غالباً ما يُطلق على ثنائي الفينيل متعدد الكلور اسم “أم الإلكترونيات”. تحتاج أجهزة الكمبيوتر والهواتف والسيارات الكهربائية اليوم إلى مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور. ثنائي الفينيل متعدد الكلور هو منصة متعددة الطبقات التي تحمل وتربط الأجزاء الإلكترونية لتكوين دوائر كهربائية. إنه مثل الهيكل العظمي للجهاز الإلكتروني. يتم تركيب الأجزاء عليها. بعد تركيب الأجزاء، تصبح اللوحة ثنائي الفينيل متعدد الكلور (تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور).
مما يتكون ثنائي الفينيل متعدد الكلور؟
تُصنع ثنائي الفينيل متعدد الكلور من مادة غير موصلة بطبقات نحاسية. تشكل طبقات النحاس مسارات ووسادات موصلة معقدة. يقوم الصانعون بإنشاء هذه المسارات عن طريق حفر النحاس.
الهيكل الأساسي لثنائي الفينيل متعدد الكلور
ثنائي الفينيل متعدد الكلور النموذجي عبارة عن شطيرة. تحتوي اللوحة المكونة من طبقتين على طبقة نحاسية في الأعلى وطبقة نحاسية في الأسفل. وتوجد بينهما طبقة من fr4. fr4 عبارة عن ألياف زجاجية من الإيبوكسي. وهي غير موصلة. وهي تفصل بين الطبقتين النحاسيتين.
إذا احتجنا إلى لوح من أربع طبقات، نضغط لوحين من طبقتين معًا. نضيف لوحًا يسمى بريبريغ بينهما. كما أن البريبريج هو أيضًا عازل. بعبارات بسيطة، اللوح المكون من ست طبقات هو عبارة عن ثلاث ألواح من طبقتين مضغوطة معًا. واللوح المكون من ثماني طبقات عبارة عن أربع ألواح من طبقتين. لذا تزداد طبقات اللوح بمضاعفات اثنين.
قناع اللحام
فوق النحاس، يضع المصنعون طبقة من الطلاء فوق النحاس تسمى قناع اللحام. يحمي قناع اللحام آثار النحاس من الهواء والأكسدة. إذا فشل قناع اللحام، يمكن أن يتأكسد النحاس والوسادات. وهذا يجعل عملية اللحام صعبة أو مستحيلة.
يحافظ قناع اللحام أيضًا على اللحام على الوسادات فقط. يترك القناع الوسادات مكشوفة. يتم تغطية جميع المناطق الأخرى حتى لا يلتصق اللحام. وهذا هو سبب تسميته بقناع اللحام. إنه يحمي الدائرة ويعزل الوسادات.
الشاشة الحريرية
فوق قناع اللحام، يطبع الصانعون طبقة تسمى الشاشة الحريرية. تطبع الشاشة الحريرية نصاً ومحددات مرجعية. أثناء تجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور، تساعد هذه العلامات الأشخاص في العثور على الأجزاء. على سبيل المثال
- C33 تعني المكثف رقم 33.
- R48 تعني المقاوم رقم 48.
| المعيّن المرجعي | نوع المكون | الوصف |
|---|---|---|
| R | المقاوم | مكون سلبي يقاوم تدفق التيار الكهربائي |
| C | المكثف | مكون سلبي يقوم بتخزين الطاقة الكهربائية |
| L | المحرِّض | مكون سلبي يخزن الطاقة في مجال مغناطيسي |
| D | الصمام الثنائي | أشباه الموصلات التي تسمح بتدفق التيار في اتجاه واحد |
| Q | ترانزستور | أشباه الموصلات المستخدمة لتضخيم أو تبديل الإشارات الإلكترونية |
| U | الدائرة المتكاملة (IC) | دائرة معقدة بمكونات متعددة على شريحة واحدة |
| الصمام الثنائي الباعث للضوء | الصمام الثنائي الباعث للضوء | أشباه الموصلات التي تبعث الضوء عند مرور التيار خلالها |
| J | موصل/وصلة/وصلة توصيل | مكون يستخدم لتوصيل أجزاء مختلفة من الدائرة الكهربائية |
| F | فيوز | جهاز أمان يحمي الدوائر الكهربائية من التيار الزائد |
| SW | التبديل | مكون يستخدم لفتح أو إغلاق دائرة كهربائية |
تستخدم الشاشة الحريرية ملصقات قصيرة وعلامات بسيطة. تساعد في التجميع والإصلاح.
التدفق الأساسي لإنتاج ثنائي الفينيل متعدد الكلور
فيما يلي الخطوات الرئيسية في إنتاج ثنائي الفينيل متعدد الكلور. أستخدم كلمات بسيطة وخطوات مباشرة حتى يسهل قراءتها.
ملفات جربر
كيف يرسم المهندسون مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور؟ يصنعون صور طبقات. أحد المخرجات الشائعة هو ملف جربر. ملفات جربر هي ملفات الصور لكل طبقة. إنها مثل الصور السلبية للصور. تُظهر المناطق السوداء الأماكن الواضحة. تُظهر المناطق الحمراء الأماكن المعتمة.
يرسل المهندسون ملفات Gerber إلى صانع ثنائي الفينيل متعدد الكلور. يستخدم الصانع الملفات لصنع الأفلام. توجه هذه الأفلام إنتاج اللوحة بالكامل. يُطلق على ملف جربر أيضًا اسم photoplot أو phototool.
تقطيع اللوح الخام (ألواح التقطيع)
قطع اللوح الخام يعني تقطيع اللوح الخام إلى ألواح إنتاج مكسوة بالنحاس. يقوم المنتجون عادةً بقطع المربعات التي تناسب خط الإنتاج.
قبل أن ننتقل إلى المزيد من الخطوات، إليك ثلاث كلمات شائعة تستخدم في الإنتاج:
- الوحدة: الوحدة عبارة عن تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور واحد رسمه المهندس.
- مجموعة: المجموعة هي العديد من الوحدات الموضوعة معًا. يقوم المهندسون بذلك لتوفير الوقت وتسهيل الإنتاج. وغالباً ما يسمى ذلك بالتجميع. تتضمن المجموعة صور الوحدات، وحواف الأدوات، وعلامات أخرى.
- اللوحة: اللوحة هي اللوحة الفعلية التي يصنعها المصنع. يمكن أن تتضمن اللوحة عدة مجموعات بالإضافة إلى شرائط الأدوات والحواف الإضافية للمناولة. تساعد الألواح على زيادة كفاءة الإنتاج.
طبقة جافة من الطبقة الداخلية (تصوير الطبقة الداخلية)
يعني الفيلم الجاف ذو الطبقة الداخلية نقل الأنماط النحاسية الداخلية إلى رقائق النحاس الداخلية. أولاً، يضيف الصانع طبقة حساسة للضوء على سطح النحاس. يتصلب هذا الفيلم عندما يصطدم به الضوء. ثم يتم تعريض اللوح بعد ذلك من خلال فيلم. تتصلب المناطق التي تحصل على الضوء. وتبقى المناطق الداكنة لينة.
بعد ذلك، يتم تحميض اللوح. يزول الغشاء الناعم. يبقى الفيلم المتصلب ويحمي النحاس. ثم يتم حفر اللوح. يزيل الحفر النحاس غير المحمي. بعد إزالة الغشاء، تبقى أنماط النحاس ذات الطبقة الداخلية على اللوح.
بالنسبة للمصممين، تتمثل الشواغل الرئيسية في الحد الأدنى لعرض التتبع والتباعد وتوحيد التوجيه. إذا كانت المسافات صغيرة جداً، لا يمكن إزالة الفيلم بالكامل. يتسبب ذلك في حدوث قصور. إذا كان عرض الأثر رقيقًا جدًا، فقد لا يلتصق الفيلم جيدًا ويمكن أن تنفتح الآثار. لذا يجب أن يخطط المصممون لمسافات آمنة بين الآثار وبين الأثر والوسادة وبين الوسادات.
معالجة الأكسيد البني (تخشين سطح النحاس)
الغرض: اجعل السطح النحاسي الداخلي خشن قليلاً وأضف طبقة معدنية عضوية. يساعد ذلك على لصق الطبقات معاً.
كيف يعمل: تشكل المعالجة الكيميائية طبقة عضوية معدنية موحدة على النحاس. تلتصق الطبقة جيدًا بمادة ما قبل التركيب. وهذا يحسّن من الالتصاق بين النحاس الداخلي وما قبل التركيب عند ضغط اللوح لاحقًا.
التصفيح
يعمل التصفيح على ربط طبقات النحاس وما قبل التصنيع في لوح واحد. تستخدم العملية الحرارة والضغط. تتشكل الرابطة عن طريق انتشار وتشابك البوليمرات بين الطبقات. يكدس المصنع رقائق النحاس، وما قبل التصفيح والطبقات الداخلية وألواح الصلب وألواح الفولاذ وألواح الفصل وورق الكرافت وألواح الصلب الخارجية حسب العملية.
بالنسبة للمصممين، فإن تناظر التصفيح مهم. أثناء التصفيح، تخلق الحرارة والضغط ضغوطًا داخل اللوح. إذا لم تكن الكومة غير متماثلة، فإن هذه الضغوط تختلف على كل جانب. وهذا يجعل اللوحة النهائية ملتوية. يؤثر الالتواء على أداء ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
كما أن التوزيع غير المتكافئ للنحاس يتسبب في تدفق غير متساوٍ للراتنج. المناطق التي تحتوي على نحاس أقل تصبح أرق قليلاً. وتصبح المناطق ذات النحاس الأكثر سماكة قليلاً. لتجنب هذه المشاكل، يجب على المصممين مراعاة توازن النحاس، وتماثل مكدس الطبقات، ووضع الشقوق العمياء أو المدفونة.
الحفر
يقوم الحفر بعمل ثقوب بين الطبقات. ينشئ الحفر فتحات وثقوبًا بين الطبقات لتوصيل الطبقات كهربائيًا.
نحاس غير مطلي بالكهرباء (PTH - مطلي من خلال ثقب)
بعد الحفر، نحتاج إلى جعل جدران الثقب موصلة. الخطوة الأولى هي ترسيب النحاس غير المكهرب. وتسمى هذه الخطوة أيضاً النحاس الكيميائي. تدخل اللوحة المحفورة في حمام نحاسي. ويرسب تفاعل الأكسدة والاختزال الكيميائي طبقة نحاسية رقيقة داخل الثقوب. وهذا يجعل الركيزة العازلة السابقة موصلة ويصل بين الطبقات.
بعد الطلاء الكهربائي للنحاس، تنتقل اللوحة إلى الطلاء الكهربائي. يعمل الطلاء الكهربائي على زيادة سماكة النحاس على السطح وفي الثقوب إلى حوالي 5-8 ميكرومتر. وهذا يمنع الأكسدة أو النقش الدقيق للنحاس الرقيق قبل الطلاء بالنمط الإضافي.
قناع اللحام (مرة أخرى)
يعد قناع اللحام، الذي يسمى أيضًا القناع الأخضر أو قناع الأشعة فوق البنفسجية، إحدى الخطوات الرئيسية. تطبق المصانع قناع اللحام عن طريق طباعة الشاشة أو الطلاء. ثم يعرضونه ويطورونه. تفتح العملية الوسادات والثقوب التي يجب لحامها. يتم تغطية جميع المناطق الأخرى. وهذا يمنع حدوث دوائر قصيرة أثناء اللحام.
الطباعة بالشاشة الحريرية
تطبق الشاشة الحريرية النصوص والشعارات وعلامات الأجزاء المطلوبة. تطبع الشاشة العلامات على اللوح. ثم يتم تعريض اللوح للأشعة فوق البنفسجية ومعالجته.
تشطيب السطح
النحاس العاري قابل للحام، ولكنه يتأكسد في الهواء. يجعل الأكسيد اللحام والتلامس على المدى الطويل ضعيفًا. لذلك نقوم بتطبيق طلاء السطح. الغرض الرئيسي هو ضمان قابلية لحام جيدة وخصائص كهربائية مستقرة.
تشطيبات السطح الشائعة:
- HASL (تسوية اللحام بالهواء الساخن) - تسمى أيضًا رذاذ القصدير في بعض النصوص. يغلف اللوح باللحام ويسويها بالهواء الساخن.
- ENIG (ذهب مغمور بالنيكل عديم النيكل الكهربائي) - يُطلق عليه أيضاً الذهب الغاطس. وهو عبارة عن نيكل متبوع بطبقة رقيقة من الذهب.
- OSP (مادة حافظة لقابلية اللحام العضوية) - طبقة عضوية ذات أساس مائي تحمي النحاس حتى التجميع.
- علبة غمر القصدير - طبقة رقيقة من القصدير.
- غمر الفضة - طبقة رقيقة من الفضة.
- النيكل - البلاديوم - الذهب (ENEPIG) - النيكل، ثم البلاديوم، ثم الذهب.
- ذهب صلب مطلي بالكهرباء - ذهب صلب أكثر سماكة لموصلات الحواف والأصابع.
- أصابع ذهبية - موصلات حواف مطلية بالذهب الصلب لمقاومة التآكل.
كل تشطيب له مفاضلات في التكلفة والعمر الافتراضي وقابلية اللحام والموثوقية. اختر الطلاء النهائي بناءً على احتياجات المنتج.
التوجيه/التسجيل على شكل حرف V/ تشكيل الشكل
بعد الانتهاء من تشطيب السطح، تقوم المصانع بتقطيع الألواح إلى المخطط النهائي باستخدام التوجيه باستخدام الحاسب الآلي أو التقطيع على شكل V. يصنعون اللوح بالشكل الذي يحتاجه العميل.
الاختبار الكهربائي (الاختبار الكهربائي)
يختبر الصانعون اللوحات عن طريق محاكاة ظروف الدائرة الكهربائية. ويتحققون من وجود فتحات وقصور. تكتشف هذه الخطوة العيوب قبل التجميع.
الفحص النهائي وأخذ العينات والتعبئة والتغليف
تفحص المصانع المظهر والحجم وأقطار الفتحات وسُمك اللوح والعلامات وغيرها من المتطلبات. وهي تضمن مطابقة الألواح لمواصفات العميل. تذهب الألواح المؤهلة للتغليف. تقوم المصانع بتعبئة الألواح في حزم للتخزين والشحن.
ملاحظات التصميم وحدود الإنتاج
يجب على المصممين التفكير في حدود التصنيع. حافظ على عرض الأثر والتباعد في حدود إمكانيات المصنع. تجنب الحلقات الحلقية الصغيرة حول الثقوب. ضع النحاس بالتساوي لتقليل الالتواء. استخدم مكدسات متماثلة للوحات متعددة الطبقات. ضع في اعتبارك استخدام الألواح العمياء والمدفونة في وقت مبكر لأنها تؤثر على عدد الطبقات والتصفيح.
من ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى PCBA
عندما يتم لحام الأجزاء على ثنائي الفينيل متعدد الكلور، يصبح هذا PCBA. يضيف التجميع أجزاء SMT والأجزاء عبر الفتحات. ثم تتضمن عملية الإنتاج بعد ذلك الالتقاط والتركيب، وإعادة اللحام بإعادة التدفق، واللحام الموجي إذا لزم الأمر، والفحص، والاختبار الوظيفي. تساعد ثنائي الفينيل متعدد الكلور المصنوع جيدًا على التجميع بسلاسة.
الملخص
- ثنائي الفينيل متعدد الكلور عبارة عن لوحة متعددة الطبقات تحمل الأجزاء وتربطها.
- fr4 هي المادة العازلة الشائعة بين طبقات النحاس.
- يحمي قناع اللحام النحاس ويعزل اللبادات.
- توفر الشاشة الحريرية ملصقات الأجزاء للتجميع.
- ملفات جربر تقود الإنتاج.
- الخطوات الرئيسية: التصوير، والحفر، والحفر، والأكسيد البني، والتصفيح، والحفر، والنحاس غير الكهربائي، والطلاء الكهربائي، وقناع اللحام، والشاشة الحريرية، والتشطيب السطحي، والتوجيه، والاختبار، والتعبئة.
- يجب أن يأخذ التصميم في الاعتبار عرض التتبع، والتباعد، وتوازن النحاس، وتناسق الطبقات.
- بعد التجميع، تصبح ثنائي الفينيل متعدد الكلور PCBA.
