أول وأهم شيء هو اختيار مادة ركيزة PCB المناسبة لتصنيع PCB. يستخدم المصنعون أنواعًا عديدة من مواد الركيزة التي تختلف في خصائصها. يرشدك هذا المقال إلى كيفية اختيار مادة ركيزة PCB المناسبة لمشروعك. كما ستتعرف على أنواع ركيزة PCB المختلفة.
ركائز لوحة الدوائر المطبوعة: جميع الخصائص الرئيسية للمواد العازلة
تسمح هذه المادة بمرور الحد الأدنى من الكهرباء من الدائرة، وذلك لوجود طبقة عازلة بين طبقتين موصلتين. على سبيل المثال، يُعد FR-4 أكثر أنواع المواد العازلة شيوعًا. يجب مراعاة خصائصه قبل اختياره للوحة الدائرة.
وفيما يلي أهم 4 خصائص للمواد العازلة:
الخصائص الحرارية
دعونا نفكر في الخصائص الحرارية لمادة الركيزة:
درجة حرارة التزجج
نطاق درجة الحرارة الذي تتحول فيه الحالة الزجاجية أو الصلبة لركيزة PCB إلى حالة لينة أو قابلة للتشوه. تعود خصائص المادة إلى حالتها الأصلية بعد التبريد. يمكن التعبير عن هذا النطاق بوحدة Tg، ويجب قياسه بالدرجات المئوية.
درجة حرارة التحلل
Td هو تعبير يُستخدم للدلالة على درجة حرارة التحلل. وهي طريقة تحلل كيميائي يمكن أن تفقد فيها المادة ما يصل إلى 5% من كتلتها. وحدة قياس Td هي oC.
في هذه العملية، تكون الخصائص غير قابلة للانعكاس. عندما تصل مادة الركيزة إلى درجة حرارة تحللها، يحدث تغيير في خصائصها. بعد هذا التغيير، تصبح خصائص المواد غير قابلة للانعكاس. من ناحية أخرى، تكون الخصائص قابلة للانعكاس في درجة حرارة انتقال الزجاج.
يجب اختيار مادة ركيزة يتراوح نطاق درجة حرارتها بين 200 و250 درجة مئوية. oج. لذلك، حاول أن تجعل Td أعلى من هذا.
معامل التمدد الحراري
يُظهر معامل التمدد الحراري (CTE) معدل تمدد مادة PCB بعد التسخين. يُمكن التعبير عن معامل التمدد الحراري بوحدة جزء/مليون. عندما تتجاوز درجة حرارة المادة درجة حرارة Tg، يبدأ معامل التمدد الحراري بالارتفاع أيضًا. تأتي معظم المواد ذات معامل تمدد حراري أعلى من النحاس. قد يُؤدي ارتفاع درجة حرارة PCB إلى مشاكل في التوصيلات الكهربائية.
معامل التمدد الحراري منخفض نسبيًا على طول المحورين X وY. يتراوح نطاق معامل التمدد الحراري بين 10 و20 جزءًا في المليون لكل oC على طول هذه المحاور. يحدث ذلك بسبب الزجاج المنسوج. بسبب هذا التقييد، تتشكل المادة في هذه المحاور. ونتيجةً لذلك، لا يحدث تغيير كبير في معامل التمدد الحراري (CTE) عند ارتفاع درجة الحرارة فوق Tg.
بسبب الزجاج المنسوج، تتمدد المادة على طول المحور Z. لذا، يجب أن تكون قيمة معامل التمدد الحراري (CTE) منخفضة قدر الإمكان على طول هذا المحور. حاول الحفاظ عليها أقل من 70 جزءًا في المليون لكل متر مربع. oج. سيرتفع CTE عندما تتجاوز المادة Tg.
بالإضافة إلى ذلك، يمكنك أيضًا تحديد قيمة Tg للمادة باستخدام معامل التمدد الحراري (CTE). كل ما تحتاجه هو رسم منحنى درجة الحرارة مقابل الإزاحة.
التوصيل الحراري
تتعلق هذه الخاصية بتوصيل الحرارة. يمكنك تمثيل قيمة التوصيل الحراري باستخدام k. تشير الموصلية الحرارية المنخفضة إلى انخفاض نقل الحرارة، والعكس صحيح. يمكنك قياس الموصلية الحرارية للمادة بوحدة واط/متر (درجة مئوية).
تتميز معظم مواد ركيزة لوحة الدوائر المطبوعة بموصلية حرارية تتراوح بين 0.3 و0.6 واط/متر-درجة مئوية. هذه الموصلية الحرارية أقل بكثير مقارنةً بالنحاس. تبلغ معامل التوصيل الحراري للنحاس حوالي 386 واط/متر-درجة مئوية. لذا، فإن طبقات النحاس المستوية تمتص حرارة أكبر مقارنةً بالمواد العازلة في لوحة الدوائر.
الخواص الكهربائية
السماحية النسبية للثابت العازل (Dk أو Er)
من المهم جدًا مراعاة ثابت العزل الكهربائي للمادة للتحقق من اعتبارات المعاوقة وسلامة الإشارة. كلاهما عاملان أساسيان في الأداء الكهربائي عالي التردد. يتراوح نطاق ثابت العزل الكهربائي بين 2.5 و4.5 في معظم مواد ركائز لوحات الدوائر المطبوعة.
تعتمد قيمة ثابت العزل الكهربائي على التردد. فعندما يزداد التردد، تنخفض قيمته. كما يعتمد هذا التغير أيضًا على نوع المادة. تُعدّ المادة الأنسب لتطبيقات التردد العالي التي يبقى فيها ثابت العزل الكهربائي ثابتًا تقريبًا على نطاق ترددي واسع.
عامل التبديد أو ظل الخسارة العازلة (Df Tan δ)
يُعطي ظلّ فقدان المادة مقياسًا للطاقة المفقودة بسببها. إذا كان ظلّ فقدان المادة أقلّ، فسيؤدي ذلك إلى انخفاض فقدان الطاقة. يبلغ نطاق معامل Tan δ في معظم مواد لوحات الدوائر 0.02. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تكون قيمة Tan δ 0.001 للمواد منخفضة الفقد وعالية الجودة. تزداد قيمة Tan δ بزيادة التردد.
مع أن ظلّ الخسارة ليس ذا أهمية كبيرة في الدوائر الرقمية، إلا أنه ذو أهمية للترددات العالية التي تزيد عن 1 جيجاهرتز. علاوة على ذلك، يُعدّ ظلّ الخسارة بالغ الأهمية للإشارات التناظرية، إذ يُساعد في تحديد درجة انخفاض الإشارة.
حجم المقاومة
يُطلق المُصنِّعون على المقاومة الحجمية اسم المقاومة الكهربائية. تُساعد هذه المقاومة في قياس عزل المادة أو مقاومتها الكهربائية. كلما كانت المقاومة عالية، قلّت حركة الشحنات الكهربائية في الدائرة. الوحدة الدولية لقياس المقاومة في النظام هي Ω-m.
تتميز العوازل الكهربائية بمقاومة كهربائية عالية جدًا. يتراوح نطاق المقاومة بين ١٠⁶ و١٠¹⁰ ميجا أوم-سنتيمتر. تؤثر الرطوبة ودرجة الحرارة على المقاومة الكهربائية.
المقاومة السطحية – ρS
تشمل المقاومة السطحية (ρS) المقاومة الكهربائية أو العازلة لمادة لوحة الدوائر. كما يجب أن تتمتع بقيمة عالية جدًا للمقاومة السطحية، مماثلة للمقاومة الحجمية. لذلك، يجب أن تتراوح قيمة المقاومة السطحية بين 10⁶ و10¹⁰ ميغا أوم لكل متر مربع.
القوة الكهربائية
تساعد هذه الخاصية في قياس قدرة مادة لوحة الدوائر على مقاومة الانهيار الكهربائي على طول المحور Z. الوحدة الدولية لقياس القوة الكهربائية في النظام هي فولت/ميل. تتراوح قيمة القوة الكهربائية لمعظم المواد العازلة بين 800 و1500 فولت/ميل.
الخواص الكيميائية
مواصفات قابلية الاشتعال - UL94
هذا معيارٌ لقابلية اشتعال البلاستيك، يُصنّف البلاستيك من الأقل مقاومةً للهب إلى الأعلى مقاومةً له. لذا، فهو مفيدٌ جدًا لاختبار الأجهزة المصنوعة من البلاستيك. تُعرّف مختبرات أندررايترز (UL) هذا المعيار. فيما يلي بعض المتطلبات الأساسية لهذا المعيار:
- لن تحترق العينات ذات الاحتراق الملتهب لمدة أقصاها 10 ثوانٍ بعد تطبيقات شعلة الاختبار.
- لن يتجاوز إجمالي وقت الاحتراق ٥٠ ثانية. هذا الوقت مخصص لعشر شعلات لمجموعة من خمس عينات.
- لن تحترق العينات حتى المشبك الحامل بالاحتراق المتوهج.
- بالإضافة إلى ذلك، لن يتسرب منه أي مواد مشتعلة قد تُشعل القطن الجراحي الإسفنجي الجاف. يوجد القطن على عمق 300 مم أسفل عينات الاختبار.
- بعد شنومكسndعند إزالة شعلة الاختبار، قد لا يكون للعينات احتراق لامع يستمر لمدة 20 ثانية تقريبًا.
امتصاص الرطوبة
إنها قدرة مادة لوحة الدوائر الإلكترونية على مقاومة الماء. يمكنك ملاحظة الزيادة المئوية في وزن لوحة الدوائر الإلكترونية بعد امتصاص الماء. علاوة على ذلك، يمكنك حساب هذه النسبة باستخدام طرق اختبار مختلفة. معظم المواد قادرة على امتصاص الماء بنسبة تتراوح بين 0.01% و0.20%.
يمكن أن يؤثر امتصاص الرطوبة على خصائص مختلفة لمادة لوحة الدائرة. على سبيل المثال، يمكن أن يؤثر على الخواص الكهربائية والحرارية للمادة. كما يؤثر على قدرة خيط الأنود الموصل على مقاومة التيار الكهربائي عند تشغيل لوحة الدائرة.
مقاومة كلوريد الميثيلين
يُساعد هذا الاختبار في قياس قدرة اللوح على مقاومة المواد الكيميائية، وتحديدًا قدرة اللوح على امتصاص كلوريد الميثيلين.
يمكنك التعبير عن قيمته كنسبة مئوية. ستلاحظ زيادة في الوزن بعد امتصاص كلوريد الميثيلين. يحدث هذا في ظل ظروف مُتحكم بها. تتميز معظم مواد ركيزة ثنائي الفينيل متعدد الكلور بقدرة مقاومة تتراوح بين 0.01% و0.20%، وهي قدرة تُشبه امتصاص الرطوبة.
خصائص الميكانيكية
قوة قشر
يُشير هذا إلى قوة الترابط بين المادة العازلة والموصل النحاسي. وحدة قياس قوة التقشير هي رطل القوة لكل بوصة خطية. يُمكنك التعبير عنها بـ PLI.
تعتمد اختبارات قوة التقشير على سُمك ركيزة لوحة الدوائر المطبوعة. على سبيل المثال، ستحتاج إلى خطوط نحاسية بسمك أونصة واحدة لأغراض الاختبار. بالإضافة إلى ذلك، ستحتاج إلى خطوط نحاسية بعرض يتراوح بين 1 و32 مم بعد عملية تصنيع لوحة الدوائر القياسية. يمكنك إتمام هذه العملية في ثلاثة شروط:
- الإجهاد الحراري: بعد تعويم العينة على اللحام لمدة 10 ثوانٍ عند 288 درجة مئوية.
- حرارة عالية: بعد تعريض العينة للسائل بدرجة حرارة ١٢٥ درجة مئوية، أو يمكنك تعريضها للهواء الساخن.
- التعرض للمواد الكيميائية المستخدمة في العمليات: بعد تعريض العينة لسلسلة من العمليات الكيميائية والحرارية.
قوة العاطفة
يُظهر هذا المؤشر قدرة المادة على تحمل الضغط الميكانيكي دون أن تنكسر. يُمكن التعبير عن قيمته بالكيلوغرام/متر مربع أو بالرطل/بوصة مربعة.
آلية اختبار قوة الانحناء بسيطة للغاية. يُمكن إجراؤها بتثبيت لوح من طرفه وتحميل مركزه. المعيار المُعتمد للألواح الصلبة ومتعددة الطبقات هو IPC-4101.
معامل يونج
معامل الشد هو مصطلح آخر لهذه الوحدة. وهو يدل على قوة المادة على لوحة الدائرة. تقيس هذه الوحدة نسبة الإجهاد والانفعال في اتجاه محدد. يقيس بعض المصنّعين القوة باستخدام هذه الوحدة بدلاً من قوة الانحناء. يمكن التعبير عن قيمتها بالقوة لكل وحدة مساحة.
كثافة
يمكنك قياس كثافة لوحة الدوائر بالجرام لكل سنتيمتر مكعب. كما يعرض بعض المصنّعين قيمتها بالرطل/بوصة مكعبة.
وقت التفريغ
يوضح هذا العامل مدة مقاومة لوحة الدوائر للتقشير. قد يحدث التقشير نتيجةً لصدمة حرارية، أو رطوبة، أو خلل في درجة حرارة المادة. بالإضافة إلى ذلك، قد يحدث نتيجةً لضعف عملية التقشير.
ما هي أفضل طريقة لاختيار مواد ركيزة PCB لـ PCB الخاص بك؟
تتوفر في السوق أنواعٌ عديدة من ركائز لوحات الدوائر المطبوعة. تختلف هذه الأنواع في سُمكها ومتانتها. لذا، يُعدّ العثور على أفضل ركيزة للوحات الدوائر الإلكترونية أمرًا صعبًا للغاية. بل إن العثور على ركيزة مناسبة دون معرفة كافية يُصبح أمرًا مُرهقًا.
ليس من الصعب اختيار نوع ركيزة PCB المناسبة لاحتياجاتك. لأنك تعرفت بالفعل على المعايير الكاملة لاختيار الركيزة. يجب عليك مراعاة ما يلي:
- الخصائص الحرارية
- الخواص الكهربائية
- الخواص الكيميائية
- خصائص ميكانيكية
إذا كنتَ مُلِمًّا بهذه الخصائص، يُمكنك اختيار طبقة أساسية عالية الجودة للوحات الدوائر الإلكترونية. كما يجب عليكَ مراعاة سُمك طبقة الأساس للوحة الدوائر المطبوعة.
بالإضافة إلى خصائص الركيزة، يجب مراعاة بعض الخصائص المهمة لها. فيما يلي بعض الخصائص المهمة:
| مادة ثنائي الفينيل متعدد الكلور | الاستخدام النموذجي | DK | تيج (oC) | نوع اللوحة الموصى بها |
| FR-4 | الركيزة، صفائح | 4.2 إلى 4.8 | 135 | المجموعة الأساسية |
| جيم-1 | الركيزة، صفائح | 4.5 إلى 5.4 | ٢٠٢٤/٢٠٢٣ | كثافة عالية |
| RF-35 | الركيزة | 3.5 | 130 | كثافة عالية |
| تفلون | صفح | 2.5 إلى 2.8 | 160 | ميكروويف، طاقة عالية، تردد عالي |
| بوليميد | الركيزة | 3.8 | > = 250 | طاقة عالية، ميكروويف، تردد عالي |
| PTFE | الركيزة | 2.1 | 240 إلى 280 | ميكروويف، طاقة عالية، تردد عالي |
أنواع مواد ركيزة PCB
تتكون لوحات الدوائر من طبقتين من المواد: علوية وسفلية. تُعد الطبقة العلوية مهمة جدًا لأغراض عديدة، مثل التفاعلات. كما يعتمد تصميم لوحة الدوائر على هذه الطبقة.
وبالمثل، تُسهم الطبقة السفلية مساهمة كبيرة في أغراض التصميم. تُقدر مساحة سوق الركائز بحوالي 51 مليون متر مربع حول العالم. تستخدم الشركات أنواعًا مختلفة من ركائز لوحات الدوائر المطبوعة.
يخلط معظم المصنّعين هذه المادة مع الإيبوكسي، بينما يخلطها آخرون مع خليط BT. تستخدم معظم الشركات طبقات بديلة مختلفة من المادة العازلة، سواءً مع التقوية أو بدونها.
فيما يلي بعض أنواع ركائز PCB الأساسية:
الزجاج غير المنسوج
يتضمن ذلك انتشار ألياف زجاجية دقيقة في الركيزة. تتميز هذه الألياف بكفاءة عالية في الترددات العالية. إلا أن عامل التشتت في الزجاج غير المنسوج ليس كافيًا.
زجاج منسوج
هذا نوع آخر شائع من ركائز لوحات الدوائر المطبوعة. قماش الزجاج المنسوج هو أساس هذه الركيزة. مع ذلك، فهو ليس جيدًا بسبب ضعف استقراره الحراري والميكانيكي.
معبأ
يأتي بنطاق محدد من ثابت العزل الكهربائي. بعض المواد الأخرى، مثل السيراميك، تزيد من ثابت عزلها الكهربائي.
هناك طرق مختلفة لاختيار ركيزة لوحك. أهمها الاستعانة بفريق هندسي متخصص من المصنعين.
بالإضافة إلى ذلك، يمكنك تصنيف الركيزة إلى 4 فئات مختلفة على النحو التالي:
لوح صلب/جامد
يستخدمه المصنعون للحفاظ على شكل لوحة الدوائر الكهربائية بطولها. وهي لوحات دوائر كهربائية مصنوعة من السيراميك، مما يمنعها من الانحناء أو اكتساب أشكال أخرى.
ألواح ناعمة/مرنة
بفضل مرونتها، يُمكن استخدامها في العديد من المشاريع. يُمكن تحويلها إلى أي شكل أو جسم. يستخدم المُصنِّعون هذا النوع عند الحاجة إلى ثني الأجسام. لذا، تُعدّ ألواح المرونة خيارًا مثاليًا في مثل هذه الحالات.
مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المرنة والصلبة
في مواقف مختلفة، تقوم الشركات بدمج الألواح المرنة والصلبة لصنع مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المرنة الصلبةتحتوي على طبقات متعددة مثل البولي إيميد. تُستخدم الألواح المرنة الصلبة بشكل رئيسي في التطبيقات الفضائية والعسكرية. كما يُمكن استخدامها في مختلف المعدات الطبية.
FR-4
إنها المادة الأساسية الأكثر شيوعًا وبأسعار معقولة حاليًا، وهي عبارة عن صفائح إيبوكسي من الألياف الزجاجية. FR هو اختصار لكلمة "مثبط للحريق" وهو عازل ممتاز. تحتوي المادة على كمية جيدة من البروميد، وهو هالوجين غير تفاعلي.
تقنية موكو - أفضل مكان للركيزة عالية الجودة
بعد قراءة هذه المقالة المفصلة، أصبحتَ الآن على دراية بمتطلبات لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). كما أصبحتَ تعرف العوامل التي يجب مراعاتها قبل اختيار الركيزة. هذه المعلومات مفيدة جدًا لاختيار مادة ركيزة عالية الجودة للوحة الدوائر المطبوعة لمنتجاتك. أفضل ركيزة جودة ستمنحك نتائج عالية الجودة وطويلة الأمد.
تكنولوجيا موكو هو أفضل مكان لـ تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور و تجميعيقدم فريقنا المتخصص حلولاً مثالية للوحات الدوائر المطبوعة (PCB) لعملائنا. يولي مهندسونا جميع الاعتبارات قبل بدء التصنيع. نلبي جميع المتطلبات، من بيئات التطبيق إلى أداء المنتج. بعد إتمام عملية التصنيع، نمرر جميع لوحات الدوائر عبر عملية اختبار دقيقة. رضا عملائنا هو أولويتنا. هل ترغب في تحويل فكرتك إلى واقع؟ لماذا تتأخر؟ احصل على عرض سعر فوري لبدء مشروعك!
