نظرة متعمقة لبناء صفح ثنائي الفينيل متعدد الكلور

تعد مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور بمثابة العمود الفقري للإلكترونيات الحديثة، حيث توفر منصة لمختلف المكونات للاتصال والعمل بسلاسة. في قلب كل PCB يوجد هيكل معقد من الطبقات المترابطة، كل منها يخدم غرضًا محددًا في ضمان وظائف اللوحة وموثوقيتها. ومن بين العناصر الأساسية التي يتكون منها البناء الرقائقي لثنائي الفينيل متعدد الكلور، تلعب المخططات المجمعة دورًا محوريًا في تحديد بناء اللوحة والخصائص الكهربائية. يعد فهم إنشاءات PCB Laminate أمرًا ضروريًا لمصممي ومصنعي PCB لإنشاء لوحات دوائر فعالة وعالية الجودة.

يكمن جوهر لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) في هيكلها المعقد الذي يتضمن عدة طبقات مترابطة بواسطة المواد الأولية والمواد الأساسية.

مادة البريبريج، التي تُعرف غالبًا باسم صفائح الراتنج المشبعة في المرحلة B، هي مادة معالجة جزئيًا تتكون من راتنج مشبع في طبقات رقيقة. وتؤدي وظيفتين في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات : فهي تعمل كمادة لاصقة لربط الأنماط الموصلة الداخلية، وتوفر عزلًا بين الطبقات. أثناء عملية الترقق، ينصهر راتنج الإيبوكسي في البريبريج، ويتدفق، ثم يتصلب، مما يؤدي إلى دمج طبقات الدائرة بشكل فعال مع تشكيل حاجز عازل موثوق بينها.

من ناحية أخرى، تُشكّل المادة الأساسية العنصر الجوهري في لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، وهي عبارة عن لوحة صلبة ذات سُمك مُحدد ومُغطاة برقائق نحاسية من كلا الجانبين. تُصنع لوحة الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات عادةً من خلال ترقيق طبقات متناوبة من المادة الأساسية وطبقات ما قبل التشريب. تُعرف طبقات ما قبل التشريب، التي تُشكّل ما يُسمى بطبقات التشريب، بقدرتها على ربط طبقات المادة الأساسية المتعددة معًا، وعلى الرغم من سُمكها الأولي، فإنها تتعرض لبعض الانكماش أثناء عملية الضغط. وللحصول على تصميم منخفض الفقد، يُنصح باستخدام النحاس عالي الضغط والضغط (HVLP) في تصنيع اللوحة مع طبقات العزل الكهربائي، لأن خشونة الموصل تؤثر أيضًا على نموذج القناة.

عادة، تكون الطبقتان العازلتان الخارجيتان لثنائي الفينيل متعدد الكلور متعدد الطبقات عبارة عن طبقات تشريب، مغطاة بطبقات منفصلة من رقائق النحاس تعمل كطائرات موصلة خارجية. مواصفات السُمك الخام لرقائق النحاس الخارجية والداخلية تأتي عادةً في أصناف 0.5 أونصة، 1 أونصة، و2 أونصة (مع 1 أونصة تقريبًا 35 ميكرون أو 1.4 مل). بعد المعالجة، عادةً ما تزيد سماكة طبقة رقائق النحاس الخارجية بمقدار 1 أونصة تقريبًا، في حين يظل السُمك النهائي لرقائق النحاس الداخلية قريبًا من القيمة الأصلية ولكن قد ينخفض ​​قليلاً بسبب النقش.

تتكون الطبقة الخارجية للوحة الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات من قناع اللحام ، المعروف شعبياً باسم "الزيت الأخضر"، مع أنه قد يكون أصفر أو بألوان أخرى. يصعب تحديد سمك قناع اللحام بدقة، إذ يكون أكثر سمكاً في المناطق الخالية من النحاس مقارنةً بالمناطق التي تحتوي عليه، ومع ذلك يظل بروز النحاس ملحوظاً عند فحص سطح لوحة الدوائر المطبوعة باللمس.

معلمات ومواد ثنائي الفينيل متعدد الكلور

توجد اختلافات في معلمات ثنائي الفينيل متعدد الكلور بين الشركات المصنعة المختلفة، مما يستلزم التواصل مع مهندسي مصنع ثنائي الفينيل متعدد الكلور للحصول على بياناتهم المحددة، مع التركيز في المقام الأول على ثابت العزل الكهربائي وسمك قناع اللحام، والذي يمكن أن يختلف من مصنع إلى آخر.

تتوفر رقائق النحاس للطبقة الخارجية بسماكات 12 ميكرومتر، و18 ميكرومتر، و35 ميكرومتر. بعد المعالجة، ينتج عنها عادةً سماكات نهائية تبلغ حوالي 44 ميكرومتر، و50 ميكرومتر، و67 ميكرومتر، أي ما يعادل تقريبًا 1 أونصة، و1.5 أونصة، و2 أونصة من النحاس على التوالي. تجدر الإشارة إلى أنه عند استخدام برامج حساب المعاوقة للتحكم، لا يوجد خيار لسماكة 0.5 أونصة من النحاس للطبقات الخارجية.

المادة الأساسية: المادة الأساسية الشائعة الاستخدام هي S1141A، وهي مادة FR-4 قياسية، مطلية بالنحاس من الجانبين، مع مواصفات قابلة للتحديد يمكن تأكيدها مباشرة مع الشركة المصنعة.

تتوفر مواد ما قبل التشريب (Prepreg ) بمواصفات سُمك أصلية متنوعة، مثل 7628 (0.185 مم/7.4 ميل)، و2116 (0.105 مم/4.2 ميل)، و1080 (0.075 مم/3 ميل)، و3313 (0.095 مم/4 ميل). عند الضغط الفعلي، ينخفض ​​السُمك عادةً بمقدار 10-15 ميكرومتر (0.5-1 ميل)، لذا يجب ألا يقل سُمك طبقة العازل في تصميم الطبقات المتعددة عن 3 ميل. يمكن استخدام ما يصل إلى ثلاث مواد ما قبل التشريب في طبقة تشريب واحدة، بشرط ألا تتطابق سُمك أي منها؛ ويمكن استخدام مادة واحدة على الأقل، مع أن بعض الشركات المصنعة تشترط استخدام مادتين على الأقل. إذا كان سُمك مادة ما قبل التشريب غير كافٍ، يمكن إزالة رقائق النحاس من جانبي القلب بالحفر ثم إعادة تثبيتها باستخدام مواد ما قبل التشريب، ما يُحقق طبقة تشريب أكثر سُمكًا. يختلف ثابت العزل الكهربائي للمواد المشربة مسبقًا باختلاف سمكها، ويسرد الجدول التالي سمك النماذج المختلفة وثوابت العزل الكهربائي المقابلة لها:

يعتمد ثابت العزل الكهربائي للوح الصفائحي على مادة الراتنج المستخدمة؛ تظهر لوحات FR4 عادةً نطاقًا ثابتًا للعزل الكهربائي يتراوح من 4.2 إلى 4.7، والذي يتناقص مع زيادة التردد.

طبقة قناع اللحام: يبلغ سمك طبقة قناع اللحام فوق رقاقة النحاس، والمُشار إليها بـ C2، حوالي 8-10 ميكرومتر. أما سمك قناع اللحام في المناطق الخالية من النحاس، C1، فيختلف تبعًا لسمك سطح النحاس، حيث يتراوح بين 13-15 ميكرومتر للنحاس بسمك 45 ميكرومتر، وبين 17-18 ميكرومتر للنحاس بسمك 70 ميكرومتر. عند الحساب باستخدام برنامج SI9000، تكفي قيمة سمك قناع اللحام 0.5 أونصة.

بسبب عملية الحفر، لا يكون المقطع العرضي للموصلات مستطيلاً، بل شبه منحرف. على سبيل المثال، في الطبقة العلوية، عندما يكون سمك رقاقة النحاس 1 أونصة، يكون الجزء العلوي من شبه المنحرف أقصر بحوالي 1 ميل من الجزء السفلي. وبالتالي، إذا كان عرض الخط المصمم W=5 ميل، فسيكون العرض العلوي حوالي 4 ميل والعرض السفلي 5 ميل. يرتبط الفرق بين الجزأين العلوي والسفلي بسمك النحاس، كما هو موضح في الجدول أدناه في ظل ظروف مختلفة:

حسابات المعاوقة: تستخدم حسابات المعاوقة النموذجية النماذج التالية:

• نموذج الخط Microstrip
• نموذج الشريط

في نموذج microstrip، توجد تكوينات أخرى، بما في ذلك نموذج غير مستخدم بدون طلاء. تعتمد ثوابت العزل الكهربائي Er1 وEr2 في النموذج الموضح على نموذج التقوية المحدد المستخدم؛ يتم سرد النماذج الرئيسية مسبقًا ويجب الحصول على المعلمات التفصيلية مباشرة من الشركة المصنعة لثنائي الفينيل متعدد الكلور.

عندما ينتقل المشروع من مرحلة البحث إلى مرحلة طلب عروض الأسعار، يجب مراجعة اختيار رقائق لوحة الدوائر المطبوعة وتجميع BGA ذي المسافة الدقيقة بحيث تظل متطلبات المواد والعملية والفحص متوافقة.

بشكل عام، يُعدّ فهم التركيب المعقد والمواد المستخدمة في لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) أمرًا بالغ الأهمية لتصميم وتصنيع أجهزة إلكترونية عالية الجودة. تلعب مواد ما قبل التشريب واللب أدوارًا أساسية في ربط الطبقات وتوفير العزل، بينما تساهم رقائق النحاس وأقنعة اللحام في توصيل لوحة الدوائر المطبوعة وحمايتها.

تسلط الاختلافات في معلمات ومواد ثنائي الفينيل متعدد الكلور بين الشركات المصنعة الضوء على أهمية التواصل والحصول على بيانات محددة لكل مشروع. تعمل المخططات المكدسة كأدوات لا تقدر بثمن، حيث توفر مخططًا لبناء PCB وخصائصه الكهربائية.

من خلال فهم العناصر الأساسية للمخططات المكدسة، يمكن للمصممين ضمان سلامة وموثوقية تصميمات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخاصة بهم، مما يؤدي في النهاية إلى أجهزة إلكترونية أفضل أداءً وأكثر قوة.