المقدمة
تُشكل لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) أساس الأجهزة الإلكترونية المعاصرة، بدءًا من الأجهزة المحمولة كالهواتف المحمولة وصولًا إلى تقنيات المركبات الفضائية المتقدمة. وهي ضرورية لتوصيل المكونات الإلكترونية وتوفير منصة ثابتة لتشغيلها. يُعد تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة عملية معقدة تتضمن عدة خطوات مُعقدة، وكل خطوة بالغة الأهمية وتتطلب عناية فائقة بالتفاصيل لضمان لوحات دوائر مطبوعة خالية من العيوب. تبدأ العملية بمرحلتي التصميم والمراجعة، باستخدام التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) أدوات ل تصميم لوحة الدوائر PCB، وتستمر حتى تصنيع اللوحة. لتعزيز الكفاءة وتقليل خطر الخطأ البشري، تُطبّق تقنيات موجهة حاسوبيًا وآليًا لتجنب الدوائر غير المكتملة أو القصيرة. ولضمان الجودة العالية، تخضع اللوحات لاختبارات صارمة في مراحل مختلفة من التصنيع، بما في ذلك الاختبار النهائي كلوحات كاملة، قبل تعبئتها وشحنها.
عملية تصنيع لوحة الدوائر المطبوعة - خطوة بخطوة
الخطوة 1: تصميم PCB
الخطوة الأولى في تصنيع أي لوحة دوائر مطبوعة هي إعداد التصميم. يبدأ تصنيع وتصميم لوحات الدوائر المطبوعة دائمًا بخطة محددة. يضع المصمم مخططًا تفصيليًا للوحة الدوائر المطبوعة يلبي جميع المتطلبات اللازمة. بعد ترميز مخطط التصميم الخاص بلوحة الدوائر المطبوعة بواسطة البرنامج، تُفحص جميع جوانب وأجزاء التصميم المختلفة مرة أخرى للتأكد من خلوها من أي أخطاء.
بعد انتهاء فحص المصمم، يُرسل تصميم لوحة الدوائر المطبوعة النهائي إلى مصنع لتصنيع لوحات الدوائر المطبوعة ليتم بناؤها. عند الوصول، تُنفذ خطة تصميم لوحة الدوائر المطبوعة مع فحص ثانٍ من قِبل المُصنِّع، يُعرف باسم التصميم للتصنيع (DFM) التحقق. يؤكد فحص DFM المناسب أن تصميم PCB يلبي، على الأقل، التفاوتات المطلوبة للتصنيع.
الخطوة 2: طباعة تصميم لوحة الدوائر المطبوعة
بعد الانتهاء من جميع الفحوصات بنجاح، تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور يمكن طباعتها. على عكس المخططات الأخرى، كالرسومات المعمارية، لا تُطبع مخططات لوحات الدوائر المطبوعة على ورق عادي مقاس 8.5 × 11. بل تُستخدم طابعة خاصة تُعرف باسم طابعة الراسمة. تُنتج طابعة الراسمة "فيلمًا" للوحة الدوائر المطبوعة، وهو في الأساس صورة سلبية للوحة نفسها.
تتميز الطبقات الداخلية للوحة الدوائر المطبوعة بلونين للحبر:
الحبر الشفاف: يشير إلى المناطق غير الموصلة في لوحة الدوائر المطبوعة، مثل قاعدة الألياف الزجاجية.
الحبر الأسود: يستخدم للدوائر ومسارات النحاس في لوحة الدوائر المطبوعة
على الطبقات الخارجية من تصميم PCB، ينعكس هذا الاتجاه، حيث يشير الحبر الأسود أيضًا إلى المناطق التي سيتم إزالة النحاس منها، ويشير الحبر الشفاف إلى خط مسارات النحاس.
تتلقى كل طبقة من طبقات PCB وقناع اللحام المصاحب لها فيلمًا خاصًا بها، لذا فإن الأمر بسيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور ثنائي الطبقة يتطلب الأمر أربع ورقات؛ واحدة لكل طبقة وواحدة لقناع اللحام المصاحب. بعد طباعة الفيلم، تُصفّ الطبقات، ويُثقب ثقب يُعرف باسم ثقب التسجيل. يُستخدم ثقب التسجيل كدليل لمحاذاة الأفلام لاحقًا في العملية.
الخطوة 3: طباعة النحاس للطبقات الداخلية
هذه الخطوة هي الخطوة الأولى في العملية حيث الشركة المصنعة لثنائي الفينيل متعدد الكلور يبدأ تطوير لوحة الدوائر المطبوعة. بعد طباعة تصميم لوحة الدوائر المطبوعة على قطعة من الرقائق، يُلصق النحاس مسبقًا بنفس القطعة، مما يُساعد في بناء لوحة الدوائر المطبوعة. ثم يُطبع النحاس ليكشف عن المخطط السابق.
بعد ذلك، تُغطى لوحة اللامينيت بنوع من الغشاء الحساس للضوء يُسمى "المقاومة". تتكون هذه المقاومة من طبقة من مواد كيميائية تتفاعل مع الضوء، وتتصلب عند تعرضها للأشعة فوق البنفسجية. تتيح هذه المقاومة للفنيين الحصول على تطابق مثالي بين صور المخطط والمطبوع عليه.
عند محاذاة الطبقة المقاومة والصفائح باستخدام الثقوب السابقة، تتعرضان لموجة من الأشعة فوق البنفسجية. يمر الضوء فوق البنفسجي عبر الأجزاء الشفافة من الفيلم، مما يُصلب الطبقة المقاومة. يشير هذا إلى مناطق النحاس المُخصصة للنفاذ. في المقابل، يمنع الحبر الأسود وصول الضوء إلى المناطق غير المُخصصة للتصلّب، مما يُتيح إزالتها لاحقًا.
بعد تجهيز اللوحة، تُغسل بمحلول قلوي لإزالة أي بقايا من المقاومة الضوئية. ثم تُغسل اللوحة تحت الضغط لإزالة أي بقايا على السطح وتُترك لتجف. بعد عملية التجفيف، تبقى المقاومة الوحيدة على لوحة الدوائر المطبوعة فوق النحاس الذي يبقى كجزء منها عند فكها. يقوم فني بفحص لوحات الدوائر المطبوعة للتأكد من عدم وجود أي أخطاء. في حال عدم وجود أي أخطاء، يُنتقل إلى الخطوة التالية.
الخطوة 4: تجنب النحاس غير الضروري
المرحلة التالية في عملية تصنيع لوحة الدوائر المطبوعة هي إزالة النحاس غير المرغوب فيه. وكما هو الحال مع المحلول القلوي السابق، تُستخدم مادة كيميائية قوية أخرى لتآكل النحاس غير المغطى بطبقة مقاومة للضوء. بعد إزالة النحاس غير المحمي، يجب إزالة طبقة مقاومة الضوء المتصلبة السابقة أيضًا.
ملاحظة: عندما يتعلق الأمر بإزالة النحاس غير المرغوب فيه من لوحة الدوائر المطبوعة، فقد تتطلب اللوحات الأثقل تعرضًا أكبر للمذيب أو المزيد من مذيب النحاس.
الخطوة 5: التفتيش ومحاذاة الطبقة
بعد تنظيف طبقات لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) كل طبقة على حدة، تصبح جاهزة للفحص البصري وترتيب الطبقات. تُستخدم الثقوب السابقة لترتيب الطبقات الخارجية والداخلية. يضع الفني الطبقات على آلة تثقيب تُعرف باسم "الثقب البصري" لترتيب الطبقات. ثم يُمرر الثقب البصري دبوسًا عبر الثقوب لترتيب طبقات لوحة الدوائر المطبوعة.
بعد عملية الثقب البصري، تُجري آلة أخرى فحصًا بصريًا للتأكد من عدم وجود أي عيوب. يُعد هذا الفحص البصري بالغ الأهمية، لأنه بمجرد تجميع الطبقات معًا، لا يُمكن تصحيح أي أخطاء موجودة. وللتأكد من عدم وجود أي عيوب، تُقارن آلة AOI لوحة الدوائر المطبوعة المراد فحصها بتصميم Gerber المُوسّع، وهو طراز الشركة المُصنّعة.
بعد اجتياز PCB للفحص - أي إذا لم يجد الفني أو جهاز AOI أي عيوب - ينتقل إلى الخطوتين الأخيرتين من تصنيع PCB.
الخطوة 6: تغليف طبقات لوحة الدوائر المطبوعة
في هذه المرحلة من عملية تصنيع لوحة الدوائر المطبوعة، تكون طبقاتها متجمعة في انتظار التصفيح. بعد التأكد من خلوها من العيوب، تصبح جاهزة للدمج. تتم عملية التصفيح على خطوتين: مرحلة التركيب وخطوة التصفيح.
خارج لوحة الدوائر المطبوعة، توجد قطع من الألياف الزجاجية النهائية مطلية/مُنقعة مسبقًا براتنج إيبوكسي. كما أن القطعة الأصلية من الركيزة مغطاة بطبقة رقيقة من رقائق النحاس التي تحتوي الآن على نقوش آثار النحاس. بعد تجهيز الطبقتين الخارجية والداخلية، يحين وقت دمجهما.
يتم تركيب هذه الطبقات باستخدام مشابك معدنية على طاولة ضغط خاصة. تُثبّت كل طبقة على الطاولة باستخدام دبوس خاص. يبدأ الفني المسؤول عن عملية التصفيح بوضع طبقة من راتنج الإيبوكسي المُغطى مسبقًا، والمعروف باسم المُشبّع مسبقًا، في حوض محاذاة الطاولة. تُوضع طبقة واحدة من المادة الأساسية فوق الراتنج المُشبّع مسبقًا، تليها طبقة من رقاقة النحاس. تُوضع بعد رقاقة النحاس المزيد من صفائح الراتنج المُشبّع مسبقًا، والتي تُغلّف بقطعة وقطعة أخيرة من النحاس تُعرف باسم صفيحة الضغط.
بمجرد تثبيت صفيحة الضغط النحاسية، تصبح الكومة جاهزة للضغط. ينقلها الفني إلى مكبس ميكانيكي ويضغط الطبقات معًا. وكجزء من هذه العملية، تُثقب المسامير عبر كومة الطبقات للتأكد من تثبيتها بشكل صحيح.
إذا ثُبّتت الطبقات بشكل صحيح، تُنقل رزمة لوحة الدوائر المطبوعة إلى مكبس التصفيح التالي. يستخدم مكبس التصفيح زوجًا من الألواح المسخنة لتطبيق الضغط والحرارة على رزمة الطبقات. عادةً ما تُذيب حرارة الألواح الإيبوكسي داخل مادة البري بريج. يتحد هذا مع ضغط المكبس لدمج رزمة طبقات لوحة الدوائر المطبوعة معًا.
عند ضغط طبقات لوحة الدوائر المطبوعة معًا، يلزم إتمام بعض عمليات فكّ التغليف. يحتاج الفني إلى إزالة المسامير ولوحة الضغط العلوية من قبل، مما يسمح له بسحب لوحة الدوائر المطبوعة نفسها بحرية.
الخطوة الثانية: الحفر
قبل عملية الحفر، يُستخدم جهاز الأشعة السينية لتحديد مواقع الحفر. بعد ذلك، تُحفر ثقوب التوجيه/التسجيل لحماية لوحة الدوائر المطبوعة قبل حفر الثقوب الأكثر دقة. عند حفر هذه الثقوب، يُستخدم مثقاب موجه حاسوبيًا لعمل الثقوب، باستخدام مبرد التصميم كدليل.
بمجرد اكتمال عملية الحفر، يتم برد أي نحاس إضافي متبقٍ عند الحواف.
الخطوة 8: طلاء ثنائي الفينيل متعدد الكلور
بعد حفر اللوحة، تصبح جاهزة للطلاء. تستخدم عملية الطلاء مادة كيميائية لدمج جميع طبقات لوحة الدوائر المطبوعة معًا. بعد تنظيفها جيدًا، تُغمر لوحة الدوائر المطبوعة في سلسلة من المواد الكيميائية. تتضمن عملية الطلاء هذه تغليف اللوحة بطبقة من النحاس بسُمك ميكرون، تُرسب فوق الطبقة العليا وفي الثقوب المحفورة. قبل ملء الثقوب بالنحاس بالكامل، تُستخدم هذه الطبقة للكشف عن طبقة الألياف الزجاجية التي تُشكل الجزء الداخلي من اللوحة. يُغطي غمر هذه الثقوب بالنحاس جدران الثقوب المحفورة سابقًا.
الخطوة 9: تصوير الطبقة الخارجية وطلائها
في مرحلة سابقة من العملية (الخطوة 3)، وُضعت طبقة مقاومة ضوئية على لوحة الدائرة المطبوعة. في هذه المرحلة، حان الوقت لوضع طبقة أخرى من المقاومة الضوئية. هذه المرة، وُضعت المقاومة الضوئية على الطبقة الخارجية فقط، لأنها لا تزال بحاجة إلى تصوير. بعد تغطية الطبقات الخارجية بالمقاومة الضوئية وتصويرها، تُطلى بنفس طريقة طلاء الطبقات الداخلية للوحة الدائرة المطبوعة في الخطوة السابقة. مع ذلك، وبينما العملية هي نفسها، تُطلى الطبقات الخارجية بالقصدير لحماية نحاس الطبقة الخارجية.
الخطوة 10: النقش الأخير
عند نقش الطبقة الخارجية للمرة الأخيرة، يُستخدم واقي القصدير لحماية النحاس أثناء عملية النقش. يُزال أي نحاس غير مرغوب فيه باستخدام نفس مذيب النحاس المذكور سابقًا، مع حماية القصدير للنحاس القيّم في منطقة النقش.
بمجرد إزالة كل النحاس غير المرغوب فيه، يتم إنشاء اتصالات PCB بشكل صحيح وهي جاهزة لإخفاء اللحام.
الخطوة 11: تطبيق قناع اللحام
لتجهيز الألواح تمامًا لتطبيق قناع اللحام، يجب تنظيفها. بعد تنظيف ألواح PCB، يُوضع حبر إيبوكسي مع غشاء قناع اللحام. ثم تُسلط الأشعة فوق البنفسجية على الألواح لتحديد أجزاء معينة من قناع اللحام لإزالتها.
بعد إزالة القطع غير الضرورية من قناع اللحام بالكامل، يتم وضع لوحة الدوائر المطبوعة في الفرن وتسخينها حتى يجف قناع اللحام.
الخطوة 12: الانتهاء من PCB والطباعة الحريرية
كجزء من عملية التشطيب، يتم طلاء PCB بالفضة أو الذهب أو HASL حتى تتمكن المكونات من اللحام بالوسادات التي تم إنشاؤها وحماية النحاس.
بعد طلاء لوحة الدوائر المطبوعة بالفضة أو الذهب، كشرط أساسي، تُطبع بتقنية الطباعة الحريرية. تطبع عملية الطباعة الحريرية جميع المعلومات النشطة على لوحة الدوائر المطبوعة، مثل أرقام تعريف الشركة وعلامات الشركة المصنعة وملصقات التحذير.
بمجرد طلاء PCB وطباعته بالمعلومات الصحيحة، يمكن إرساله إلى مرحلة المعالجة النهائية.
الخطوة 13: اختبار موثوقية الكهرباء
بعد طلاء لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) ومعالجتها (إن لزم الأمر)، يُجري الفني سلسلة من الاختبارات الكهربائية على مختلف أجزاء اللوحة لضمان أدائها العملي. أهم هذه الاختبارات هي اختبارات العزل واستمرارية الدائرة. يتحقق اختبار استمرارية الدائرة من أي انقطاعات في لوحة الدوائر المطبوعة، تُعرف باسم "الفتحات". أما اختبار عزل الدائرة، فيتحقق من قيم عزل أجزاء اللوحة المختلفة للتحقق من عدم وجود أي تماس كهربائي. وبينما تهدف الاختبارات الكهربائية أساسًا إلى ضمان الأداء العملي، فإنها تُعدّ أيضًا اختبارًا لمدى تحمل التصميم الأولي للوحة الدوائر المطبوعة لعملية التصنيع.
هناك اختبارات أخرى يمكن استخدامها لتحديد مدى كفاءة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). ومن الاختبارات الرئيسية القليلة المستخدمة في هذا الاختبار اختبار "سرير المسامير". خلال هذا الاختبار، تُثبّت عدة مثبتات زنبركية على نقاط الاختبار على لوحة الدوائر. ثم تُعرّض مثبتات الزنبرك نقاط الاختبار على لوحة الدوائر لضغط يصل إلى 200 غرام لمعرفة مدى تحمل لوحة الدوائر المطبوعة لضغط عالٍ عند نقاط الاختبار.
إذا اجتاز PCB اختبار الموثوقية الكهربائية بشكل كامل وأي اختبار آخر يختار المصنع تنفيذه، فيمكن نقله إلى الخطوة التالية: القطع.
الخطوة 14: القطع والتشكيل
الخطوة الأخيرة في عملية تصنيع لوحة الدوائر المطبوعة هي قطعها ونقشها. تتضمن هذه العملية قطع لوحات الدوائر المطبوعة المختلفة من اللوحة الأصلية. هناك طريقتان لقطع لوحات الدوائر المطبوعة من ألواحها الأصلية:
باستخدام أخدود على شكل حرف V، والذي يقطع قناة قطرية على طول جوانب اللوحة
استخدام جهاز التوجيه أو آلة CNC، التي تقطع علامات التبويب الصغيرة حول حواف PCB.
وفي كلتا الحالتين، ستتمكن من فصل لوحة الدوائر المطبوعة الخاصة بك بسهولة عن لوحة البناء.
عادةً ما تحتوي لوحات PCB على مجموعات أكبر أو لوحات فردية، إذا لزم الأمر، يتم تسجيلها وتوجيهها بحيث يمكن فصلها عن لوحة البناء بعد تجميعها.
عندما يتم فصل الألواح عن لوحة البناء، هناك مرحلة فحص نهائية لتصنيع PCB:
يتم فحص الألواح للتأكد من نظافتها العامة للتأكد من عدم وجود حواف حادة أو نتوءات أو مخاطر تصنيع أخرى
يمكن إجراء فحص بصري، إذا لزم الأمر، للتأكد من أن اللوحات تلبي مواصفات الصناعة وتتطابق مع التفاصيل الموضحة في البيانات: يمكن للفني أيضًا استخدام الفحص البصري للتحقق من الأبعاد المادية وأحجام الفتحات في لوحة الدوائر المطبوعة إذا لزم الأمر.
يتم إضافة الفتحات والحواف المشطوفة والمخروطية والثقوب أثناء عملية التوجيه والتصنيع، حسب الضرورة
إذا كان ذلك ممكنًا، يتم إصلاح أي دوائر قصيرة - ثم يتم إعادة اختبار اللوحات القصيرة باستخدام نفس اختبارات الموثوقية الكهربائية المذكورة أعلاه.
اختر تقنية MOKO لخدمة تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة
كما ذكرنا سابقًا، تتضمن عملية تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) العديد من الخطوات، ويجب تنفيذ كل خطوة بدقة لضمان جودة المنتج، وأي خطأ بسيط قد يؤثر على أداء لوحات الدوائر. لذلك، إذا لم تكن لديك خبرة كافية في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة، يمكنك الاستعانة بشركة تصنيع موثوقة. تكنولوجيا موكوبخبرة تمتد لسنوات في هذا المجال، أصبحت شركة "إتش بي إل سي" رائدة في تقديم خدمات تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) التي تلبي احتياجات العملاء في مختلف القطاعات. تضمن منشآتنا المتطورة، وتقنياتنا المتطورة في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة، وفريقنا المتمرس أن تكون كل لوحة مطبوعة تُنتج بأعلى جودة وتفي بأعلى المعايير. كما نقدم مجموعة متنوعة من خيارات التخصيص لتلبية احتياجات كل عميل. اتصل بنا لبدء مشروع تصنيع PCB الخاص بك الآن!
