المغلفة في لوحات الدوائر المطبوعة
بدلاً من استخدام الغمر، يُستخدم النحاس في شكل مُغلّف. هذه هي الطبقة الحمراء للوحة الدوائر المطبوعة، وهي المعدن الأكثر استخدامًا. تُصنع لوحة الدوائر المطبوعة من النحاس كمعدن أساسي، وهو ضروري لتوصيل الدوائر والتواصل فيما بينها بفعالية.
كيف يتم استخدام رقائق النحاس في لوحات الدوائر المطبوعة؟
للنحاس استخدامات متعددة في لوحات الدوائر المطبوعة، بدءًا من الصفائح النحاسية المغطاة بالنحاس وصولًا إلى الآثار. يُعد النحاس عنصرًا أساسيًا لعمل لوحات الدوائر المطبوعة بكفاءة.
ما هو PCB Trace؟
مسار لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) هو، كما يوحي اسمه، مسار تتبعه الدائرة. يشمل هذا المسار شبكة النحاس والأسلاك والعزل، بالإضافة إلى الصمامات والمكونات المستخدمة في اللوحة.
أسهل طريقة لفهم الأثر هي اعتباره طريقًا أو جسرًا. لاستيعاب المركبات، يجب أن يكون الأثر عريضًا بما يكفي لاستيعاب مركبتين على الأقل، وأن يكون سميكًا بما يكفي لعدم انهياره تحت الضغط. كما يجب أن يكون مصنوعًا من مواد تتحمل وزن المركبات التي تسير عليه. لكن الأثر يقوم بكل هذا بدرجة أقل بكثير لنقل الكهرباء مقارنةً بالسيارات.
مكونات PCB Trace
تتكون مسارات لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) من عدة مكونات. ولكل منها وظائف مختلفة يجب القيام بها حتى تؤدي اللوحة وظيفتها على أكمل وجه. يجب استخدام النحاس لمساعدة المسارات على أداء وظائفها، وبدون لوحة الدوائر المطبوعة، لما كان لدينا أي أجهزة كهربائية. تخيل عالمًا بدون هواتف ذكية، وأجهزة كمبيوتر محمولة، وآلات صنع قهوة، وسيارات. هذا ما كنا سنحصل عليه لو لم تستخدم لوحات الدوائر المطبوعة النحاس.
سمك أثر لوحة الدوائر المطبوعة
يعتمد تصميم لوحة الدوائر المطبوعة على سُمكها. يؤثر السُمك على التوازن ويحافظ على اتصال المكونات.
عرض مسار PCB
عرض المسار مهم أيضًا. فهو لا يؤثر على توازن المكونات أو تثبيتها، ولكنه يحافظ على نقل التيار دون ارتفاع درجة الحرارة أو إتلاف اللوحة.
تيار تتبع PCB
يُعدّ تيار التتبع في لوحة الدوائر المطبوعة ضروريًا لأنه ما تستخدمه اللوحة لنقل الكهرباء عبر المكونات والأسلاك. يُساعد النحاس على تحقيق ذلك، ويُمكّن الإلكترون الحر في كل ذرة من نقل التيار بسلاسة عبر اللوحة.
لماذا يتم وضع رقائق النحاس على لوحات الدوائر المطبوعة؟
عملية تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور
عملية تصنيع لوحة الدوائر المطبوعة متشابهة. بعض الشركات تُنجزها أسرع من غيرها، لكنها جميعًا تستخدم نفس العملية والمواد نسبيًا. إليك الخطوات:
اصنع أساسًا من الألياف الزجاجية والراتنجات
وضع طبقات النحاس على الأساس
تحديد وتعيين أنماط النحاس
اغسل اللوحة في الحمام
أضف قناع اللحام لحماية PCB
قم بتثبيت الشاشة الحريرية على لوحة الدوائر المطبوعة
وضع ولحام المقاومات والدوائر المتكاملة والمكثفات والمكونات الأخرى
اختبار لوحة الدوائر المطبوعة
تحتاج لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) إلى مكونات متخصصة للغاية لتعمل بشكل صحيح. يُعد النحاس أحد أهم عناصرها، إذ يُستخدم لتوصيل الكهرباء في الأجهزة التي ستُوضع فيها. فبدون النحاس، لن تعمل الأجهزة لأن الكهرباء لن تمر عبر سبيكة النحاس.
وقت النشر: ٢٥ أبريل ٢٠٢٢