عند طلب عرض سعر للوحة PCB، ليس السؤال المفيد ببساطة «هل هي نحاس بوزن 1 oz؟». المهم هو ما إذا كان 1 oz يصف الرقاقة الأولية أم الموصل النهائي، وما إذا كان التصميم يحتاج أيضًا إلى حد أدنى قابل للقياس للسماكة.
استخدم وزن النحاس مرجعًا اسميًا. إذا كان ينبغي أن يبلغ موصل ما سماكة نهائية محددة، فأدرج هذا الشرط في رسم التصنيع للطبقة المعنية، مع تحديد موضع التحقق وطريقته. وافصل نحاس جدار الثقب المطلي والتشطيب السطحي عن ذلك.
جدول تحويل وزن النحاس إلى سماكته
يُعبّر عن وزن النحاس في لوحات PCB عادةً بوحدة الأونصة لكل قدم مربع (oz/ft²): أي كتلة النحاس الموزعة على مساحة. وهو ليس إجمالي كتلة النحاس في اللوحة.
يستخدم الجدول أدناه، عن قصد، قيمة تقريبية متعارفًا عليها قدرها 35 µm لكل oz/ft². إنها قيمة اسمية مرجعية، وليست جدولًا للحد الأدنى للنحاس النهائي أو للتفاوتات، ولا بيانًا بتوافر هذه المواصفة لدى APTPCB.
| وزن النحاس، oz/ft² | السماكة المرجعية، µm | السماكة المرجعية، mm | السماكة المرجعية، mil |
|---|---|---|---|
| 0.5 | 17.5 | 0.0175 | 0.69 |
| 1 | 35 | 0.035 | 1.38 |
| 2 | 70 | 0.070 | 2.76 |
| 3 | 105 | 0.105 | 4.13 |
| 4 | 140 | 0.140 | 5.51 |
الحساب المستخدم في الجدول هو:
- µm ≈ 35 × وزن النحاس بوحدة oz/ft²
- mm = µm ÷ 1,000
- mil = µm ÷ 25.4
مثلًا، وفق هذا الأساس، يعادل 2 oz/ft² نحو 70 µm أو 2.76 mil. قيم mil مقربة؛ والـ mil واحد من ألف من البوصة.
إن أساس 35 µm اصطلاح عملي وليس تحويلًا فيزيائيًا دقيقًا. فالطبقة المثالية المنتظمة المحسوبة بكثافة نحاس قدرها 8.96 g/cm³ تعطي نحو 34.1 µm لكل oz/ft². وتستخدم وثائق أخرى قيمًا تقريبية مختلفة. عند مقارنة الأرقام، تحقّق من الأساس المعلن بدل اعتبار الرقم العشري الأخير ضمانًا للتصنيع.
كما أن سماكة النحاس تختلف عن السماكة النهائية للوحة كاملة. لمعرفة ذلك البعد الميكانيكي، راجع السماكة القياسية للوحة PCB.
النحاس الأساسي والنحاس النهائي شرطان مختلفان
النحاس الأساسي هو الرقاقة الأولية المرتبطة بطبقة قبل عمليات التصنيع ذات الصلة. يساعد وزنها الاسمي على وصف البنية، لكن لا يلزم أن تطابق سماكة الرقاقة الأولية الفعلية قيمة الجدول المقربة في كل موضع.
نحاس الموصل النهائي هو النحاس المتبقي في الموصل بعد خطوات الإضافة والإزالة المنطبقة. وقد تختلف السماكة النهائية عن سماكة الرقاقة الأولية بحسب الطبقة وبنية التصنيع.
رقاقة البداية لا تعادل النحاس النهائي. رسم توضيحي مفاهيمي، غير مرسوم بمقياس، ولا يعرض سماكات طبقات مقاسة. إلى اليسار: مثال لموصل خارجي، رقائق أساس مع نحاس مضاف ثم عمليات تصنيع؛ وإلى اليمين: رقاقة طبقة داخلية ومادة أزيلت أثناء المعالجة. يُفصل النحاس الأساسي عن النحاس المضاف؛ فالتشطيب المعدني ليس نحاسًا، وقناع اللحام منفصل أيضًا. ميزان النحاس المحلي الافتراضي هو: 16.8 + 21.6 − 2.4 = 36.0 µm، أي الأساس + الإضافة − الإزالة. وهذه النتيجة أقل من الحد الأدنى الافتراضي البالغ 40 µm. وتتطلب السمات الداخلية المطلية مراجعة مستقلة للبنية.
قد تُضاف طبقة نحاس إلى الطبقة الخارجية أثناء تصنيع لوحة ذات ثقوب مطلية. وقد يُزال منها النحاس أيضًا في مراحل لاحقة. يقدم المستند SPMA056 من Texas Instruments مثالًا محددًا للوحة ذات أربع طبقات، تستخدم فيه طبقات الإشارة الخارجية نحاسًا أساسيًا اسميًا بوزن نصف أونصة مع طلاء نصف أونصة لوصف مجموع اسمي قدره أونصة واحدة. يوضح المثال لماذا لا تعني تسمية «طبقة خارجية 1 oz» بالضرورة أن اللوحة بدأت برقاقة وزنها 1 oz. وهذا ليس وصفة طلاء عامة ولا حدًا أدنى للنحاس النهائي.
غالبًا ما تُشكّل الطبقة الداخلية العادية من رقاقة من دون تسلسل الطلاء نفسه المستخدم للطبقة الخارجية. وفي هذه البنية، تؤثر الرقاقة الأولية والمادة التي تُزال أثناء المعالجة في النتيجة النهائية. لا تعمم هذا الوصف على كل لوحة؛ فقد تتضمن البنى المتتابعة وغيرها من البنى المعقدة سمات داخلية مطلية. حدّد تلك السمات ومتطلباتها في وثائق التصنيع.
مثال عددي: الاقتراب من القيمة الاسمية لا يعني اجتياز الحد الأدنى
لنفترض أن موصلًا خارجيًا في موضع معين له القيم الفعلية التوضيحية التالية:
- النحاس الأولي: 16.8 µm
- النحاس المضاف: 21.6 µm
- النحاس الذي أزيل لاحقًا: 2.4 µm
تكون النتيجة المبسطة:
16.8 + 21.6 − 2.4 = 36.0 µm من النحاس النهائي
هذه النتيجة قريبة من القيمة الاسمية المرجعية البالغة 35 µm في الجدول لوزن 1 oz. لكن إذا اشترط المشروع بصورة مستقلة حدًا أدنى قدره 40 µm عند موضع القياس المحدد، فإن 36.0 µm لا يفي بهذا الحد العددي.
إن شرط 40 µm وقيم المعالجة الثلاث كلها افتراضات لهذا المثال؛ وليست حدًا معتمدًا في القطاع أو نتيجة إنتاج من APTPCB أو توقعًا لعملية بعينها. ولهذا الفرق جانب تعاقدي إلى جانب الجانب العددي: فالتسمية الاسمية وقيمة القبول الدنيا تجيبان عن سؤالين مختلفين.
افصل النحاس المستوي عن جدران الثقوب والتشطيب
يرتبط موصل على إحدى طبقات اللوحة والنحاس المترسب على جدار ثقب مطلي ببنية التصنيع، لكنهما ليسا بُعدين قابلين للتبادل.
حدّد سماكة الموصل المستوي للطبقة والموضع المعنيين. وإذا كانت سماكة نحاس جدار الثقب مهمة، فاذكر شرطها منفصلًا للثقوب المعنية وحدد أساس الفحص الحاكم. لا تفترض أن رقم النحاس النهائي للطبقة الخارجية يصف أيضًا جدار الثقب.
وبالمثل، قناع اللحام ليس نحاسًا. والتشطيب السطحي المعدني مثل النيكل/الذهب أو القصدير نظام مواد منفصل؛ فلا تحتسب هذه المعادن ضمن سماكة النحاس. اذكر التشطيب المطلوب منفصلًا في الرسم.
صورة مجهرية لعيب في عينة اختبار تابعة لناسا، منسوبة إلى Charles E. Powers/NASA GSFC، عام 2009. تحدد الأسهم الأصلية حلقات حلقية داخلية وخارجية مفقودة. هذه ليست عينة من APTPCB؛ ولا تتضمن الصورة مقياسًا يتيح تحديد سماكة النحاس أو القبول. بيانات اعتماد الصورة وسجل مصدرها.
يمكن للمقطع المجهري إظهار سياق الموصل وجدار الثقب، لكن الصورة وحدها لا تحدد شرطًا للسماكة. ينبغي أن تحدد خطة الفحص القابلة للتطبيق السمة وطريقة التحضير والقياس والعينة وأساس القبول.
حوّل الجدول إلى طلب عرض سعر مفصل حسب الطبقة
لنفترض مشروعًا افتراضيًا من أربع طبقات. يحتاج فريق التصميم إلى نحاس نهائي لا يقل عن 40 µm في مواضع محددة على L1. ولا يضع حدًا أدنى عدديًا إضافيًا منفصلًا للنحاس النهائي في الطبقات المستوية الأخرى، بخلاف المتطلبات الحاكمة للمشروع.
يقترح الفريق بنية أولية لطلب عرض السعر كما يلي. قيم الرقاقة الأساسية هي قيم اسمية مقترحة وليست نتائج مقاسة أو تعليمات عملية ثابتة. ويمكن للمصنّع اقتراح رقاقة أولية مختلفة للمراجعة إذا كان ذلك لازمًا لتحقيق شرط النحاس النهائي.
| الطبقة | الرقاقة الأساسية الاسمية المقترحة | شرط النحاس المستوي النهائي | الموضع والطريقة وسجل القبول |
|---|---|---|---|
| L1 — خارجية | 0.5 oz/ft² | حد أدنى 40 µm في المواضع المتفق عليها | حدّد مواضع ممثلة لمسارات L1 واتفق على طريقة القياس والعينة والشرط الحاكم قبل السماح ببدء التصنيع |
| L2 — داخلية | 1 oz/ft² | لا يحدد هذا المثال حدًا أدنى عدديًا إضافيًا | حدّد الشرط الحاكم وتحقق من بنية الطبقة والأساس المقتبس للنحاس النهائي |
| L3 — داخلية | 1 oz/ft² | لا يحدد هذا المثال حدًا أدنى عدديًا إضافيًا | حدّد الشرط الحاكم وتحقق من بنية الطبقة والأساس المقتبس للنحاس النهائي |
| L4 — خارجية | 0.5 oz/ft² | لا يحدد هذا المثال حدًا أدنى عدديًا إضافيًا | حدّد الشرط الحاكم وتحقق من الأساس المقتبس للنحاس النهائي |
هذا مثال على تفسير طلب عرض سعر، وليس رسم إنتاج مكتملًا. وبوجه خاص، لا تثبت الطاولة أن الرقاقة الأولية المقترحة لـ L1 ستحقق 40 µm من النحاس النهائي. بل تُظهر الفرق كي تُراجع البنية قبل إصدار الطلب.
ينبغي أن يحتفظ سجل المتطلبات لكل طبقة بما يلي:
- معرّف الطبقة المطابق لبنية الطبقات وبيانات التصميم.
- الرقاقة الأساسية الاسمية، مع تحديد ما إذا كانت إلزامية أم بنية مقترحة.
- الحد الأدنى أو المجال للنحاس النهائي عندما يتطلب التصميم حدًا عدديًا.
- موضع القياس وطريقته والعينة عندما يعتمد القبول على القياس.
- المتطلب الحاكم، بما فيه المستند المنطبق ومراجعته والفئة عند الاقتضاء والاستثناءات المتفق عليها.
عدم وجود حد أدنى عددي خاص بالمشروع لطبقة ما لا يعني خلوها من المتطلبات. فما زال عرض السعر بحاجة إلى أساس محدد للنحاس النهائي ومتطلبات التصنيع والقبول الحاكمة.
مثال على ملاحظة رسم لـ L1
الملاحظة التالية نقطة بداية للمشروع الافتراضي، وليست بديلًا عن خطة فحص متفق عليها:
L1: يجب ألا تقل سماكة نحاس الموصل المستوي النهائي عن 40 µm عند مواضع قياس مسارات L1 المحددة. الرقاقة الأساسية الاسمية المقترحة هي 0.5 oz/ft²؛ وتتطلب أي بنية بديلة موافقة التصميم. أكّد طريقة القياس وعلاقة العينة أو عينة الاختبار بها والمواصفة الحاكمة ومراجعتها والفئة المنطبقة والاستثناءات قبل إصدار التصنيع. حدّد نحاس جدار الثقب المطلي والتشطيب السطحي بصورة منفصلة.
ينبغي أن يحدد الرسم المواضع المعينة ويستكمل المراجع الحاكمة. وإذا اقتُرحت عينة اختبار ممثلة بدلًا من اللوحة نفسها، فحدّد صلتها بالمتطلب المطلوب قبوله. وقد يكون المقطع العرضي طريقة مقترحة مناسبة، لكن يظل من الضروري الاتفاق على السمة والتحضير وأخذ العينات واصطلاح القياس.
تجنب كتابة «±35 µm» إذا كنت تقصد «نحو 35 µm». فالقيمة الاسمية المرجعية والتفاوت حول قيمة مستهدفة والحد الأدنى ثلاثة توجيهات مختلفة. إذا كان كل من نوع الرقاقة الأساسية المحدد والحد الأدنى النهائي إلزاميًا فعلًا، فاذكر ذلك صراحةً واطلب مراجعة الجمع بينهما. وإلا فإن تحديد شرط النحاس النهائي والسماح ببنية خاضعة للمراجعة يتيحان للمصنّع اقتراح عملية مناسبة.
للاطلاع على بقية حزمة الرسومات، بما في ذلك كيفية تكامل بنية الطبقات والملاحظات، راجع أساسيات رسم التصنيع وتصميم بنية طبقات PCB.
قارن عروض الأسعار على الأساس نفسه
قد يذكر عرضان للسعر «1 oz» ومع ذلك يصفان شيئين مختلفين. قبل الاختيار، قارن بنيتي الطبقات المعادتين وابحث عن الفروق التالية:
- أساسي أم نهائي؟ لا تعادل تسمية الرقاقة الأساسية حدًا أدنى لموصل نهائي.
- أي طبقة؟ قد تمر الطبقة الخارجية المطلية وطبقة الرقاقة الداخلية العادية بمسارين مختلفين للعملية.
- اسمي أم حد قبول؟ لا تؤكد مرجعية نهائية مقربة، بحد ذاتها، الحد الأدنى البالغ 40 µm لـ L1 في المثال.
- أين يجري الفحص؟ يتطلب الادعاء المتعلق بمسار أو وسادة أو عينة اختبار أو جدار ثقب موضع القياس وأساسه المقابلين.
- ما التغييرات الأخرى؟ ينبغي مراجعة أي تغيير مقترح في بنية النحاس مقارنة ببنية الطبقات كاملة ومتطلبات التصميم قبل الإصدار.
بالنسبة إلى المشروع الافتراضي، النتيجة العملية هي عرض سعر يحدد الرقاقة الأساسية المقترحة لكل طبقة ويتناول صراحةً الحد الأدنى 40 µm لـ L1 في المواضع المتفق عليها. إذا تعذر على البنية المقترحة تحقيق هذا الشرط، فلا تصف إجابة اسمية بوزن 1 oz بأنها مطابقة. راجع بنية بديلة أو عدّل الشرط عبر عملية الموافقة التصميمية. وإذا ظل أساس القياس أو المستند الحاكم غير محسوم، فأبقِ النقطة مفتوحة بدل اعتبار عرض السعر التزام قبول مؤكدًا.
سماكة النحاس أحد مدخلات التصميم الكهربائي والحراري، لكن هذا الجدول لا يحدد سعة حمل التيار. لهذا القرار المنفصل، راجع دليل تصميم لوحات PCB ذات النحاس السميك.
أرسل المتطلب مع بنية الطبقات
عند إرسال طلب إلى APTPCB، أرفق سجل النحاس لكل طبقة مع رسم التصنيع وبنية الطبقات وملفات التصميم. وضّح قيم الرقاقة الأساسية المقترحة، وحدد أي حدود نهائية إلزامية، واطلب أن يبيّن عرض السعر المعاد التغييرات المقترحة ونقاط الفحص التي لم تُحسم.
ابدأ طلب عرض سعر بإرفاق حزمة المشروع، أو تواصل مع APTPCB إذا احتاجت متطلبات الطبقات إلى توضيح قبل الإرسال. الهدف هو الاتفاق على تعريف خاص بالمشروع لما سيُصنع وكيفية تقييم أي حد مذكور.
المراجع
- LPKF، TechGuide: In-House PCB Prototyping، «Basic Information on PCBs».
- Texas Instruments، SPMA056، القسم 3.2.1 والشكل 4.
- NIST، Composition of COPPER وHandbook 44، الملحق C.
- NASA/GSFC، Charles E. Powers، 2009، NTRS 20090027819.