ما هو الدائرة المطبوعة متعددة الطبقات؟
الدائرة المطبوعة متعددة الطبقات (PCB) هي نوع معقد جدًا من اللوحات الإلكترونية. يتكون من ثلاث طبقات توصيلية من النحاس أو أكثر، كل منها مفصولة بطبقات من المواد العازلة ومربوطة معًا. يتم ضغط هذه الطبقات معًا تحت درجات حرارة وضغوط عالية لخلق بنية متكاملة واحدة. الطبقات الداخلية متصلة عبر الفياس، وهي ثقوب صغيرة يتم حفرها وتغطيتها بالنحاس لتشكيل الاتصالات الكهربائية بين الطبقات المختلفة. هذا التكوين يسمح بدوائر أكثر كثافة وتعقيدًا في مساحة أصغر مقارنةً بالدوائر المفردة أو ذات الوجهين.
وظائف الطبقات في الدوائر متعددة الطبقات
| رقم الطبقة | الوظيفة | المواد الشائعة |
|---|---|---|
| 1 | طبقة الإشارة الخارجية | نحاس، FR-4 القياسية أو ذات مقاومة حرارية عالية |
| 2 | طبقات الإشارة الداخلية | نحاس، FR-4 ذات مقاومة حرارية عالية، بريبريج |
| 3 | طبقة الأرض | نحاس، FR-4 |
| 4 | طبقة الطاقة | نحاس، بريبريج |
| 5+ | طبقات إضافية للإشارة/الطاقة | نحاس، FR-4 ذات مقاومة حرارية عالية، بوليتترافلوروإيثيلين (تيفلون)، مواد روجرز |
تُستخدم الدوائر متعددة الطبقات في مجموعة متنوعة من القطاعات ذات الطلب العالي بسبب قدراتها المتقدمة:
- الإلكترونيات الاستهلاكية: الهواتف الذكية، الحواسيب، وغيرها من الأجهزة الشخصية.
- الأجهزة الطبية: معدات التشخيص والتصوير المتقدمة.
- صناعة السيارات: أنظمة تتطلب موثوقية عالية في ظروف قاسية، مثل أنظمة التحكم في المحركات وأنظمة المعلومات والترفيه.
- العسكرية والفضاء: التطبيقات التي تتطلب أقصى أداء وموثوقية في ظروف متطرفة.
الدوائر الأحادية الطبقة مقابل الدوائر ذات الوجهين مقابل الدوائر متعددة الطبقات: ما الفرق؟
الدوائر الأحادية الطبقة
التعريف: الدوائر الأحادية الطبقة أو ذات الوجه الواحد تحتوي على طبقة واحدة توصيلية من المواد، عادةً النحاس، وتُركب على جانب واحد من اللوح. الجانب الآخر يحمل المكونات الإلكترونية.
التطبيقات: الدوائر الأحادية الطبقة مناسبة فقط للأجهزة البسيطة بسبب قيود المساحة للتوجيه. شائعة في الإلكترونيات الاستهلاكية الأبسط مثل الآلات الحاسبة، الطابعات، ومزودات الطاقة.
الدوائر ذات الوجهين
- التعريف: الدوائر ذات الوجهين تحتوي على طبقات توصيلية من النحاس على كلا الجانبين من اللوح، مما يسمح للدوائر بالتقاطع مع بعضها، وزيادة الكثافة دون زيادة كبيرة في التكلفة.
- التطبيقات: تتطلب خطوات إضافية مثل التطعيم الكهربائي للثقوب لربط الطبقات. تُستخدم في أنظمة أكثر تعقيدًا من الدوائر الأحادية الطبقة التي يمكنها التعامل معها، مثل أنظمة HVAC ولوحات قيادة السيارات.
الدوائر متعددة الطبقات
- التعريف: الدوائر متعددة الطبقات تتكون من ثلاثة لوحات ذات الوجهين أو أكثر مفصولة بعزل، عادةً ما يتم الضغط عليها معًا. يمكن أن تحتوي من 4 إلى 12 طبقة أو أكثر، مع بعض الإصدارات المتخصصة التي قد تصل إلى 40 طبقة.
- التطبيقات: أغلى نوع من الدوائر بسبب العمليات التصنيعية المعقدة المعنية. عادةً ما تُستخدم في الإلكترونيات عالية النهاية حيث تكون المساحة والوزن والأداء حاسمة، مثل الهواتف الذكية والحواسيب والمعدات العسكرية والطبية.
مزايا الدوائر متعددة الطبقات
تقدم الدوائر متعددة الطبقات عدة مزايا كبيرة عن نظيراتها الأبسط:
- المتانة والموثوقية المحسنة: توفر الطبقات الإضافية حماية أكبر ضد الضغوط البيئية.
- الكثافة العالية والحجم المدمج: يمكن أن يتمتع بمزايا أكثر في أجهزة أصغر، وهو أمر حاسم للإلكترونيات الحديثة.
- تحسين سلامة الإشارة: تقليل التداخل الكهرومغناطيسي بفضل طبقات الحماية الداخلية.
اعتبارات تصميم الدوائر متعددة الطبقات
- تكوين وترتيب الطبقات: تأكد من توازن ترتيب الطبقات لتقليل EMI والحفاظ على النزاهة الهيكلية. هذا يساعد في إدارة الحرارة وسلامة الإشارة.
- اختيار المواد: اختر مواد الركيزة مثل FR-4 أو المركبات المتقدمة لمتطلبات الأداء الكهربائي والحراري المحددة.
- سلامة الإشارة والطاقة: نفذ ممانعة مُسيطر عليها، توجيهًا مناسبًا، وفك ارتباط كافٍ للحفاظ على وضوح الإشارة وتوزيع طاقة مستقر.
- إدارة الحرارة: استخدم فياس حرارية ومواد تساعد على تبديد الحرارة لمنع ارتفاع درجة حرارة مكوناتك.
- التصنيع والاختبار: صمم مع مراعاة التصنيع وتأكد من وجود نقاط اختبار يمكن الوصول إليها لتسهيل التصحيح والتحكم في الجودة.
الدوائر متعددة الطبقات هي مكون حاسم في العديد من الأجهزة التي نستخدمها كل يوم، من الهواتف الذكية إلى المعدات العسكرية. تتيح المزيد من الوظائف في مساحة أصغر، تزيد من موثوقية الجهاز، وتضمن تشغيلًا سلسًا.
