لوحة الدوائر المطبوعة (ثنائي الفينيل متعدد الكلور) موجود في كل نوع من الأجهزة الإلكترونية تقريبًا. إذا كانت هناك مكونات إلكترونية في قطعة من المعدات ، فإنها مدمجة أيضًا بأحجام مختلفة من ثنائي الفينيل متعدد الكلور. بالإضافة إلى تثبيت الأجزاء الصغيرة المختلفة ، تتمثل الوظيفة الرئيسية لثنائي الفينيل متعدد الكلور في توفير التوصيلات الكهربائية بين المكونات. نظرًا لأن المعدات الإلكترونية تزداد تعقيدًا ، هناك حاجة إلى المزيد والمزيد من الأجزاء ، وتصبح الأسلاك والأجزاء الموجودة على ثنائي الفينيل متعدد الكلور أكثر كثافة. يبدو PCB القياسي شيئًا كهذا. Bare Board (without parts on it) is also often referred to as “Printed Wiring Board (PWB).

ركيزة اللوح نفسها مصنوعة من مادة معزولة ومقاومة للانحناء. مادة الخط الصغيرة التي يمكن رؤيتها على السطح هي رقائق النحاس. في الأصل ، يتم تغطية رقائق النحاس على اللوح بالكامل ، ويتم حفر الجزء الأوسط بعيدًا في عملية التصنيع ، والجزء المتبقي يصبح شبكة من الخطوط الصغيرة. تسمى هذه الخطوط بالموصلات أو الموصلات وتستخدم لتوفير التوصيلات الكهربائية للأجزاء الموجودة على ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

لتأمين الأجزاء في PCB ، نقوم بلحام دبابيسها مباشرة في الأسلاك. في ثنائي الفينيل متعدد الكلور الأساسي ، تتركز الأجزاء في جانب واحد وتتركز الأسلاك في الجانب الآخر. لذلك نحتاج إلى عمل ثقوب في اللوح بحيث يمكن للدبابيس أن تمر عبر اللوحة إلى الجانب الآخر ، لذلك يتم لحام دبابيس الأجزاء في الجانب الآخر. وبسبب هذا ، يُطلق على الجانبين الأمامي والخلفي لثنائي الفينيل متعدد الكلور اسم جانب المكون وجانب اللحام على التوالي.

إذا كانت هناك أجزاء على PCB يمكن إزالتها أو إعادة تركيبها بعد التصنيع ، فسيتم استخدام Socket لتثبيت الأجزاء. نظرًا لأن المقبس ملحوم مباشرة باللوحة ، يمكن تفكيك الأجزاء بشكل تعسفي. يسمح قابس ZIF (Zero InserTIon Force) بإدخال الأجزاء وإزالتها بسهولة. يمكن للرافعة الموجودة بجانب المقبس تثبيت الأجزاء في مكانها بعد إدخالها.

لتوصيل جهازي PCBS ببعضهما البعض ، يتم استخدام موصل الحافة بشكل شائع. يحتوي الإصبع الذهبي على عدد من الوسادات النحاسية العارية التي هي في الواقع جزء من أسلاك PCB. عادةً ، للاتصال ، نقوم بإدخال الإصبع الذهبي على ثنائي الفينيل متعدد الكلور في الفتحة المناسبة (تسمى عادةً فتحة التوسيع) على ثنائي الفينيل متعدد الكلور الآخر. In computers, display cards, sound cards, and similar interface cards are connected to the motherboard by means of a gold finger.

اللون الأخضر أو ​​البني على PCB هو لون قناع اللحام. هذه الطبقة عبارة عن درع عازل يحمي الأسلاك النحاسية ويمنع لحام الأجزاء في المكان الخطأ. ستتم طباعة شاشة حريرية أخرى على طبقة مقاومة اللحام. عادة ما يتم طباعتها بالكلمات والرموز (معظمها بيضاء) للإشارة إلى موضع الأجزاء على السبورة. Screen printing surface is also known as icon surface

أسطورة).

لوحات من جانب واحد

كما ذكرنا ، في ثنائي الفينيل متعدد الكلور الأساسي ، تتركز الأجزاء من جانب وتتركز الأسلاك في الجانب الآخر. Because the wire appears on only one side, we call this TYPE of PCB single-sided. نظرًا لأن الألواح المفردة كانت لها قيود صارمة كثيرة على تصميم الدائرة (نظرًا لوجود جانب واحد فقط ، لا يمكن أن تتقاطع الأسلاك وتضطر إلى اتخاذ مسار منفصل) ، فقد استخدمت الدوائر المبكرة فقط هذه اللوحات.

الألواح ذات الوجهين

لوحة الدائرة لديها أسلاك على كلا الجانبين. ولكن من أجل استخدام كلا السلكين ، يجب أن يكون هناك توصيلات كهربائية مناسبة بين الجانبين. يسمى هذا “الجسر” بين الدوائر بفتحة التوجيه (VIA). ثقوب التوجيه عبارة عن فتحات صغيرة في ثنائي الفينيل متعدد الكلور مملوءة أو مطلية بالمعدن يمكن توصيلها بأسلاك على كلا الجانبين. Because a dual panel has twice the area of a single panel, and because the wiring can be interlaced (it can be wound around to the other side), it is better for more complex circuits than a single panel.

لوحات متعددة الطبقات

من أجل زيادة المساحة التي يمكن أن تكون سلكية ، يتم استخدام المزيد من لوحات الأسلاك أحادية أو على الوجهين. يستخدم اللوح متعدد الطبقات عدة ألواح مزدوجة ، ويتم وضع طبقة عازلة بين كل لوح ولصقه (مضغوط). يمثل عدد طبقات اللوحة العديد من طبقات الأسلاك المستقلة ، وعادةً ما يكون عددًا زوجيًا من الطبقات ، بما في ذلك الطبقتان الخارجيتان. Most motherboards are built with four to eight layers, but it is technically possible to build up to 100 layers of PCBS. تستخدم معظم أجهزة الكمبيوتر العملاقة الكبيرة طبقات قليلة جدًا من اللوحات الأم ، لكنها لم تعد صالحة للاستخدام حيث يمكن استبدالها بمجموعات من أجهزة الكمبيوتر العادية. Because the layers in a PCB are so tightly integrated, it’s not always easy to see the actual number, but if you look closely at the motherboard, you might be able to.

يجب أن تكون فتحة الدليل (VIA) التي ذكرناها للتو ، إذا تم تطبيقها على لوحة مزدوجة ، من خلال اللوحة بأكملها

ولكن في الطبقات المتعددة ، إذا كنت ترغب فقط في توصيل بعض الخطوط ، فقد تضيع فتحات التوجيه بعضًا من مساحة الخط في الطبقات الأخرى. Buried vias and Blind vias avoid this problem because they only penetrate a few layers. Blind holes connect several layers of internal PCBS to surface PCBS without penetrating the entire board. الثقوب المدفونة متصلة فقط بثنائي الفينيل متعدد الكلور الداخلي ، لذلك لا يمكن رؤية الضوء من السطح.

في ثنائي الفينيل متعدد الكلور متعدد الطبقات ، تتصل الطبقة بأكملها مباشرة بالسلك الأرضي ومصدر الطاقة. لذلك نصنف الطبقات على أنها إشارة أو قوة أو أرضية. If the parts on the PCB require different power supplies, they usually have more than two power and wire layers.

تكنولوجيا التغليف الجزئي

من خلال تقنية الثقب

The technique of placing parts on one side of the board and welding the pins to the other side is called “Through Hole Technology (THT)” encapsulation. يشغل هذا الجزء مساحة كبيرة ويتم حفر ثقب واحد لكل دبوس. لذلك تشغل مفاصلها بالفعل مساحة على كلا الجانبين ، ومفاصل اللحام كبيرة نسبيًا. من ناحية أخرى ، فإن أجزاء THT متصلة بشكل أفضل بـ PCB من أجزاء Surface Mounted Technology (SMT) ، والتي سنتحدث عنها لاحقًا. يجب أن تكون المقابس مثل المقابس السلكية والواجهات المماثلة تتحمل الضغط ، لذا فهي عادةً حزم THT.

تقنية مثبتة على السطح

بالنسبة لأجزاء Surface Mounted Technology (SMT) ، يتم لحام الدبوس على نفس الجانب مع الأجزاء. This technique does not drill holes in the PCB for each pin.

يمكن حتى أن يتم لحام الأجزاء اللاصقة السطحية على كلا الجانبين.

يحتوي SMT أيضًا على أجزاء أصغر من THT. Compared to PCB with THT parts, PCB with SMT technology is much denser. SMT package parts are also less expensive than THT’s. لذلك ليس من المستغرب أن معظم أجهزة الإحصاء المركزية اليوم هي SMT.

نظرًا لأن مفاصل اللحام ودبابيس الأجزاء صغيرة جدًا ، فمن الصعب جدًا لحامها يدويًا. However, given that current assembly is fully automated, this problem will only occur when repairing parts.

عملية التصميم

في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، هناك بالفعل خطوات طويلة جدًا يجب اتباعها قبل توصيل الأسلاك الرسمية. فيما يلي عملية التصميم الرئيسية:

The system specifications

بادئ ذي بدء ، يجب التخطيط لمواصفات نظام المعدات الإلكترونية. It covers system functionality, cost constraints, size, operation and so on.

System function block diagram

الخطوة التالية هي إنشاء مخطط كتلة وظيفي للنظام. يجب أيضًا تمييز العلاقة بين المربعات.

Divide the system into several PCBS

لا يؤدي تقسيم النظام إلى عدة أجهزة PCBS إلى تقليل الحجم فحسب ، بل يمنح النظام أيضًا القدرة على ترقية الأجزاء وتبديلها. The system function block diagram provides the basis for our segmentation. Computers, for example, can be divided into motherboards, display cards, sound cards, floppy disk drives, power supplies, and so on.

تحديد طريقة التغليف التي سيتم استخدامها وحجم كل ثنائي الفينيل متعدد الكلور

Once the technology and the number of circuits used for each PCB has been determined, the next step is to determine the size of the board. If the design is too large, then packaging technology will have to change, or re-split the action. يجب أيضًا مراعاة جودة وسرعة مخطط الدائرة عند اختيار التقنية.

ارسم مخططات الدوائر التخطيطية لجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور

يجب أن تظهر تفاصيل الترابط بين الأجزاء في الرسم التخطيطي. يجب وصف ثنائي الفينيل متعدد الكلور في جميع الأنظمة ، ومعظمها يستخدم CAD (التصميم بمساعدة الكمبيوتر) في الوقت الحالي. Here is an example of a CircuitMakerTM design.

رسم تخطيطي لدائرة ثنائي الفينيل متعدد الكلور

Preliminary design of simulation operation

للتأكد من أن مخطط الدائرة المصمم يعمل ، يجب أولاً محاكاته باستخدام برامج الكمبيوتر. يمكن لمثل هذه البرامج قراءة المخططات وإظهار كيفية عمل الدائرة بعدة طرق. This is much more efficient than actually making a sample PCB and then measuring it manually.

Place the parts on the PCB

تعتمد طريقة وضع الأجزاء على كيفية اتصالها ببعضها البعض. يجب أن تكون متصلة بالمسار بأكثر الطرق فعالية. تعني الأسلاك الفعالة أقصر توصيل ممكن وعدد أقل من الطبقات (مما يقلل أيضًا من عدد فتحات التوجيه) ، لكننا سنعود إلى هذا في الأسلاك الفعلية. Here is what the bus looks like on a PCB. Placement is important in order for each part to have perfect wiring.

اختبار إمكانيات الأسلاك مع التشغيل الصحيح بسرعة عالية

يمكن لبعض برامج الكمبيوتر الحالية التحقق مما إذا كان من الممكن توصيل موضع كل مكون بشكل صحيح ، أو التحقق مما إذا كان يمكن تشغيله بشكل صحيح وبسرعة عالية. تسمى هذه الخطوة ترتيب الأجزاء ، لكننا لن نذهب بعيدًا في هذا الأمر. إذا كانت هناك مشكلة في تصميم الدائرة ، فيمكن أيضًا إعادة ترتيب الأجزاء قبل تصدير الدائرة في الحقل.

دائرة التصدير على ثنائي الفينيل متعدد الكلور

The connections in the sketch will now look like wiring in the field. عادة ما تكون هذه الخطوة مؤتمتة بالكامل ، على الرغم من أن التغييرات اليدوية مطلوبة عادة. Below is the wire template for 2 laminates. يمثل الخطان الأحمر والأزرق طبقة أجزاء ثنائي الفينيل متعدد الكلور وطبقة اللحام على التوالي. يمثل النص الأبيض والمربعات العلامات الموجودة على سطح طباعة الشاشة. تمثل النقاط والدوائر الحمراء ثقوب الحفر وتوجيهها. في أقصى اليمين يمكننا رؤية الإصبع الذهبي على سطح اللحام لثنائي الفينيل متعدد الكلور. The final composition of this PCB is often referred to as the working Artwork.

يجب أن يتوافق كل تصميم مع مجموعة من القواعد ، مثل الحد الأدنى من الفجوات المحجوزة بين الخطوط ، والحد الأدنى لعرض الخط ، والقيود العملية الأخرى المماثلة. تختلف هذه المواصفات وفقًا لسرعة الدائرة ، وقوة الإشارة المراد إرسالها ، وحساسية الدائرة لاستهلاك الطاقة والضوضاء ، وجودة المواد ومعدات التصنيع. If the strength of the current increases, the thickness of the wire must also increase. من أجل تقليل تكاليف ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، مع تقليل عدد الطبقات ، من الضروري أيضًا الانتباه إلى ما إذا كانت هذه اللوائح لا تزال مستوفاة. إذا كانت هناك حاجة إلى أكثر من طبقتين ، فعادة ما يتم استخدام طبقة الطاقة والطبقة الأرضية لتجنب تأثر إشارة الإرسال على طبقة الإشارة ، ويمكن استخدامهما كدرع لطبقة الإشارة.

سلك بعد اختبار الدائرة

من أجل التأكد من أن الخط يعمل بشكل صحيح خلف السلك ، يجب أن يجتاز الاختبار النهائي. يتحقق هذا الاختبار أيضًا من التوصيلات غير الصحيحة ، وتتبع جميع الاتصالات المخطط التخطيطي.

التأسيس والملف

نظرًا لوجود العديد من أدوات CAD لتصميم PCBS ، يجب أن يكون لدى الشركات المصنعة ملف تعريف يفي بالمعايير قبل أن يتمكنوا من تصنيع اللوحات. هناك العديد من المواصفات القياسية ، ولكن الأكثر شيوعًا هي مواصفات ملفات جربر. تتضمن مجموعة ملفات Gerber مخططًا لكل إشارة وطبقة طاقة وطبقة أرضية ، وخطة لطبقة مقاومة اللحام وسطح طباعة الشاشة ، وملفات محددة للحفر والإزاحة.

Electromagnetic compatibility problem

من المحتمل أن تصدر الأجهزة الإلكترونية غير المصممة وفقًا لمواصفات التوافق الكهرومغناطيسي طاقة كهرومغناطيسية وتتداخل مع الأجهزة القريبة. يفرض التوافق الكهرومغناطيسي حدودًا قصوى على التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) والمجال الكهرومغناطيسي (EMF) وتداخل التردد اللاسلكي (RFI). يمكن أن يضمن هذا التنظيم التشغيل العادي للجهاز والأجهزة الأخرى المجاورة. يفرض التوافق الكهرومغناطيسي قيودًا صارمة على كمية الطاقة التي يمكن نثرها أو نقلها من جهاز إلى آخر ، وهي مصممة لتقليل القابلية للتأثر بالمجالات الكهرومغناطيسية الخارجية والتداخل الكهرومغناطيسي والتداخل الراديوي وما إلى ذلك. بمعنى آخر ، الغرض من هذا التنظيم هو منع دخول الطاقة الكهرومغناطيسية إلى الجهاز أو الانبعاث منه. هذه مشكلة يصعب حلها ، وعادة ما يتم حلها باستخدام طبقات الطاقة والتأريض ، أو وضع PCBS في صناديق معدنية. The power and ground layers protect the signal layer from interference, and the metal box works equally well. لن نتعمق كثيرًا في هذه القضايا.

تعتمد السرعة القصوى للدائرة على التوافق مع التوافق الكهرومغناطيسي. يزداد التداخل الكهرومغناطيسي الداخلي ، مثل فقد التيار بين الموصلات ، مع زيادة التردد. إذا كان الفرق الحالي بين الاثنين كبيرًا جدًا ، فتأكد من إطالة المسافة بينهما. This also tells us how to avoid high voltage and minimize the current consumption of the circuit. معدل التأخير في الأسلاك مهم أيضًا ، لذلك كلما كان الطول أقصر ، كان ذلك أفضل. لذلك فإن ثنائي الفينيل متعدد الكلور صغير مع أسلاك جيدة سيعمل بشكل أفضل عند السرعات العالية من ثنائي الفينيل متعدد الكلور كبير.