كيفية تصنيع لوحة الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات

دليل كامل حول PCB متعدد الطبقات

لوحة الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات (PCB) هي نوع من لوحات الدوائر الإلكترونية يحتوي على ثلاث طبقات أو أكثر من المواد الموصلة. تزيد هذه اللوحات من المساحة المتاحة للأسلاك. عندما نتحدث عن عدد الطبقات، فهذا يعني أننا نأخذ في الاعتبار عددًا من أنماط التوصيل على اللوحة. عادةً ما تكون لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات جامدة ثنائي الفينيل متعدد الكلور. لأنه من الصعب جدًا إنشاؤه بتنسيق مرن.

يعتمد عدد الطبقات على احتياجاتك. لذا، يمكن أن يصل عدد الطبقات إلى 100. ومع ذلك، تُستخدم لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) المكونة من 4 إلى 8 طبقات بشكل شائع في تطبيقات متنوعة. تزداد تعقيدات الدوائر بزيادة الطبقات. لذا، يمكنك تخصيص عدد مختلف من الطبقات حسب احتياجاتك.

المكونات الأساسية المختلفة للوحة الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات

هناك 4 مكونات رئيسية للوحة الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات على النحو التالي:

1. المادة المتفاعلة: إنه أهم جزء، وعادةً ما يُصنع من الألياف الزجاجية. تُوفر الألياف الزجاجية القوة الأساسية للوحة الدوائر المطبوعة (PCB) وتقاوم الكسر. يُمكن اعتبار هذه الطبقة بمثابة هيكل للوحة الدوائر المطبوعة.
2. طبقة النحاس: يعتمد ذلك على نوع اللوحة. يمكن أن تكون هذه الطبقة إما نحاسية بالكامل أو رقاقة نحاسية. بغض النظر عن نوع اللوحة، تبقى طبقة النحاس كما هي. ينقل النحاس الإشارات الكهربائية من وإلى لوحات الدوائر المطبوعة. يمكنك اعتبار هذه الطبقة بمثابة جهاز عصبي ينقل الإشارات من الدماغ إلى العضلات والعكس صحيح.
3. قناع اللحيم: إنها طبقة بوليمر تحمي طبقة النحاس، ما يمنع حدوث تماس كهربائي عند ملامسة النحاس للبيئة. لذا، يُمكن اعتبار قناع اللحام بمثابة غلاف لوحة الدوائر المطبوعة.
4. الشاشة الحريرية: هو الجزء الأخير من لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). تُظهر الشاشة الحريرية أرقام القطع والرموز والشعارات الخاصة بمختلف المكونات على اللوحة. كما توفر معلومات مثل إعدادات مفاتيح الرموز ونقاط الاختبار ومراجع المكونات.

كيفية تصنيع PCB متعدد الطبقات؟

فيما يلي الدليل الكامل خطوة بخطوة لتصنيع PCB متعدد الطبقات:

1. تصميم

الخطوة الأولى والأهم لـ تصميم لوحة الدوائر المطبوعة وتجهيزها للإنتاج. لكل مُصنِّع نهجه الخاص في هذه العملية. عادةً، يضع المُصمِّم مُخطَّطًا للدوائر الإلكترونية ويُلبِّي جميع المتطلبات المُحدَّدة. تتوفر أنواع مُختلفة من برامج التصميم، مثل Extended Gerber.

يمكنك استخدام برنامج Extensed Gerber أو أي أداة أخرى لتصميم دائرتك. بعد تصميم الدائرة، تحقق من التصميم بالكامل بعناية. تأكد من عدم وجود أي خطأ في المخطط. بعد التصميم، يمكنك إرسال هذا المخطط إلى ورشة التصنيع للبدء في بناء الدوائر.

2. رسم الصور

في هذه الخطوة، يمكنك استخدام جهاز رسم ضوئي ليزري لرسم فيلم لكل طبقة على حدة. جهاز الرسم الضوئي الليزري هو أداة تُستخدم لإنشاء أدوات تصوير لأقنعة اللحام والطباعة الحريرية. يبلغ سمك الفيلم حوالي 7 مل.

يستخدم العديد من المصنّعين معدات تصوير ليزري مباشر خاصة تُصوّر مباشرةً على الفيلم الجاف. تُخفّض هذه التقنية التكاليف، كما أنها أكثر دقة وفعالية. لذا، يُمكن إنتاج طبقات داخلية وخارجية باستخدام التصوير الليزري المباشر (LSI).

3. التصوير والتطوير أو النقش

تُطبّق هذه العملية الصور الأولية، مثل الوسادات والخطوط، على لوحة الدائرة. بالإضافة إلى ذلك، تُنشئ عملية DES نمط النحاس للطلاء. إليك ما يجب فعله في هذه الخطوة:

• قم بتطبيق الصورة القابلة للتصوير على الألواح النحاسية.
• علاوة على ذلك، قم بتصوير الألواح باستخدام LSI.
• قم بإزالة كل النحاس المكشوف من اللوحة.
• قم بإزالة الفيلم الجاف المتبقي واترك نمط النحاس المتبقي للطبقات الداخلية.

4. التفتيش البصري الآلي

تقوم AOI بشكل أساسي بفحص طبقات مختلفة من لوحة الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات قبل تغليفها. تُقارن البصريات بيانات تصميم لوحة الدوائر المطبوعة بالصورة الفعلية على اللوحة. أي اختلافات، مثل النحاس المفقود أو الزائد، قد تؤدي إلى فتحات أو تماس كهربائي. لذا، تُساعد هذه العملية المصنّعين بشكل أساسي على اكتشاف أي عيب في الدوائر.

5. أكسيد

الأكسيد هو معالجة كيميائية للطبقات الداخلية قبل التصفيح في لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات. ويختلف لون الأكسيد باختلاف العملية. وتُعد هذه العملية خطوة مهمة لزيادة خشونة النحاس لتعزيز قوة التصاق الصفائح. كما تمنع هذه العملية الفصل بين طبقات المادة الأساسية.

6. طبقة سلوفان

لإنتاج لوحة دوائر مطبوعة متعددة الطبقات، تُرقق طبقات مختلفة من الألياف الزجاجية المُشبعة بالإيبوكسي معًا. وللترقق، يُطبّق المصنعون درجة حرارة وضغطًا عاليين باستخدام مكبس هيدروليكي. يُؤدي المكبس والحرارة إلى ذوبان صفيحة الألياف الزجاجية وربط الطبقات معًا بإحكام. بعد تبريد هذه المادة، تتبع عملية التصنيع نفسها المُتبعة في... ثنائي الفينيل متعدد الكلور على الوجهين.

7. حفر

تحتاج جميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) إلى ثقوب لربط طبقات النحاس، وربط المكونات، وتركيب لوحة الدوائر المطبوعة. لذا، يُمكن حفر الثقوب باستخدام أنظمة حفر متطورة. تستخدم هذه الأنظمة أدوات قطع من الكربيد الصلب. كما أنها مصممة لإزالة الرقائق بسرعة من المواد الكاشطة.

تقوم آلة الحفر المبرمجة مسبقًا بحفر ثقوب بأحجام محددة في الموقع المحدد. وبالتالي، تعمل الآلة وفقًا للبيانات التي يقدمها المصمم. يقدم المصممون هذه المعلومات كملف حفر مُتحكم به رقميًا.

إضافةً إلى ذلك، تُستخدم صفيحة رقيقة من الألومنيوم كمدخل، كما يُستخدم الكرتون الصلب كمخرج. لذا، تحافظ هذه التقنية على سلاسة الحفر وتجنّب تكوّن ألياف مختلفة.

8. ترسيب النحاس غير الكهربائي

بعد الحفر، يضع المصنعون طبقة رقيقة من النحاس على الأسطح المكشوفة للألواح كيميائيًا. كما يضعون طبقة نحاسية على جدران الثقب باستخدام طلاء كهربائي.

9. الطبقة الخارجية للفيلم الجاف

بعد ترسيب النحاس، يجب تطبيق صور الطبقة الخارجية لتحضير اللوحة للطلاء الكهربائي. لذا، يمكنك استخدام آلة الترقق لتغطية الطبقات الخارجية بالفيلم الجاف. الفيلم الجاف مادة قابلة للتصوير. علاوة على ذلك، تُشبه هذه العملية تقريبًا تصوير الطبقات الداخلية للوحة الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات.

10. طبق

تتضمن عملية الطلاء الكهربائي طلاء النحاس على النمط الموصل، بالإضافة إلى جدران ثقوب لوحة الدوائر المطبوعة. يبلغ سمك الطلاء حوالي مل. بعد طلاء النحاس، تُرسب طبقة رقيقة من طلاء القصدير، والتي تعمل كحاجز للحفر.

11. التخطيط والحفر

بعد الانتهاء من عملية طلاء اللوحة، تبقى الطبقة الجافة. ولكن عليك إزالة النحاس الموجود تحتها. الآن، ستخضع اللوحة لعملية SES. SES اختصار لـ String Etch Strip (شريط النقش بالخيط).

في هذه العملية، يجب حفر النحاس المكشوف. هذا يعني إزالة الجزء المكشوف من النحاس بالقصدير، مما يترك آثارًا ووسادات حول الثقوب وأنماط النحاس. أخيرًا، تتم إزالة القصدير المتبقي الذي يغطي الثقوب والآثار كيميائيًا. بعد إتمام هذه الخطوة، لن يتبقى سوى الصفائح المعدنية المكشوفة والنحاس من لوحة الدوائر المطبوعة.

في هذه المرحلة، اكتمل هيكل لوحة الدوائر المطبوعة. جميع الخطوات التالية تتعلق بحماية لوحة الدوائر المطبوعة.

12. قناع اللحام والأسطورة

يستخدم معظم المصنّعين قناع لحام سائل قابل للتصوير الضوئي (LPI) لحماية سطح النحاس. كما يحمي جسور اللحام بين المكونات المختلفة أثناء التجميع.

قناع لحام LPI هو في الأساس مقاوم إيبوكسي حساس للضوء. يمكنك تغطية اللوحة بالكامل باستخدام عملية طباعة الشاشة. هناك طرق بديلة أخرى لطلاء الشاشة التقليدي، لذا يمكنك استخدام هذا البديل لإخفاء اللحام.

بعد وضع قناع اللحام، يُمكنك وضع الرمز التوضيحي. يُطبع رموز وحروف مختلفة على لوحة الدوائر المطبوعة للرجوع إليها أثناء التجميع.

13. الانتهاء من السطح

إنها العملية الكيميائية الأخيرة والنهائية لتصنيع متعدد الطبقات لوحة الدوائر المطبوعةيغطي قناع اللحام جميع الدوائر الكهربائية تقريبًا. لذا، يمنع طلاء السطح أكسدة مساحة النحاس المكشوفة المتبقية.

هذه خطوة مهمة، إذ لا يُمكن لحام النحاس المؤكسد. علاوةً على ذلك، يُمكن استخدام أنواع مُختلفة من مُلمّعات الأسطح لهذه الخطوة، مثل مُستوى لحام الهواء الساخن (HASL).

فوائد لوحة الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات

فيما يلي بعض مزايا PCB متعددة الطبقات مقارنة بالأنواع الأخرى:

• إنها تتمتع بكثافة تجميع أعلى من لوحات الدوائر المطبوعة ذات الطبقة المفردة والمزدوجة.
• لا حاجة لكابلات لربط المكونات المختلفة. لذا، يُعدّ خيارًا مثاليًا للوحات الدوائر المطبوعة خفيفة الوزن.
• تأتي هذه اللوحات المطبوعة بأحجام أصغر مما يؤدي إلى تقليل متطلبات المساحة.
• تعتبر حماية EMI بسيطة ومرنة.
• المرونة هي عامل آخر يميز لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات عن جميع لوحات الدوائر المطبوعة.

تطبيقات مختلفة للوحة الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات

تستخدم العديد من المكونات الإلكترونية لوحات الدارات المطبوعة متعددة الطبقات. علاوة على ذلك، تشمل هذه الدوائر نطاقًا واسعًا من بنية الدوائر، تتراوح بين المتوسطة والمعقدة. فيما يلي بعض التطبيقات المهمة للوحات الدارات المطبوعة متعددة الطبقات:

• أجهزة مراقبة القلب
• إرسال ومكررات الهاتف المحمول
• المسرعات الذرية
• مسبار الفضاء ومعدات الأشعة السينية
• تحليل الطقس وتقنية نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)
• تخزين البيانات وخوادم الملفات
• مستقبلات الألياف البصرية وتقنية التصوير المقطعي المحوسب

كيفية التعرف على لوحة الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات

إذا كان لديك بعض لوحات الدوائر المطبوعة وتريد التحقق من العدد الإجمالي للطبقات، فيمكنك اتباع الخطوات التالية.

عرِّض حافة لوحة الدائرة للضوء لرؤية أسطح النحاس. بهذه الطريقة، يمكنك بسهولة مشاهدة الظواهر عن كثب. حتى لو لم تحتوي لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات على فتحة عمياء، فلا يزال بإمكانك استخدام ضوء ساطع لتحليل الطبقات الداخلية.

أفضل مكان لاكتشاف الطبقات الداخلية هو عدم وجود مسارات أو خطوط ظاهرة على الطبقات الخارجية. علاوة على ذلك، يطبع معظم المصنّعين الملصق لتحديد العدد الإجمالي للطبقات على لوحة الدائرة. لذا، بمجرد النظر إلى الحواف، يمكنك تحديد العدد الإجمالي للطبقات.