النقاط الرئيسية
- التعريف: لوحة الدوائر المطبوعة للوحدة البصرية (Optical Module PCB) هي لوحة الدوائر الداخلية لجهاز الإرسال والاستقبال (مثل SFP، QSFP، أو OSFP) المسؤولة عن تحويل الإشارات الكهربائية إلى إشارات بصرية والعكس.
- المقاييس الحيوية: سلامة الإشارة (فقدان الإدخال، فقدان الإرجاع) والإدارة الحرارية هما مؤشرا الأداء غير القابلين للتفاوض.
- اختيار المواد: نادراً ما يكون FR4 القياسي كافياً؛ تتطلب تطبيقات 100G و 400G و 800G مواد عالية السرعة مثل Megtron 6/7 أو Rogers.
- تعقيد التصنيع: تتطلب هذه اللوحات غالباً تقنية HDI، وهياكل صلبة-مرنة، ووسادات ربط أسلاك دقيقة (أصابع ذهبية).
- التحقق: يتجاوز الاختبار الاتصال الكهربائي القياسي ليشمل التحكم في المعاوقة، والدورات الحرارية، وتحليل الإشارات عالية التردد.
- التكامل: يجب أن يتناسب عامل الشكل مع المعايير المحددة بدقة ليتم توصيله بلوحة واجهة PCB لخادم 1U أو PCB لخادم 2U دون تداخل ميكانيكي.
ما الذي تعنيه لوحة الدوائر المطبوعة للوحدة البصرية حقاً (النطاق والحدود)
قبل الخوض في المواصفات الفنية، يجب علينا تحديد ما الذي يشكل لوحة وحدة بصرية بالضبط وأين تقع حدودها. إن لوحة الدوائر المطبوعة للوحدة البصرية (Optical Module PCB) هي الركيزة المصغرة الموجودة داخل أجهزة الإرسال والاستقبال البصرية. وهي تعمل كجسر بين النظام المضيف (المحول، الموجه، أو الخادم) والمكونات البصرية (TOSA/ROSA). على عكس اللوحة الأم القياسية، تعمل لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) هذه في مساحة محدودة للغاية مع متطلبات سرعة إشارة قصوى. يغطي نطاق هذه التقنية عوامل شكل مختلفة، بما في ذلك SFP+، QSFP28، QSFP-DD، و OSFP. الوظيفة الأساسية هي دعم دوائر السائق المتكاملة (driver ICs)، ورقائق استعادة بيانات الساعة (CDR)، والواجهة الكهروضوئية.
يستثني حد هذا التعريف لوحة التبديل الرئيسية أو اللوحة الخلفية (backplane). يشير تحديداً إلى الدوائر الداخلية للوحدة القابلة للتوصيل. تتخصص APTPCB (مصنع APTPCB للوحات الدوائر المطبوعة) في هذه اللوحات عالية الدقة، مما يميزها عن لوحات الدوائر المطبوعة الإلكترونية الاستهلاكية القياسية بسبب متطلباتها الصارمة لخطوط العرض، والتباعد، والمواد.
مقاييس لوحات الدوائر المطبوعة للوحدات البصرية التي تهم (كيفية تقييم الجودة)

بمجرد تحديد النطاق، تتمثل الخطوة التالية في تحديد الأداء كمياً من خلال مقاييس محددة تحدد دقة الإشارة وموثوقيتها.
| المقياس | لماذا يهم | النطاق النموذجي / العوامل | كيفية القياس |
|---|---|---|---|
| فقدان الإدخال | يحدد مقدار قوة الإشارة المفقودة أثناء انتقالها عبر مسار لوحة الدوائر المطبوعة. حاسم للوحدات ذات المدى الطويل. | < 0.5 ديسيبل/بوصة عند 14 جيجاهرتز (يختلف حسب المادة). | محلل الشبكة المتجه (VNA). |
| ثابت العزل الكهربائي (Dk) | يؤثر على سرعة انتشار الإشارة والمقاومة. انخفاض Dk أفضل للسرعات العالية. | 3.0 – 3.7 (مواد عالية السرعة). | ورقة بيانات المواد / اختبار TDR. |
| عامل التبديد (Df) | يمثل الطاقة المفقودة كحرارة في العازل الكهربائي. يقلل Df من فقدان الإشارة ويحافظ على سلامتها. | 0.002 – 0.005 (فقدان منخفض جداً). | ورقة بيانات المواد / طريقة الرنان. |
| الموصلية الحرارية | تولد الليزرات البصرية حرارة كبيرة؛ يجب على لوحة الدوائر المطبوعة تبديد هذه الحرارة لمنع انحراف الطول الموجي. | 0.5 – 2.0 واط/متر كلفن (أو أعلى مع نوى معدنية). | طريقة وميض الليزر / التصوير الحراري. |
| التحكم في المعاوقة | تتسبب المعاوقة غير المتطابقة في انعكاس الإشارة (فقدان العودة)، مما يؤدي إلى تلف البيانات. | 85Ω أو 100Ω تفاضلي ±5%. | مقياس الانعكاس في المجال الزمني (TDR). |
| خشونة السطح | يخلق النحاس الخشن مقاومة "تأثير الجلد" عند الترددات العالية، مما يزيد من الفقدان. | رقائق نحاسية HVLP (Hyper Very Low Profile). | مقياس البروفيل / تحليل SEM. |
كيفية اختيار لوحة الدوائر المطبوعة للوحدة البصرية: إرشادات الاختيار حسب السيناريو (المقايضات)
يسمح فهم هذه المقاييس للمهندسين باتخاذ قرارات مستنيرة بناءً على سيناريوهات النشر المحددة، مع الموازنة بين التكلفة والأداء.
1. وحدات SFP+ 10G / 25G (حساسة للتكلفة)
بالنسبة للوحدات ذات السرعة المنخفضة المستخدمة في شبكات الوصول المؤسسية، قد تكون مواد FR4 القياسية ذات Tg العالي كافية. تفضل المقايضة هنا التكلفة على الفقدان المنخفض جداً. عادةً ما يكون التصميم عبارة عن لوحة صلبة بسيطة مكونة من 4-6 طبقات.
- الاختيار: مادة ذات فقدان متوسط، ملف نحاسي قياسي.
2. وصلات مراكز البيانات 100G QSFP28 (متوازنة)
هذا هو جواد العمل لمراكز البيانات الحديثة. تحتاج إلى مواد مثل Panasonic Megtron 6 أو Isola I-Speed. سيسبب FR4 القياسي الكثير من التوهين.
- الاختيار: مادة منخفضة الفقد، تحكم صارم في المعاوقة، HDI مستوى 1.
3. 400G / 800G QSFP-DD (حرج للأداء)
عند هذه السرعات، تكون هوامش الإشارة رفيعة للغاية. يجب عليك استخدام مواد فائقة الانخفاض في الفقد (مثل Megtron 7/8، Rogers RO3003). أي انقطاع في المعاوقة يكون قاتلاً للوصلة.
- الاختيار: مادة فائقة الانخفاض في الفقد، نحاس HVLP، حفر خلفي (backdrilling)، HDI متقدم (2+N+2).
4. فوتونيات السيليكون (تكامل عالٍ)
غالبًا ما تتطلب وحدات فوتونيات السيليكون أن تعمل لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) كفاصل (interposer). يتطلب هذا السيناريو توصيلات عالية الكثافة (HDI) مع دعم BGA بخطوة دقيقة.
- الاختيار: HDI متعدد الطبقات (any-layer)، خطوط/مسافات دقيقة (3/3 ميل أو أقل).
5. 5G Fronthaul / اتصالات خارجية (بيئة قاسية)
تتعرض الوحدات المثبتة في الأبراج لتقلبات شديدة في درجات الحرارة. يجب أن تحتوي لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) على معامل تمدد حراري (CTE) متطابق مع المكونات لمنع تشقق وصلات اللحام.
- الاختيار: مواد عالية الموثوقية، تشطيبات سطحية قوية (ENEPIG).
6. بيئات الخوادم عالية الكثافة
عند تركيب لوحة واجهة PCB لخادم 1U أو PCB لخادم 2U، يصبح التداخل الحراري مشكلة رئيسية. يجب أن تحتوي لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) للوحدة البصرية على مسارات حرارية محسّنة (فتحات حرارية، تضمين العملات المعدنية) لتبديد الحرارة بعيدًا عن الصمام الثنائي الليزري.
- الاختيار: مواد أولية (prepregs) عالية التوصيل الحراري، عملات نحاسية مدمجة.
نقاط التفتيش لتنفيذ لوحات الدوائر المطبوعة للوحدات البصرية (من التصميم إلى التصنيع)

بعد اختيار النهج الصحيح لسيناريوك، ينتقل التركيز إلى نقاط التفتيش الصارمة المطلوبة أثناء التصميم والتصنيع لضمان الإنتاجية والأداء.
تصميم الطبقات وتأكيد المواد
- توصية: قم بمحاكاة الطبقات باستخدام حلول المجال قبل التخطيط. تأكد من توفر المواد مع APTPCB.
- خطر: سمك العازل الكهربائي غير الصحيح يؤدي إلى فشل المعاوقة.
- قبول: ورقة طبقات معتمدة مع معاوقة محسوبة.
توجيه المسارات عالية السرعة
- توصية: استخدم مسارات منحنية أو انحناءات بزاوية 45 درجة. تجنب الأطراف الزائدة (stubs).
- خطر: انعكاس الإشارة ومشاكل التداخل الكهرومغناطيسي (EMI).
- قبول: تقرير محاكاة يوضح فقدان العودة المقبول.
تصميم الثقوب البينية (Backdrilling)
- توصية: قم بتطبيق الحفر الخلفي (backdrilling) للثقوب البينية (vias) عبر الفتحات على خطوط السرعة العالية لإزالة الأطراف الزائدة غير المستخدمة.
- خطر: تعمل الأطراف الزائدة للثقوب البينية كهوائيات، مما يسبب الرنين.
- قبول: تحليل المقطع العرضي يؤكد عمق إزالة الطرف الزائد.
تنفيذ هيكل HDI
- توصية: استخدم الثقوب البينية الدقيقة المتداخلة (staggered microvias) للحصول على موثوقية أفضل من الثقوب البينية المكدسة (stacked vias) إذا سمحت المساحة.
- خطر: فشل الثقوب البينية الدقيقة أثناء الدورات الحرارية.
- قبول: نتائج اختبار إجهاد التوصيلات البينية (IST).
اختيار التشطيب السطحي
- توصية: استخدم ENEPIG (النيكل الكيميائي، البلاديوم الكيميائي، الذهب بالغمر) لقدرة ربط الأسلاك وقابلية اللحام. الذهب الصلب مطلوب لأصابع موصل الحافة.
- المخاطر: متلازمة الوسادة السوداء (ENIG) أو ضعف قوة ربط الأسلاك.
- القبول: اختبار سحب السلك واختبار القص.
طلاء أصابع الذهب
- توصية: تأكد من أن سمك الذهب الصلب كافٍ (عادةً >30 ميكرو-بوصة) للتوصيل المتكرر.
- المخاطر: تآكل التلامس مما يؤدي إلى فشل الاتصال.
- القبول: قياس السمك بالأشعة السينية.
تخطيط الإدارة الحرارية
- توصية: ضع الفتحات الحرارية مباشرة تحت المكونات الساخنة (مشغل الليزر، DSP).
- المخاطر: ارتفاع درجة الحرارة يسبب انحراف طول موجة الليزر أو إيقاف تشغيل الوحدة.
- القبول: المحاكاة الحرارية والتحقق بكاميرا الأشعة تحت الحمراء على النموذج الأولي.
تخفيف تأثير نسيج الزجاج
- توصية: قم بتدوير التصميم 10 درجات أو استخدم أنماط "الزجاج المنتشر" (1067، 1078) لتجنب الانحراف.
- المخاطر: تأثير نسيج الألياف يسبب انحرافًا زمنيًا بين الأزواج التفاضلية.
- القبول: تحليل مخطط العين.
تسجيل قناع اللحام
- توصية: استخدم التصوير المباشر بالليزر (LDI) لمحاذاة دقيقة للقناع على الوسادات الصغيرة.
- المخاطر: قناع اللحام على الوسادات يمنع اللحام؛ المسارات المكشوفة تسبب قصورًا.
- القبول: الفحص البصري (AOI).
اختبار المعاوقة (TDR)
- توصية: تضمين قسائم اختبار على حافة لوحة الدائرة المطبوعة.
- خطر: فشل الدفعة بسبب اختلافات الحفر.
- قبول: تقرير TDR يوضح أن المعاوقة ضمن ±5% أو ±10%.
الأخطاء الشائعة في لوحات الدوائر المطبوعة للوحدات البصرية (والنهج الصحيح)
حتى مع خطة تنفيذ قوية، غالبًا ما تعرقل بعض الأخطاء مشاريع الوحدات البصرية. تجنب هذه الأخطاء يوفر إعادة تصميم مكلفة.
الخطأ 1: تجاهل "تأثير نسج الألياف".
- المشكلة: عند سرعات 25 جيجابت في الثانية وما فوق، تتسبب الفجوة بين حزم الزجاج في مادة لوحة الدائرة المطبوعة في انتقال الإشارات بسرعات مختلفة على خطوط P و N للزوج التفاضلي.
- التصحيح: استخدم زجاج FR4 الموزع (Spread Glass FR4) أو قم بتدوير زاوية التوجيه بالنسبة للنسيج.
الخطأ 2: إنهاء السطح غير الصحيح لربط الأسلاك.
- المشكلة: غالبًا ما يؤدي استخدام ENIG القياسي لربط الأسلاك الذهبية إلى روابط ضعيفة لأن طبقة الذهب رقيقة جدًا أو النيكل مؤكسد.
- التصحيح: حدد ENEPIG أو Soft Gold للمناطق التي تتطلب ربط الأسلاك بالوحدة الفرعية البصرية.
الخطأ 3: إغفال تعريف الوسادة (SMD مقابل NSMD).
- المشكلة: بالنسبة لـ BGAs ذات الخطوة الدقيقة داخل الوحدة، يمكن أن يؤدي خلط الوسادات المعرفة بقناع اللحام (SMD) والوسادات غير المعرفة بقناع اللحام (NSMD) إلى كسور إجهاد.
- التصحيح: اتبع الإرشادات الصارمة للشركة المصنعة للمكونات، وعادة ما تفضل NSMD لتحسين التصاق النحاس.
الخطأ 4: مسار حراري ضعيف لليزر.
- المشكلة: الاعتماد فقط على الغلاف لتبديد الحرارة.
- التصحيح: تصميم مسار نحاسي مباشر (قطعة نحاسية أو شبكة كثيفة من الثقوب الموصلة) من وسادة الصمام الثنائي الليزري عبر لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) إلى غلاف الوحدة.
الخطأ 5: التقليل من شأن تفاوتات موصلات الحافة.
- المشكلة: إذا كان سمك لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) أو شطف الأصابع خارج المواصفات، فلن تتناسب الوحدة مع قفص لوحة دوائر مطبوعة لخادم 1U.
- التصحيح: التحكم الصارم في السمك الكلي (بما في ذلك الطلاء) وزاوية الشطف (عادة 20 درجة أو 30 درجة).
الخطأ 6: إهمال طول الجذع في الثقوب الموصلة (Vias).
- المشكلة: ترك جذوع ثقوب موصلة طويلة على خطوط عالية السرعة ينشئ مرشحات حزية (notch filters) تقضي على ترددات معينة.
- التصحيح: فرض الحفر الخلفي (backdrilling) لأي جذع ثقب موصل يزيد طوله عن 10-15 ميل على الشبكات عالية السرعة.
أسئلة متكررة حول لوحات الدوائر المطبوعة للوحدات البصرية (التكلفة، المهلة، المواد، الاختبار، معايير القبول)
لمعالجة الشكوك المتبقية التي تتجاوز الأخطاء الشائعة، إليك إجابات على الأسئلة المتكررة المتعلقة بلوحات الوحدات البصرية.
س: ما هي المحركات الرئيسية للتكلفة للوحات الدوائر المطبوعة للوحدات البصرية؟ ج: المحركات الرئيسية هي مواد الرقائق عالية التردد (Rogers/Megtron)، واستخدام HDI (الثقوب الموصلة العمياء/المدفونة)، والطلاء بالذهب الصلب لموصلات الحافة، والتشطيبات السطحية ENEPIG.
س: كيف تقارن المهلة الزمنية للوحات الدوائر المطبوعة للوحدات البصرية باللوحات القياسية؟ A: نظرًا لدورات التصفيح المعقدة (لـ HDI) وعمليات الطلاء المتخصصة، تكون المهل الزمنية أطول عادةً – غالبًا من 15 إلى 20 يومًا للنماذج الأولية، مقارنة بـ 3-5 أيام للوحات القياسية.
Q: ما هي أفضل المواد لوحدات الألياف البصرية 800G؟ A: بالنسبة لـ 800G، تحتاج عمومًا إلى مواد ذات فقد منخفض للغاية مثل Panasonic Megtron 7 أو 8، أو سلسلة Rogers RO3003/RO4000. عادةً ما يكون FR4 "عالي السرعة" القياسي غير كافٍ. راجع قدراتنا في لوحات الدوائر المطبوعة عالية التردد لمزيد من التفاصيل.
Q: ما هي الاختبارات المحددة المطلوبة لأصابع الذهب في هذه الوحدات؟ A: بالإضافة إلى الاختبارات الكهربائية، تتطلب أصابع الذهب قياس السماكة (الأشعة السينية)، واختبار الالتصاق (اختبار الشريط)، واختبار المسامية لضمان قدرتها على تحمل دورات الإدخال المتكررة.
Q: هل يمكن استخدام تقنية Rigid-Flex في وحدات الألياف البصرية؟ A: نعم. أصبحت تصاميم لوحات الدوائر المطبوعة الصلبة المرنة شائعة بشكل متزايد في الوحدات المدمجة (مثل QSFP-DD) لطي الدوائر وتناسب المزيد من المكونات في الغلاف الصغير دون استخدام موصلات.
Q: ما هي معايير القبول للتحكم في المعاوقة على هذه اللوحات؟ A: تقبل لوحات الدوائر المطبوعة القياسية ±10%. ومع ذلك، بالنسبة لوحدات الألياف البصرية التي تعمل بسرعة 25 جيجابت في الثانية لكل مسار أو أعلى، غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى تحمل ±5% أو حتى ±7% للحفاظ على سلامة الإشارة.
Q: كيف تتعاملون مع تبديد الحرارة في لوحة دوائر مطبوعة صغيرة كهذه؟ A: نستخدم النحاس الثقيل، ومصفوفات الفتحات الحرارية (thermal via farms)، وأحيانًا تقنيات القلب المعدني أو العملات المعدنية المدمجة. تحقق من حلولنا لـ لوحات الدوائر المطبوعة عالية الحرارة.
س: لماذا يُفضل ENEPIG على ENIG للوحدات البصرية؟ ج: يوفر ENEPIG طبقة بالاديوم تمنع تآكل النيكل ("black pad") وتقدم سطحًا فائقًا لكل من ربط الأسلاك الذهبية (chip-on-board) واللحام القياسي.
موارد لوحات الدوائر المطبوعة للوحدات البصرية (صفحات وأدوات ذات صلة)
للباحثين عن بيانات فنية أعمق، توفر الموارد التالية معلومات تكميلية لمساعدتك في تصميم وصلات بصرية أفضل.
- تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة HDI: فهم تقنيات الفتحات الدقيقة (microvia) الضرورية لتصغير الوحدات البصرية.
- تصميم لوحات الدوائر المطبوعة عالية السرعة: نظرة أوسع على سلامة الإشارة، والمواد، وقواعد التخطيط.
- مواد لوحات الدوائر المطبوعة Rogers: مواصفات تفصيلية لواحدة من أكثر عائلات المواد شيوعًا المستخدمة في أجهزة الإرسال والاستقبال عالية الأداء.
- حاسبة المعاوقة: أداة لمساعدتك في تقدير عرض المسار والتباعد للمعاوقة المطلوبة.
مسرد مصطلحات لوحات الدوائر المطبوعة للوحدات البصرية (المصطلحات الرئيسية)
أخيرًا، لضمان التواصل الواضح بين الفرق، نحدد المصطلحات الأساسية المستخدمة في هذا الدليل.
| المصطلح | التعريف |
|---|---|
| PAM4 | تعديل سعة النبضة رباعي المستويات. مخطط تعديل يُستخدم في وحدات 400G/800G وينقل بتين لكل رمز. |
| NRZ | عدم العودة إلى الصفر. مخطط تعديل ثنائي (0 أو 1) يُستخدم في الوحدات الأقدم أو ذات السرعة المنخفضة (10G/25G). |
| SerDes | مُسلسل/مُفكك تسلسل. كتلة وظيفية تحول البيانات المتوازية إلى بيانات متسلسلة للإرسال عالي السرعة. |
| TOSA / ROSA | مجموعة فرعية بصرية للمرسل/المستقبل. المكونات المادية التي تحول الإلكترونات إلى فوتونات (والعكس). |
| Backdrilling | الحفر الخلفي. عملية تصنيع لحفر الجزء غير المستخدم من ثقب مطلي (stub) لتقليل انعكاس الإشارة. |
| ENEPIG | نيكل كيميائي بالاديوم كيميائي ذهب بالغمر. تشطيب سطحي عالمي جيد للحام وربط الأسلاك. |
| Skew | الانحراف. الفرق الزمني بين وصول الإشارات على خطين مختلفين (مثل P و N لزوج تفاضلي). |
| ظل الفقد (Df) | مقياس لقوة الإشارة المفقودة كحرارة داخل المادة العازلة للوحة الدوائر المطبوعة (PCB). |
| CTE | معامل التمدد الحراري. مدى تمدد المادة عند تسخينها. عدم التطابق يسبب مشاكل في الموثوقية. |
| أصبع الذهب | وسادات الموصل الحافية المطلية بالذهب التي تُوصل بمقبس النظام المضيف. |
| HDI | التوصيل البيني عالي الكثافة. تقنية لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) التي تستخدم الثقوب الدقيقة (microvias)، والثقوب العمياء (blind vias)، والثقوب المدفونة (buried vias) لزيادة كثافة الدائرة. |
| QSFP-DD | Quad Small Form-factor Pluggable Double Density. عامل شكل وحدة عالي السرعة يدعم 200G و 400G. |
الخلاصة: الخطوات التالية للوحات الدوائر المطبوعة للوحدات البصرية
تلخيصًا للرحلة من التعريف إلى التحقق، يعتمد الإنتاج الناجح لـ لوحة الدوائر المطبوعة للوحدة البصرية (Optical Module PCB) على الدقة في كل مرحلة. سواء كنت تصمم لربط 10G فعال من حيث التكلفة أو لربط 800G متطور، فإن التوازن بين اختيار المواد، وتصميم الطبقات، وتفاوتات التصنيع أمر حيوي. هذه المكونات هي نبض مراكز البيانات الحديثة، حيث يتم توصيلها مباشرة بالبنية التحتية لـ لوحات الدوائر المطبوعة لخوادم 1U و لوحات الدوائر المطبوعة لخوادم 2U التي تشغل الإنترنت.
هل أنت مستعد للانتقال إلى الإنتاج؟ للحصول على مراجعة دقيقة لتصميم DFM وعرض أسعار من APTPCB، يرجى إعداد ما يلي:
- ملفات Gerber: يفضل تنسيق RS-274X.
- مخطط الطبقات (Stackup Diagram): حدد عدد الطبقات، وزن النحاس، وسمك العازل.
- مواصفات المواد: اذكر بوضوح الرقائق (مثل Megtron 7, Rogers 4350B).
- متطلبات المعاوقة (Impedance Requirements): اذكر المعاوقة المستهدفة والطبقات المرجعية.
- مخطط الثقوب (Drill Chart): حدد مواقع الثقوب الخلفية وأنواع الفتحات (عمياء/مدفونة).
- اللمسة النهائية للسطح (Surface Finish): حدد ENEPIG، الذهب الصلب، أو متطلبات أخرى.
اتصل بفريق الهندسة لدينا اليوم لضمان بناء تصاميم وحداتك البصرية للسرعة والموثوقية.