تجميع الموصلات منخفضة المغناطيسية

النقاط الرئيسية

التعريف: يستخدم تجميع موصل منخفض المغناطيسية مواد وعمليات طلاء مصممة للحفاظ على نفاذية مغناطيسية نسبية ($\mu_r$) قريبة من 1.0 قدر الإمكان لمنع تشويه المجال.
المقياس الحاسم: المقياس الرئيسي للنجاح هو النفاذية المغناطيسية النسبية، والتي يُطلب عادةً أن تكون أقل من 1.0005 لتطبيقات التصوير الطبي والحوسبة الكمومية.
التسلسل الهرمي للمواد: يُفضل النحاس البريليوم (BeCu) والبرونز الفوسفوري على النحاس الأصفر القياسي؛ ويُعد الطلاء السفلي بالنيكل السبب الأكثر شيوعًا للفشل المغناطيسي.
التحكم في العملية: يمكن أن يؤدي التشغيل البارد واللحام القياسي إلى إحداث المغناطيسية؛ لذا فإن تخفيف الإجهاد وتقنيات اللحام المتخصصة ضرورية.
التحقق: يتطلب التحقق قياسًا دقيقًا باستخدام مقياس النفاذية (مقياس سيفرن) أو مقياس المغناطيسية العيني الاهتزازي (VSM).
عامل التكلفة: توقع تكاليف أعلى بسبب المواد الخام المتخصصة (الفولاذ المقاوم للصدأ غير المغناطيسي أو سبائك النحاس) وعمليات الطلاء الأبطأ.
تركيز التطبيق: ضروري لأنظمة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)، وأجهزة الحوسبة الكمومية، وأجهزة استشعار الملاحة الجوية الحساسة.

ما يعنيه تجميع الموصل منخفض المغناطيسية حقًا (النطاق والحدود)

لفهم التحديات الهندسية وراء تجميع موصل منخفض المغناطيسية، يجب علينا أولاً تحديد حدود "غير المغناطيسي" في السياق الإلكتروني. في الفيزياء، لا يوجد مادة خالية تمامًا من الخصائص المغناطيسية؛ فكل شيء إما ديامغناطيسي أو بارامغناطيسي أو فرومغناطيسي. في سياق تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) في APTPCB (مصنع APTPCB للوحات الدوائر المطبوعة)، يشير مصطلح "منخفض المغناطيسية" إلى المكونات والتجميعات التي تظهر قابلية مغناطيسية ضئيلة في وجود مجالات مغناطيسية خارجية قوية.

تستخدم الموصلات القياسية عادةً ركيزة من النحاس الأصفر مع طبقة سفلية من النيكل لمنع انتشار النحاس في الطبقة النهائية من الذهب أو القصدير. النيكل فرومغناطيسي. في بيئة مجال مغناطيسي عالي مثل جهاز الرنين المغناطيسي (1.5 تسلا إلى 7 تسلا) أو مسرع الجسيمات، يمكن أن تسبب تلك الطبقة الرقيقة من النيكل ثلاث مشاكل كارثية:

عزم الدوران الميكانيكي: يمكن للموصل أن يلتوي أو ينفصل ماديًا بسبب الجذب المغناطيسي.
تشوه المجال: تشوه المادة المغناطيسية تجانس المجال الخارجي، مما يفسد جودة التصوير أو دقة المستشعر.
التشكيل البيني السلبي (PIM): في أنظمة الترددات الراديوية (RF)، يمكن أن يؤدي التخلف المغناطيسي إلى إدخال ضوضاء إشارة غير خطية. لذلك، فإن التجميع المغناطيسي المنخفض الحقيقي يستبدل العناصر الفيرومغناطيسية ببدائل ديامغناطيسية أو بارامغناطيسية ضعيفة. يتضمن ذلك استخدام سبائك نحاسية محددة (مثل BeCu)، وإزالة حواجز النيكل لصالح حواجز انتشار غير مغناطيسية (مثل البرونز الأبيض أو الطلاء بسبيكة ثلاثية)، والتحكم الصارم في بيئة التصنيع لمنع التلوث المتبادل من أدوات الصلب.

المقاييس المهمة (كيفية تقييم الجودة)

بناءً على تعريف المغناطيسية المنخفضة، يجب على المهندسين تحديد "الضئيل" كميًا باستخدام مقاييس محددة لضمان أن التجميع النهائي يلبي متطلبات النظام.

المقياس	لماذا هو مهم	النطاق النموذجي أو العوامل المؤثرة	كيفية القياس
النفاذية النسبية ($\mu_r$)	يحدد مدى دعم المادة لتكوين مجال مغناطيسي. هذه هي المواصفة الأساسية.	قياسي: < 1.01 عالي الجودة: < 1.0005 كمي/الرنين المغناطيسي: < 1.0001	مؤشر نفاذية منخفضة-مو (مقياس سيفرن) أو VSM.
المغناطيسية المتبقية (الاحتفاظية)	يقيس المغناطيسية المتبقية بعد إزالة مجال خارجي. تسبب المغناطيسية المتبقية العالية انحرافًا طويل الأمد في أجهزة الاستشعار.	يجب أن تكون قريبة من الصفر. تتأثر بالتشغيل البارد للمعدن.	مقياس غاوس أو مقياس المغناطيسية ذو البوابة التدفقية.
الحساسية المغناطيسية ($\chi$)	تشير إلى مدى استجابة المادة لحقل مغناطيسي مطبق.	إيجابية للمواد البارامغناطيسية؛ سلبية للمواد الديماغناطيسية. الهدف هو $\chi \approx 0$.	مقياس المغناطيسية SQUID (للدقة القصوى).
سمك الطلاء	غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى طبقة سميكة من الذهب/الفضة للتعويض عن عدم وجود طبقة سفلية صلبة من النيكل.	الذهب: 0.76µm - 1.27µm (30-50µin) الفضة: 2.54µm - 5.08µm	مضان الأشعة السينية (XRF).
الموصلية (IACS)	غالبًا ما تكون السبائك غير المغناطيسية ذات موصلية أقل من النحاس النقي. يؤثر على تصنيف التيار وسلامة الإشارة.	نحاس البريليوم (BeCu): 20-50% IACS برونز الفوسفور: 15% IACS النحاس الأصفر: 28% IACS	مقياس الأوم الدقيق (قياس 4 أسلاك).
قوة الإدخال/السحب	بدون النيكل، يكون المعدن الأساسي أكثر ليونة. قد تنخفض دورات الفشل.	يختلف حسب حجم الموصل. يتأثر بالمواد المزلقة وهندسة التلامس.	مقياس القوة / جهاز اختبار الإدخال الآلي.

إرشادات الاختيار حسب السيناريو (المقايضات)

بمجرد تحديد المقاييس، تتمثل الخطوة التالية في اختيار استراتيجية تجميع الموصلات منخفضة المغناطيسية الصحيحة بناءً على بيئة التشغيل المحددة.

1. التصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير الطبي

المتطلب: تجانس مجال شديد (مجال ثابت) وسلامة (لا توجد مقذوفات).
المقايضة: يجب التضحية بالمتانة الميكانيكية من أجل الشفافية المغناطيسية.
الاختيار: استخدم وصلات من نحاس البريليوم مع طلاء ذهب مباشر (بدون حاجز) أو برونز أبيض غير مغناطيسي. تجنب جميع أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ من سلسلة 300 ما لم يتم تخميلها وتلدينها بدقة، حيث أن التشغيل البارد يجعلها مغناطيسية.

2. الحوسبة الكمومية (المبردة)

المتطلب: ضوضاء مغناطيسية صفرية عند درجات حرارة الملي كلفن.
المفاضلة: الانكماش الحراري يصبح مشكلة رئيسية.
الاختيار: يتطلب تقنيات لحام لوحات الدوائر المطبوعة الكمومية الخالية من التدفق. تصبح اللحامات القياسية فائقة التوصيل أو مغناطيسية عند درجات الحرارة المبردة. استخدم الإنديوم عالي النقاوة أو لحامات غير مغناطيسية متخصصة. يجب أن تتطابق الموصلات مع معامل التمدد الحراري (CTE) للركيزة.

3. الملاحة الجوية والفضائية (الجيروسكوبات)

المتطلب: الحد الأدنى من التداخل مع استشعار المجال المغناطيسي للأرض.
المفاضلة: مقاومة الاهتزاز أمر بالغ الأهمية.
الاختيار: غالبًا ما يتم اختيار برونز الفوسفور لخصائصه الزنبركية لمقاومة الاهتزاز، مطليًا بالنيكل الكيميائي غير المغناطيسي (محتوى الفوسفور العالي >10%) فقط إذا تم التحكم فيه بدقة، وإلا فبالذهب المباشر.

4. الترددات الراديوية/الميكروويف عالية التردد

المتطلب: انخفاض التعديل البيني السلبي (PIM).
المفاضلة: فقدان الإشارة مقابل الأداء المغناطيسي.
الاختيار: يفضل طلاء الفضة على الذهب لتوصيلية عمق الجلد، لكن الفضة تتأكسد. يجب أن تكون المجموعة محكمة الغلق أو مطلية. استخدم أجسامًا نحاسية غير مغناطيسية.

5. تسجيل الآبار النفطية والغازية

المتطلب: تحتاج مستشعرات الحفر الاتجاهي إلى شفافية مغناطيسية + مقاومة عالية للحرارة.
المفاضلة: يجب أن تتحمل المواد درجات حرارة تزيد عن 200 درجة مئوية.
الاختيار: بلاستيك عالي الحرارة (PEEK) للعوازل مع BeCu مطلي بالذهب السميك. يجب أن تكون سبائك اللحام ذات نقطة انصهار عالية (HMP) وخالية من الرصاص/غير مغناطيسية.

6. أجهزة المختبر (تأثير هول)

المتطلب: أداء منخفض النفاذية (low-mu) فعال من حيث التكلفة ولكنه موثوق.
المفاضلة: نفاذية معتدلة (< 1.01) مقبولة.
الاختيار: موصلات D-Sub أو SMA تجارية "غير مغناطيسية". هذه أرخص ولكن قد تحتوي على شوائب ضئيلة. مقبولة لأعمال المختبر العامة ولكن ليس للمعايير الأولية.

من التصميم إلى التصنيع (نقاط فحص التنفيذ)

اختيار السيناريو الصحيح هو مجرد البداية؛ يتطلب تنفيذ تجميع موصل منخفض المغناطيسية سير عمل تصنيعي صارم لمنع المغنطة العرضية.

نقطة الفحص	التوصية	المخاطر في حال التجاهل	طريقة القبول
1. تدقيق قائمة المواد (BOM)	تحديد "غير مغناطيسي" بشكل صريح لكل رقم جزء مصنع (MPN). لا تعتمد على أرقام الأجزاء العامة.	استلام أجزاء قياسية ذات طبقة سفلية من النيكل.	مراجعة شهادة المطابقة (C of C) للمورد + اختبار نفاذية العينة.
2. اختيار ركيزة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)	اختر مواد ذات ثوابت عازلة مستقرة. راجع مواد لوحة الدوائر المطبوعة لخيارات مثل روجرز أو تفلون.	يمكن أن تحتوي الشوائب العازلة أحيانًا على جزيئات مغناطيسية.	التحقق من ورقة بيانات المادة.
3. تصميم وتوجيه المسارات	تجنب حلقات التيار التي تولد الحث الذاتي والمجالات المغناطيسية. استخدم منطق توجيه الزوج الملتوي.	المجالات المتولدة ذاتيًا التي تتداخل مع غرض الموصل.	فحص قواعد التصميم (DRC) والمحاكاة.
4. تصميم الاستنسل	تأكد من أن حجم الفتحة يأخذ في الاعتبار ريولوجيا معجون اللحام غير المغناطيسي (غالبًا ما يختلف عن SAC305).	وصلات لحام رديئة أو تأثير الشاهدة.	فحص معجون اللحام (SPI).
5. اختيار معجون اللحام	استخدم سبائك غير مغناطيسية محددة (مثل Sn96.5/Ag3.5 أو Bi58/Sn42) وتأكد من توافق التدفق.	غالبًا ما يحتوي اللحام القياسي على آثار من الحديد أو النيكل.	تحليل XRF لدفعة المعجون.
6. وضع المكونات	استخدم فوهات خزفية أو تفريغ. تجنب الملاقط الفولاذية الممغنطة أو رؤوس التثبيت.	انتقال بقايا مغناطيسية إلى سطح المكون.	الفحص البصري وفحص الأدوات بمقياس غاوس.
7. ملف تعريف إعادة التدفق	اضبط الملف الشخصي لتقليل الفراغات. يمكن أن تخلق الفراغات إجهادًا موضعيًا يغير الخصائص المغناطيسية في بعض السبائك.	فشل الوصلة أو المغناطيسية الناتجة عن الإجهاد.	فحص بالأشعة السينية.
8. عملية التنظيف	تنظيف مكثف لإزالة جميع بقايا التدفق.	يمكن أن تصبح بقايا التدفق سعوية أو حثية بمرور الوقت.	اختبار التلوث الأيوني (ROSE).
9. التجميع الميكانيكي	استخدم براغي غير مغناطيسية (التيتانيوم أو النحاس). لا تستخدم براغي الصلب القياسية.	يصبح البرغي ثنائي القطب مغناطيسيًا، مما يفسد التجميع.	اختبار المغناطيس على جميع المكونات.
10. اختبار النفاذية النهائي	اختبر التجميع بالكامل، وليس الموصل فقط.	قد تكون وصلات اللحام أو المكونات المجاورة قد أدخلت مغناطيسية.	مقياس سيفرن (اختبار النجاح/الفشل).
11. فحص سلامة الإشارة	تحقق من المعاوقة والفقد.	غالبًا ما تكون المواد غير المغناطيسية أكثر فقدانًا.	TDR (قياس الانعكاسية في المجال الزمني).
12. التعبئة والتغليف	استخدم عبوات مضادة للكهرباء الساكنة وغير مغناطيسية. تجنب الدبابيس في الأكياس.	الحطام المغناطيسي من التعبئة يلوث الجزء.	الفحص البصري.

الأخطاء الشائعة (والنهج الصحيح)

حتى مع وجود خطة قوية، غالبًا ما تؤدي بعض المزالق إلى الإضرار بمشاريع تجميع الموصلات منخفضة المغناطيسية.

أسطورة "الفولاذ المقاوم للصدأ":
- خطأ: افتراض أن جميع أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ غير مغناطيسية.
- الواقع: يصبح الفولاذ المقاوم للصدأ 304 و 316 مغناطيسيًا بعد التشغيل البارد (التصنيع، الثني).
- تصحيح: استخدم 316L وحدد التلدين الكامل بعد التصنيع، أو انتقل إلى التيتانيوم أو النحاس.
طبقات النيكل المخفية:
- خطأ: تحديد "طلاء الذهب" دون حظر صريح لطبقة حاجز النيكل.

الواقع: ورش الطلاء تستخدم طبقة سفلية من النيكل بشكل افتراضي للمتانة ومقاومة التآكل.
- التصحيح: يجب أن تنص المواصفات على: "ذهب مباشر فوق النحاس" أو "طبقة سفلية من البرونز الأبيض (Tri-M3)".

تلوث الأدوات:
- الخطأ: استخدام مفكات براغي ممغنطة قياسية أو ملاقط فولاذية أثناء التجميع.
- الواقع: تنتقل جزيئات الحديد إلى سطح الموصل، مما يخلق "نقاطًا ساخنة".
- التصحيح: استخدم أدوات من نحاس البريليوم، وملاقط سيراميك، وقم بإزالة مغنطة جميع المعدات يوميًا.
تجاهل وصلات اللحام:
- الخطأ: استخدام موصل مثالي ولكن لحامه بمعجون قياسي يحتوي على شوائب مغناطيسية حديدية ضئيلة.
- الواقع: حجم حشوة اللحام كبير بما يكفي لتشغيل أجهزة الكشف الحساسة.
- التصحيح: احصل على لحام غير مغناطيسي معتمد وتحقق منه مع شركاء تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة.
الشد الزائد:
- الخطأ: تطبيق قيم عزم دوران قياسية على الأجهزة المصنوعة من النحاس الأصفر أو نحاس البريليوم.
- الواقع: السبائك غير المغناطيسية غالبًا ما تكون أكثر ليونة من الفولاذ؛ تتلف الخيوط أو تنفصل الرؤوس.
- التصحيح: خفض مواصفات عزم الدوران بنسبة 20-40% حسب السبيكة.
إهمال القوة الدافعة الكهربائية الحرارية (EMF):
- الخطأ: تجاهل تأثير سيبك في دوائر الدقة ذات الجهد المنخفض.
- الواقع: المعادن غير المتشابهة (مثل الذهب على نحاس البريليوم) تولد تدرجات جهد تحت تغير درجة الحرارة.

تصحيح: صمم لتحقيق التوازن الحراري واختر مواد تلامس ذات قوة دافعة كهربائية حرارية منخفضة بالنسبة للنحاس.

الأسئلة الشائعة

س: ما الفرق بين "غير مغناطيسي" و "منخفض المغناطيسية"؟ ج: "غير مغناطيسي" هو مثالي نظري. "منخفض المغناطيسية" هو مواصفات هندسية، تُعرّف عادةً بأن لها نفاذية نسبية ($\mu_r$) أقل من 1.0005 أو 1.01 حسب التطبيق.

س: هل يمكنني استخدام لحام SAC305 القياسي؟ ج: بشكل عام، نعم، حيث أن القصدير والفضة والنحاس غير مغناطيسية. ومع ذلك، قد تحتوي المعاجين التجارية على آثار من ملوثات الحديد. للتطبيقات الحرجة مثل الحوسبة الكمومية، يوصى بعمليات متخصصة لـ لحام لوحات الدوائر المطبوعة الكمومية الخالية من التدفق أو سبائك معتمدة عالية النقاء.

س: لماذا يُفضل نحاس البريليوم (BeCu) على النحاس الأصفر؟ ج: يوفر BeCu ذاكرة زنبركية ومقاومة إجهاد فائقة مقارنة بالنحاس الأصفر، وهو أمر بالغ الأهمية نظرًا لأننا لا نستطيع استخدام طبقة سفلية صلبة من النيكل لتقوية نقطة التلامس.

س: كيف أختبر ما إذا كان الموصل منخفض المغناطيسية حقًا؟ ج: أسرع اختبار ميداني هو استخدام مغناطيس قوي من الأرض النادرة لمعرفة ما إذا كان هناك أي انجذاب. للحصول على الشهادة، يتم استخدام مقياس سيفرن (مؤشر النفاذية) لقياس قيمة $\mu_r$ المحددة.

س: هل التجميع منخفض المغناطيسية أكثر تكلفة؟ ج: نعم. المواد الخام (السبائك الخاصة)، وعمليات الطلاء غير القياسية (ترسيب الذهب البطيء أو البرونز الأبيض)، ومتطلبات الاختبار الصارمة تزيد التكاليف عادة بنسبة 30% إلى 100% مقارنة بالموصلات القياسية.

س: هل يمكن لـ APTPCB تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) بمكونات غير مغناطيسية مدمجة؟ ج: نعم، تتخصص APTPCB في متطلبات التجميع المعقدة. يمكنك إرسال تصميمك عبر صفحة الأسعار الخاصة بنا، مع التأكد من تحديد متطلبات النفاذية المغناطيسية في الملاحظات.

س: هل تؤثر مادة ركيزة لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) على المغناطيسية؟ ج: معظم مواد FR4 القياسية غير مغناطيسية. ومع ذلك، تحتوي بعض أقنعة اللحام السوداء على أصباغ الكربون أو أكسيد الحديد التي يمكن أن تكون مغناطيسية قليلاً. من الأكثر أمانًا استخدام قناع لحام شفاف أو أخضر، أو مواد عالية التردد مثل Rogers.

س: ما هو طلاء البرونز الأبيض؟ ج: إنه سبيكة نحاس-قصدير-زنك (ثلاثية المعادن) غير مغناطيسية، ومقاومة للتآكل، وتعمل كحاجز انتشار جيد، لتحل محل النيكل.

مواد لوحات الدوائر المطبوعة (PCB): استكشف الركائز المناسبة لتطبيقات التردد العالي والفاقد المنخفض.
تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB): تعرف على قدرات التجميع ومعايير مراقبة الجودة لدينا.

مسرد المصطلحات (المصطلحات الرئيسية)

المصطلح	التعريف
النفاذية ($\mu$)	مقياس لقدرة المادة على دعم تكوين مجال مغناطيسي داخلها.
النفاذية النسبية ($\mu_r$)	نسبة نفاذية المادة إلى نفاذية الفراغ ($\mu_0$). $\mu_r=1$ هو الفراغ.
ديامغناطيسي	مواد (مثل النحاس، الذهب، الفضة) تخلق مجالًا مغناطيسيًا معاكسًا، مما يؤدي إلى صد المجالات الخارجية قليلًا ($\mu_r < 1$).
بارامغناطيسي	مواد (مثل الألومنيوم، البلاتين) تنجذب بشكل ضعيف إلى المجالات المغناطيسية ($\mu_r > 1$).
فرومغناطيسي	مواد (مثل الحديد، النيكل، الكوبالت) تنجذب بقوة إلى المغناطيس ويمكنها الاحتفاظ بالمغناطيسية.
الاحتفاظية	قدرة المادة على البقاء ممغنطة بعد إزالة المجال المغناطيسي الخارجي.
BeCu (نحاس البريليوم)	سبيكة نحاسية تحتوي على 0.5-3% بريليوم، معروفة بقوتها العالية وخصائصها غير المغناطيسية.
التخميل	عملية كيميائية للفولاذ المقاوم للصدأ تزيل الحديد الحر من السطح لتحسين مقاومة التآكل وتقليل المغناطيسية السطحية.
مقياس سيفرن	أداة اختبار تستخدم لقياس النفاذية المغناطيسية للمواد بمقارنتها بالمعايير المعايرة.
حاجز الانتشار	طبقة طلاء (عادةً النيكل، ولكن البرونز الأبيض في التطبيقات منخفضة المغناطيسية) تمنع المعدن الأساسي من الهجرة إلى الطبقة النهائية للسطح.
تسلا (T)	وحدة SI لكثافة التدفق المغناطيسي. تعمل أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي عادةً عند 1.5T أو 3T.
التشكيل على البارد	تشكيل المعدن في درجة حرارة الغرفة (الثني، الختم)، مما قد يغير التركيب البلوري ويحفز المغناطيسية في الفولاذ المقاوم للصدأ.

الخلاصة (الخطوات التالية)

يتطلب النشر الناجح لـ تجميع موصل منخفض المغناطيسية أكثر من مجرد شراء الجزء الصحيح؛ فهو يتطلب نهجًا شاملاً يغطي علم المواد، وتصميم لوحات الدوائر المطبوعة (PCB)، ونظافة تصنيع خاضعة للرقابة الصارمة. من تجنب الطبقات السفلية من النيكل إلى استخدام تقنيات لوحات الدوائر المطبوعة الكمومية باللحام الخالي من التدفق للبيئات شديدة الحساسية، كل التفاصيل مهمة في تقليل التداخل المغناطيسي.

إذا كنت تصمم لتطبيقات التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) أو الفضاء الجوي أو الكمومية، فلا تترك الخصائص المغناطيسية لتجميعك للصدفة.

هل أنت مستعد للتحقق من تصميمك؟ عند تقديم بياناتك إلى APTPCB لمراجعة DFM أو عرض أسعار، يرجى التأكد من تقديم ما يلي:

النفاذية المستهدفة: (على سبيل المثال، $\mu_r < 1.0005$).
مواصفات الطلاء: اذكر صراحة "لا يوجد نيكل" أو حدد طبقة الحاجز المطلوبة.
متطلبات الاختبار: حدد ما إذا كان الاختبار بنسبة 100% أو أخذ عينات الدفعات مطلوبًا.
سياق التطبيق: (على سبيل المثال، مبردة، اهتزازات عالية) لمساعدتنا في اقتراح أفضل سبائك اللحام.

قم بزيارة صفحة اتصل بنا اليوم لمناقشة متطلباتك المغناطيسية المنخفضة مع فريق الهندسة لدينا.