تُعد لوحة الدوائر المطبوعة أحادية الجانب، والمعروفة أيضًا باسم لوحة الدوائر المطبوعة أحادية الطبقة، واحدة من أكثر أنواع لوحات الدوائر المطبوعة شيوعًا أنواع ثنائي الفينيل متعدد الكلوريحتوي أحد جانبيه على مادة موصلة، بينما يحتوي الجانب الآخر على مكونات إلكترونية متصلة كهربائيًا ببعضها. تتناول هذه المقالة المفصلة جوانب مختلفة من لوحة الدوائر المطبوعة أحادية الجانب. ستتعرف هنا على عملية التصنيع الكاملة، ومزايا وعيوب هذه التقنية. كما سنلقي نظرة على تطبيقات لوحة الدوائر المطبوعة أحادية الطبقة.
بناء لوحة الدوائر المطبوعة أحادية الجانب
تتكون لوحة الدوائر المطبوعة أحادية الجانب بشكل أساسي من الطبقات التالية:
- الركيزة
توفر طبقة الركيزة الدعم الميكانيكي للوحة الدوائر المطبوعة، وعادة ما تكون مصنوعة من مواد عازلة مثل FR-4 (الإيبوكسي المقوى بالزجاج)، والبولي إيميد، وCEM، وما إلى ذلك.
قراءة متعمقة: أنواع مختلفة من مواد ركيزة PCB لمشروعك
- طبقة رقائق النحاس
تُغلّف طبقة رقيقة من رقاقة النحاس على أحد جوانب الطبقة السفلية. تحمل هذه الرقاقة النحاسية آثار الدوائر المحفورة ووسادات التوصيل للمكونات. عادةً ما تكون أوزان النحاس المستخدمة أونصة واحدة أو أونصتين للقدم المربع.
- قناع اللحيم
يُطبّق قناع لحام على النحاس، مع ترك مناطق الوسادات المطلوبة فقط مكشوفة. يعزل قناع اللحام آثار اللحام ويمنع تكوّن جسور اللحام العرضية أثناء تجميع المكونات.
تُطبع طبقة من حبر بوليمري بتقنية الطباعة الحريرية على لوحة الدوائر المطبوعة لعرض النصوص والرموز والشعارات وغيرها من العلامات. يُعد هذا مفيدًا لتحديد المكونات، وتعليمات التجميع، ولأغراض وضع العلامات التجارية.
نصائح لتصميم وتصنيع لوحة الدوائر المطبوعة أحادية الطبقة
قبل أن ننتقل إلى تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة أحادية الطبقة، هناك بعض الأمور المهمة التي يجب مراعاتها. باتباع هذه النصائح، يمكنك تجهيز لوحاتك في أسرع وقت ممكن، كما يمكنك توفير بعض المال. لذا، دعونا ننتقل مباشرةً إلى النصائح العملية الثمانية:
- لا تبخل أبدًا في شراء المواد ذات الجودة
لا تطلب أبدًا من الشركة المصنعة اختيار مادة بديلة أرخص. إذا اخترت مادة أرخص، ماذا لو تعطلت خلال أسابيع؟ يجب أن تكون على دراية بالمكونات الأساسية للوحة الدوائر المطبوعة (PCB). اختر دائمًا مواد عالية الجودة. هذه المكونات تدوم طويلًا، مما يوفر لك الوقت والمال.
- استخدم دائمًا أشكال اللوحة القياسية
من المهم اختيار أشكال الألواح القياسية، إلا إذا كان لديك هيكل ذو شكل محدد يناسب تصميمك. لذا، اختر دائمًا تصميمًا مستطيلًا أو مربعًا قياسيًا. أي تصميم خارج عن المألوف سيكلفك أكثر.
- تجنب الثقوب الصغيرة جدًا
إذا كانت لوحة الدوائر الإلكترونية لديك تحتوي على فتحات أصغر، فستكون تكلفة التصنيع أعلى. حتى أن العديد من مصانع التصنيع تفرض رسومًا إضافية إذا كان قطر الفتحات أقل من 0.4 مم. لذلك، إذا لم تكن بحاجة إلى حجم فتحة محدد، فاختر الحجم العادي.
- استخدم الحق عبر
هناك ثلاثة أنواع من الثقوب: ثقوب عمياء، وثقوب مدفونة، وثقوب منفرجة. الثقوب العمياء والمدفونة مخصصة للكثافة العالية و لوحات الدوائر المطبوعة عالية الترددلذا، إذا لم تكن بحاجة إلى هذه الطرق، فاتركها لتجنب التكلفة الإضافية.
قراءة متعمقة: الطريق الأعمى والطريق المدفون: ما الفرق؟
- لا تذهب إلى طبقات إضافية
قبل إضافة طبقات إضافية لزيادة مساحة التوجيه والأداء وخطط الطاقة، فكّر مليًا. الفرق بين اللوحة ذات الطبقتين والأربع طبقات مضاعف! لذا حافظ على تصميمك أنيقًا ومدمجًا لتجنب دفع تكاليف إضافية.
- إعداد التصميم للتقسيم إلى ألواح
يمكنك طلب لوحة عملاقة مع لوحات دوائر مطبوعة مختلفة. يمكنك توفير الكثير من المال باختيار أكبر حجم لوحة. للحصول على جميع لوحاتك على لوحة واحدة، لا تحتاج الآلة إلى أي وقت إضافي للإعداد، وبالتالي تكون تكلفتها أقل.
- انتقل إلى الأحجام والمكونات القياسية في الصناعة
إذا اخترت شركة لتصنيع الدوائر الكهربائية، فعليك اختيار الحجم القياسي للوحة الدائرة. فهذا يُسهّل العمل ويزيد من كفاءته. لذا، يتطلب تخصيص طلبك إعدادات إضافية تُكلّف أكثر.
- اختر مكونات التركيب السطحي إذا كان ذلك ممكنًا
إذا لم تكن تُنشئ تصميمًا مُعقّدًا للغاية، يُفضّل استخدام مُكوّنات التركيب السطحي القياسية. فهذا يُقلّل عدد الثقوب المُحفورة في الألواح، مما يُقلّل التكلفة.
عملية تصنيع لوحة الدوائر المطبوعة أحادية الطبقة
فيما يلي دليل خطوة بخطوة لتصنيع لوحة الدوائر المطبوعة ذات الطبقة الواحدة:
تصميم لوحة الدوائر المطبوعة أحادية الطبقة
التصميم هو الخطوة الأولى والأهم لإنشاء أي لوحة دوائر كهربائية. علاوة على ذلك، تبدأ عملية التصميم بالتخطيط. يُنشئ المصممون مخططًا للدوائر الكهربائية، مُغطين جميع متطلبات العميل.
طباعة تصميم PCB
بعد إنشاء مخطط لوحة الدائرة، يمكنك الآن طباعة تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلورلا يُمكن طباعة هذه الخطة على الرسومات المعمارية العادية. ستحتاج بدلاً من ذلك إلى طابعة رسامة لطباعة هذا التصميم. تُنتج الطابعة رقعةً على لوحة الدوائر.
علاوةً على ذلك، تحتاج الطابعة إلى نوعين من الأحبار: أسود وشفاف. يُستخدم الحبر الأسود لخطوط النحاس، بينما يُستخدم الحبر الشفاف للمناطق غير الموصلة للكهرباء، مثل الألياف الزجاجية، في الطبقات الداخلية.
من ناحية أخرى، بالنسبة للطبقات الخارجية، يشير الحبر الأسود إلى مناطق إزالة النحاس. أما الحبر الشفاف، فيشير إلى خطوط مسارات النحاس.
طباعة النحاس للطبقات الداخلية
هذه هي الخطوة الأولى التي يبدأ فيها التصنيع الفعلي. بعد طباعة التصفيح، تُضاف إليه طبقة نحاسية تُشكل هيكل لوحة الدوائر المطبوعة. سيتعين عليك إضافة غشاء حساس للضوء يُسمى "المقاومة" على لوحة التصفيح. هنا، يجب أن يتوافق كلٌّ من المخطط ولوحة التصفيح تمامًا مع المقاومة. إذا لم يتطابق كلاهما، فحاول صنعه وفقًا للمخطط.
تخلص من النحاس غير الضروري
في هذه الخطوة، عليك إزالة النحاس غير المرغوب فيه من لوحة الدائرة. يمكنك استخدام مادة كيميائية قوية أخرى تُزيل النحاس غير المغطى بطبقة مقاومة للضوء. بعد إزالة النحاس، أزل طبقة مقاومة الضوء من لوحة الدائرة المطبوعة أيضًا.
حفر
تحتاج جميع لوحات الدوائر المطبوعة إلى ثقوب لربط المكونات المختلفة وتركيبها. قبل الحفر، يمكنك استخدام جهاز الأشعة السينية لتحديد مكان الحفر. هناك طرق مختلفة لحفر ثقب في لوحة الدوائر المطبوعة أحادية الطبقة. ومع ذلك، تستخدم أنظمة مختلفة أدوات قطع من الكربيد الصلب. تحفر هذه الأدوات ثقوبًا دقيقة في المواقع المحددة بفعالية. يوفر المصممون معلومات شاملة حول الحفر في... ملف الحفر NC. وبالتالي تعمل ماكينة الحفر وفقًا للبرنامج وتحفر الحفرة بالحجم المطلوب في الموقع الدقيق.
تصفيح
بعد ثقب اللوحة، يمكنك البدء بالطلاء. تستخدم هذه العملية مادة كيميائية لدمج الطبقات المختلفة معًا إن وجدت. بعد تنظيف لوحة الدائرة، يجب غمرها بسلسلة من المواد الكيميائية. تُغلف هذه العملية اللوحة بطبقة من النحاس بسُمك ميكرون واحد. قبل ملء الثقوب بالنحاس، تُستخدم هذه العملية لكشف صفيحة الألياف الزجاجية، التي تُشكل الجزء الداخلي من اللوحة.
تخيل وطبق الطبقة الخارجية
بعد الطلاء وتركيب النحاس، يجب تطبيق صور الطبقة الخارجية لتجهيز اللوحة للطلاء الكهربائي. تتوفر أنواع مختلفة من الآلات لهذا الغرض، مثل آلة الترقق. استخدم آلة الترقق لتغطية الطبقة الخارجية بغشاء جاف. هذا الغشاء الجاف مادة قابلة للتصوير. تشبه هذه العملية تقريبًا الطبقات الداخلية للوحة الدوائر المطبوعة.
النقش
عند نقش الطبقة الخارجية، يمكنك استخدام واقي القصدير لحماية النحاس أثناء عملية النقش. في هذه العملية، يجب إزالة الجزء المكشوف من النحاس. علاوة على ذلك، ستبقى آثار ووسادات حول الثقب ونقش النحاس. لذا، ستزيل فقط النحاس المكشوف.
أخيرًا، عليك إزالة القصدير الذي يغطي الثقوب والآثار. بعد إتمام هذه الخطوة، لن يظهر سوى الصفائح المعدنية المكشوفة والنحاس للوحة الدائرة. الآن وقد أكملت هيكل لوحة الدوائر المطبوعة، ستتعلم الآن كيفية حماية لوحة الدوائر المطبوعة أحادية الطبقة.
ضع قناع اللحام
يحمي قناع اللحام اللوحات من قصر الدائرة الكهربائية، كما يحمي الدائرة من التأثيرات البيئية الأخرى. لذا، يمكنك استخدام قناع لحام سائل قابل للتصوير الضوئي لحماية سطح النحاس. كما يحمي جسور اللحام بين المكونات المختلفة أثناء عملية التجميع.
إنهاء PCB والطباعة الحريرية
كجزء من عملية التشطيب، طُلي لوحة الدائرة بالفضة أو الذهب أو HASL. بعد اللمسة النهائية، يمكنك طباعة اللوحة بأكملها بتقنية الطباعة الحريرية. في هذه العملية، يمكنك طباعة رموز أو معلومات مختلفة على لوحات الدائرة.
مزايا وعيوب لوحة الدوائر المطبوعة أحادية الجانب
تعتبر لوحة الدوائر المطبوعة ذات الطبقة الواحدة أبسط الدوائر مقارنة بالدوائر المطبوعة ذات الوجهين متعدد الطبقات ثنائي الفينيل متعدد الكلورإنها مفيدة جدًا للمكونات الإلكترونية البسيطة. من ناحية أخرى، تتعطل هذه الدائرة عند استخدام أكثر الأجهزة الإلكترونية تعقيدًا. على سبيل المثال، لا يمكن استخدامها في أنظمة الأقمار الصناعية.
فيما يلي إيجابيات وسلبيات مختلفة لطبقة PCB الواحدة:
إيجابيات لوحة الدوائر المطبوعة أحادية الجانب
- بفضل بساطتها، يسهل تصميم هذه اللوحة. علاوة على ذلك، يكاد يكون من المستحيل عمل تصميم خاطئ.
- هذا المنتج أقل تكلفةً مقارنةً بأنواع أخرى من لوحات الدوائر المطبوعة. وتنخفض التكلفة بشكل ملحوظ، خاصةً عند طلب كميات كبيرة.
- نظرًا لأنه يحتوي على طبقة واحدة فقط، فإن عملية الحفر واللحام وإدخال المكونات تكون مباشرة وسهلة.
- يتم تركيب المكونات على جانب واحد فقط، لذا فهي تحتاج إلى وصلة توصيل سفلية لتعويض الدائرة.
سلبيات لوحة الدوائر المطبوعة أحادية الجانب
- تعتبر هذه الدوائر بسيطة للغاية بالنسبة للمشاريع المعقدة.
- تتمتع اللوحات أحادية الجانب بقدرة تشغيل أقل.
- علاوة على ذلك، فهي أكبر حجمًا. وبسبب حجمها الأكبر، تتمتع بوزن أعلى.
- نظرًا لوجود جانب واحد فقط متاح لوضع المكونات، فإن كثافة المكونات تكون محدودة.
لوحة الدوائر المطبوعة أحادية الجانب مقابل لوحة الدوائر المطبوعة ثنائية الجانب
لوحات الدوائر المطبوعة أحادية الجانب ومزدوجة الجانب هي أكثر أنواع لوحات الدوائر المطبوعة شيوعًا. فيما يلي جدول يقارن بين أهم خصائصها:
| الميزات | واحد من جانب ثنائي الفينيل متعدد الكلور | ثنائي الفينيل متعدد الكلور على الوجهين |
| عدد طبقات النحاس | 1 | 2 |
| وضع المكون | جانب واحد فقط | كلا الجانبين |
| مساحة التوجيه | محدود | مساحة توجيه أكبر |
| الترابط | السطح فقط | ثقوب متاحة |
| تعقيد | تصاميم بسيطة | تعقيد معتدل |
| تكلفة التصنيع | منخفض | أعلى من جانب واحد |
| حجم المجلس | أكبر | أصغر (لنفس التعقيد) |
| محاذاة الطبقة | غير مطلوب | مطلوب: |
| تعقيد التكديس | الاشارات | معتدل |
تطبيقات لوحة الدوائر المطبوعة أحادية الطبقة
تتميز لوحات الدوائر المطبوعة أحادية الجانب (PCBs) بدوائرها البسيطة، ومع ذلك، فهي مفيدة للغاية. لذا، يمكنك العثور عليها في العديد من الأجهزة الإلكترونية المفيدة. فيما يلي بعض التطبيقات المهمة للوحات الدوائر المطبوعة أحادية الطبقة:
- يمكنك العثور على هذه الدوائر في الكاميرات الرقمية.
- دوائر معدات الراديو والستيريو.
- تتكون الآلات الحاسبة الرقمية من لوحة دارات مطبوعة ذات طبقة واحدة فقط.
- تحتوي مرحلات التبديل أيضًا على هذه الدوائر المستخدمة في صناعات السيارات والطاقة المختلفة.
- علاوة على ذلك، تستخدم آلات البيع أيضًا هذه الدوائر.
- تستخدم محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة وآلات صنع القهوة هذه الدائرة.
- دائرة مؤقت فرن الميكروويف الرقمي هي في الأساس عبارة عن لوحة دارات مطبوعة ذات جانب واحد تستخدم لتشغيل وإيقاف تشغيل الفرن في الوقت المناسب.
- تحتوي إضاءة LED على هذه الدوائر لتشغيل الدائرة.
- بالإضافة إلى ذلك، تستخدم آلات التعبئة المختلفة أيضًا هذه الدوائر لأغراض التعبئة.
- علاوة على ذلك، تستخدم منتجات الاستشعار المختلفة، وأجهزة المراقبة، وإمدادات الطاقة الرقمية والتناظرية هذه الدوائر أيضًا.
