يُعد تصميم تراص طبقات لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) الفعال هو أساس كل جهاز إلكتروني موثوق به، حيث يحدد سلامة الإشارة، وتوصيل الطاقة، وقابلية التصنيع قبل توجيه مسار واحد. يتضمن الترتيب الدقيق لطبقات النحاس والمواد العازلة (الكهربائية) لتلبية متطلبات كهربائية وميكانيكية محددة. في APTPCB (مصنع APTPCB للوحات الدوائر المطبوعة)، نرى أن تخطيط التراص هو المرحلة الأكثر أهمية في سير عمل الهندسة. يغطي هذا الدليل كل شيء بدءًا من التعريفات الأساسية وصولاً إلى تقنيات التحقق المتقدمة.

النقاط الرئيسية

• التعريف: هو الترتيب الرأسي لطبقات النحاس والمواد العازلة (اللب والبريبيرج) في لوحة الدوائر المطبوعة.
• سلامة الإشارة: يقلل التراص الصحيح من التداخل والتشويش الكهرومغناطيسي (EMI) مع الحفاظ على مقاومة متحكم بها.
• التماثل حيوي: يمنع التوزيع المتوازن للنحاس تشوه اللوحة أثناء عملية لحام إعادة التدفق.
• اختيار المواد: يحدد الاختيار بين FR4 القياسي والمواد عالية التردد (مثل Rogers) الأداء والتكلفة.
• التحقق: قم دائمًا بمحاكاة التراص وتأكيد توفر المواد مع الشركة المصنعة قبل التوجيه.
• محرك التكلفة: يؤثر عدد الطبقات وتقنيات الثقوب العمياء/المدفونة بشكل كبير على سعر الوحدة النهائي.

PCB حقًا (النطاق والحدود)

بناءً على النقاط الرئيسية المستخلصة، يساعد فهم نطاق ترتيب الطبقات المهندسين على تجنب التصميمات المبالغ فيها أو ذات الأداء الضعيف. تصميم ترتيب طبقات لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) لا يقتصر على عد الطبقات؛ بل هو المخطط المعماري للوحة الدوائر.

يشمل اختيار ثابت العزل الكهربائي (Dk)، وتحديد تباعد الطبقات، وتعيين طبقات الإشارة مقابل طبقات المستوى (الأرضي/الطاقة). يدير ترتيب الطبقات القوي مسارات العودة للإشارات عالية السرعة ويوفر شبكة توصيل طاقة مستقرة. إذا كان ترتيب الطبقات معيبًا، حتى التوجيه الأكثر كمالاً لا يمكنه إنقاذ اللوحة من فشل الإشارة أو الانبعاثات الزائدة.

PCB المهمة (كيفية تقييم الجودة)

بمجرد فهمك للنطاق، يجب عليك تقييم التصميم مقابل مقاييس محددة قابلة للقياس.

المقياس	لماذا هو مهم	النطاق النموذجي أو العوامل المؤثرة	كيفية القياس
المقاومة (Z0)	يطابق المصدر والحمل لمنع انعكاس الإشارة.	50Ω (فردي)، 90Ω/100Ω (زوج تفاضلي).	TDR (قياس الانعكاسية في المجال الزمني).
ثابت العزل الكهربائي (Dk)	يؤثر على سرعة انتشار الإشارة ومتطلبات عرض المسار.	3.0 إلى 4.5 (FR4 يختلف حسب محتوى الراتنج).	ورقة بيانات المواد / محلل المقاومة.
درجة حرارة التحول الزجاجي (Tg)	تحدد درجة الحرارة التي تصبح عندها لوحة الدوائر المطبوعة غير مستقرة ميكانيكيًا.	130 درجة مئوية (قياسي) إلى 180 درجة مئوية+ (Tg عالية).	TMA (التحليل الميكانيكي الحراري).
تناظر الطبقات	يمنع الانحناء والالتواء أثناء التجميع.	وزن نحاسي متوازن وسمك عازل من المركز.	اختبار التسطيح / الفحص البصري.
وزن النحاس	يحدد سعة حمل التيار ودقة حفر المسارات.	من 0.5 أوقية إلى 2.0 أوقية (قياسي)؛ حتى 10 أوقية (ثقيل).	تحليل المقطع العرضي.
ظل الخسارة (Df)	حاسم لتوهين الإشارة في التصميمات عالية التردد.	0.02 (FR4 قياسي) إلى 0.001 (PTFE).	VNA (محلل الشبكة المتجه).

PCB: إرشادات الاختيار حسب السيناريو (المقايضات)

مع تحديد المقاييس، تتمثل الخطوة التالية في اختيار التكوين الصحيح بناءً على متطلبات التطبيق المحددة الخاصة بك.

1. 4 طبقات قياسية (حساسة للتكلفة)

• السيناريو: الإلكترونيات الاستهلاكية، وحدات التحكم الدقيقة البسيطة، الواجهات منخفضة السرعة.
• المقايضة: تكلفة منخفضة مقابل مساحة توجيه محدودة ودرع EMI.
• التكوين: إشارة / أرضي / طاقة / إشارة. هذا هو الترتيب الأكثر شيوعًا للمبتدئين.

2. رقمي عالي السرعة (التركيز على سلامة الإشارة)

• السيناريو: ذاكرة DDR، واجهات PCIe، جيجابت إيثرنت.
• المقايضة: عدد طبقات أعلى (6-12 طبقة) مقابل جودة إشارة ممتازة.
• التكوين: طبقات إشارة وأرضي متناوبة. يفضل توجيه Stripline لاحتواء EMI.

3. توصيل عالي الكثافة (قيود الحجم)

• السيناريو: الهواتف الذكية، الأجهزة القابلة للارتداء، أجهزة إنترنت الأشياء المدمجة.
• المفاضلة: تكلفة تصنيع عالية مقابل تصغير شديد.
• التكوين: يستخدم الميكروفيا، والفيا العمياء/المدفونة، ودعم BGA ذو الخطوة الدقيقة. راجع قدراتنا في لوحات الدوائر المطبوعة HDI للحصول على تفاصيل حول طبقات البناء.

4. الترددات الراديوية والميكروويف (تركيز التردد)

• السيناريو: الرادار، هوائيات 5G، اتصالات الأقمار الصناعية.
• المفاضلة: مواد باهظة الثمن مقابل فقدان إشارة منخفض.
• التكوين: تكوينات مكدسة هجينة تستخدم مواد Rogers على الطبقات الخارجية وFR4 القياسي بالداخل لتحقيق الاستقرار الميكانيكي.

5. توزيع الطاقة العالية (تركيز التيار)

• السيناريو: مصادر الطاقة، محولات السيارات، أنظمة إدارة البطارية.
• المفاضلة: نحاس أكثر سمكًا (أصعب في حفر الخطوط الدقيقة) مقابل سعة تيار عالية.
• التكوين: طبقات داخلية من النحاس الثقيل (2 أوقية+) مخصصة لمستويات الطاقة.

6. صلب-مرن (تركيز ميكانيكي)

• السيناريو: الأجهزة القابلة للطي، مستشعرات الفضاء الجوي، العبوات المعقدة.
• المفاضلة: عملية تصنيع معقدة مقابل التخلص من الموصلات.
• التكوين: طبقات بوليميد مرنة مدمجة في تكوين FR4 الصلب.

نقاط فحص تنفيذ تصميم تكوين لوحة الدوائر المطبوعة (من التصميم إلى التصنيع)

بعد تحديد السيناريو، يجب عليك تنفيذ التصميم باستخدام قائمة تحقق صارمة لضمان قابلية التصنيع.

1. فحص التماثل: تأكد من أن التكوين متماثل حول اللب المركزي.

• المخاطر: التواء اللوحة أثناء إعادة التدفق.
• القبول: سمك عازل وأوزان نحاس متوازنة.

2. ترتيب اللب مقابل البريبريج: تحقق من البنية المفضلة للمصنع (بناء بالرقائق مقابل بناء باللب).
   • المخاطر: سمك نهائي أو مقاومة خاطئة.
   • القبول: التأكيد مع الدعم الهندسي لـ APTPCB.
3. عروض مسارات المعاوقة: احسب عروض المسارات بناءً على Dk الفعلي للمادة، وليس القيم العامة.
   • المخاطر: انعكاسات الإشارة وفقدان البيانات.
   • القبول: استخدم محلل مجال أو حاسبة المعاوقة الخاصة بنا.
4. مستويات مرجعية: تأكد من أن كل طبقة إشارة عالية السرعة تحتوي على مستوى مرجعي صلب مجاور (GND).
   • المخاطر: تداخل كهرومغناطيسي (EMI) وتداخل عالي.
   • القبول: فحص بصري لتجاور الطبقات.
5. توفر المواد: تأكد من أن الرقائق المحددة متوفرة في المخزون.
   • المخاطر: فترات زمنية طويلة أو إعادة تصميم قسرية.
   • القبول: بريد إلكتروني لتأكيد المورد.
6. توازن النحاس: املأ المناطق الفارغة على طبقات الإشارة بصب النحاس (thieving).
   • المخاطر: سمك طلاء غير متساوٍ.
   • القبول: خريطة كثافة النحاس > 70% تجانس.
7. نسبة أبعاد الثقب (Via Aspect Ratio): حافظ على نسبة العمق إلى القطر للثقب أقل من 10:1 للطلاء القياسي.
   • المخاطر: فشل الطلاء الموثوق به (دوائر مفتوحة).
   • القبول: التحقق من مخطط الحفر.
8. محتوى الراتنج: تأكد من أن طبقات البريبريج تحتوي على راتنج كافٍ لملء فراغات النحاس في الطبقة الداخلية.

• المخاطرة: التفكك أو الفراغات (التقشير).
• القبول: اختيار مادة البريبريج عالية الراتنج لطبقات النحاس الثقيلة.

9. تفاوت السماكة الكلية: حدد التفاوت المقبول (عادةً ±10%).
   • المخاطرة: مشاكل التوافق الميكانيكي في الغلاف.
   • القبول: ملخص حساب ترتيب الطبقات.
10. تعريف الثقوب العمياء/المدفونة: حدد بوضوح طبقات البدء والإيقاف في ملفات Gerber.
    • المخاطرة: أخطاء التصنيع أو لوحات تالفة.
    • القبول: جدول الحفر يوضح أزواج الطبقات صراحةً.

الأخطاء الشائعة في تصميم ترتيب طبقات لوحات الدوائر المطبوعة (والنهج الصحيح)

حتى مع وجود قائمة مرجعية، غالبًا ما يقع المهندسون في فخاخ محددة خلال مرحلة التنفيذ.

• الخطأ 1: الاعتماد على قيم Dk من ورقة البيانات.
  • التصحيح: غالبًا ما يتم اختبار Dk في ورقة البيانات عند 1 ميجاهرتز. لتصاميم السرعة العالية، استخدم قيمة Dk عند تردد التشغيل الخاص بك (مثل 1 جيجاهرتز أو 10 جيجاهرتز).
• الخطأ 2: ترتيب الطبقات غير المتماثل.
  • التصحيح: لا تخلط أبدًا أوزان نحاس مختلفة على طبقات متماثلة (على سبيل المثال، الطبقة 2 هي 1 أونصة، الطبقة 3 هي 0.5 أونصة). حافظ عليها متطابقة لمنع الالتواء.
• الخطأ 3: تجاهل مسارات العودة.
  • التصحيح: توجيه إشارة فوق مستوى مقسم يخلق منطقة حلقة كبيرة. قم دائمًا بالتوجيه فوق مستوى أرضي صلب.
• الخطأ 4: المبالغة في تحديد المواد.
  • التصحيح: لا تحدد "Rogers 4350B" إذا كان FR4 القياسي يعمل لترددك. هذا يضاعف التكلفة ثلاث مرات دون داعٍ.
• الخطأ 5: إهمال تغيرات سمك البريبريج.
  • التصحيح: يصبح البريبريج أرق مع تدفق الراتنج بين المسارات أثناء التصفيح. يجب أخذ "السمك المضغوط" في الاعتبار بدلاً من "السمك الاسمي".
• الخطأ 6: خلط الوحدات.
  • التصحيح: التزم إما بالوحدات المترية (مم/ميكرومتر) أو الإمبراطورية (ميل/أوقية) في جميع أنحاء وثيقة التراص لتجنب أخطاء التحويل.

أسئلة متكررة حول تصميم تراص لوحات الدوائر المطبوعة (التكلفة، المهلة الزمنية، المواد، الاختبار، معايير القبول)

معالجة الأخطاء الشائعة غالبًا ما تؤدي إلى أسئلة محددة تتعلق باللوجستيات والتحقق.

1. كيف يؤثر تصميم تراص لوحات الدوائر المطبوعة على التكلفة النهائية للوحة؟ تزداد التكلفة مع عدد الطبقات، واستخدام المواد الغريبة (مثل PTFE)، وإدراج الفتحات العمياء/المدفونة. لوحة FR4 القياسية ذات 4 طبقات أرخص بكثير من لوحة HDI ذات 8 طبقات.

2. ما هو تأثير التراص المخصص على المهلة الزمنية؟ إذا كنت تستخدم مواد قياسية (FR4، أوزان نحاس قياسية)، فلن يكون هناك تأخير. ومع ذلك، فإن تحديد عوازل غير متوفرة في المخزون أو أوزان نحاس غريبة يمكن أن يضيف من أسبوع إلى 3 أسابيع إلى المهلة الزمنية لتوريد المواد.

3. GCPW مقابل Microstrip مقابل Stripline: متى تستخدم أي منها؟

• Microstrip (الشريط الدقيق): مسار الطبقة الخارجية. الأفضل لسهولة التوجيه ووضع المكونات.
• Stripline (الشريط الخطي): مسار الطبقة الداخلية محاطًا بين مستويات الأرضي. الأفضل لقمع التداخل الكهرومغناطيسي وإشارات السرعة العالية.
• GCPW (الموجة الدليلية المستوية الأرضية المشتركة): طبقة خارجية مع مستويات أرضي مجاورة. الأفضل لتطبيقات الترددات الراديوية التي تتطلب عزلًا عاليًا. 4. كيف أقوم بالتحقق من صحة التكديس قبل الطلب؟ قم بإجراء مراجعة لـ قائمة التحقق من تكديس المعاوقة المحكومة. أرسل التكديس المقترح إلى مصنع التصنيع خلال مرحلة التسعير لإجراء فحص DFM (التصميم للتصنيع).

5. هل يمكنني خلط المواد في تكديس هجين؟ نعم. هذا شائع في تصاميم الترددات الراديوية (RF) حيث تكون الطبقة العلوية مادة عالية التردد والطبقات الداخلية من FR4 لتوفير التكلفة. ومع ذلك، يجب أن تكون المواد ذات معامل تمدد حراري (CTE) متوافق لمنع تفكك الطبقات.

6. ما هي معايير القبول لسمك التكديس؟ تحدد IPC-6012 تفاوتًا قياسيًا في السماكة يبلغ ±10%. بالنسبة للوحات ذات المعاوقة المحكومة، يعتبر سمك العازل حرجًا وقد يتطلب ضوابط عملية أكثر صرامة.

7. لماذا يختلف "السمك المضغوط" عن "السمك الاسمي"؟ السمك الاسمي هو حجم المادة الخام. السمك المضغوط هو الحجم النهائي بعد دورة التصفيح، حيث يتدفق الراتنج إلى الفجوات بين مسارات النحاس. يجب أن تستخدم حسابات المعاوقة السمك المضغوط.

8. هل تؤثر خشونة النحاس على تصميم تكديس لوحات الدوائر المطبوعة؟ نعم، بالنسبة للإشارات عالية السرعة جدًا (10 جيجابت في الثانية+). يزيد النحاس الخشن من خسائر تأثير الجلد. قد تحتاج إلى تحديد رقائق نحاسية "VLP" (ملف تعريف منخفض جدًا) أو "HVLP" في ملاحظات التكديس.

موارد لتصميم تكديس لوحات الدوائر المطبوعة (صفحات وأدوات ذات صلة)

• حاسبة المعاوقة: استخدم أداتنا عبر الإنترنت لتقدير عروض المسارات.
• أوراق بيانات المواد: الوصول إلى مواصفات مواد Isola وRogers وPanasonic.
• إرشادات DFM: قم بتنزيل دليل التصميم الشامل الخاص بنا.
• نظام عروض الأسعار: قم بتحميل ملفات Gerber وتصميم الطبقات الخاصة بك للمراجعة الفورية.

مسرد تصميم طبقات لوحات الدوائر المطبوعة (المصطلحات الرئيسية)

للتواصل بفعالية مع المصنعين، يجب عليك إتقان المصطلحات المستخدمة في وثائق تصميم الطبقات.

المصطلح	التعريف
القلب	مادة أساسية صلبة مع نحاس معالج على كلا الجانبين. "هيكل" لوحة الدوائر المطبوعة.
بريبريج	نسيج من الألياف الزجاجية مشرب بالراتنج شبه المعالج. يربط القلوب ببعضها البعض.
رقاقة	صفائح رقيقة من النحاس تضاف إلى الطبقات الخارجية أو تبنى على البريبريج.
تصميم الطبقات	خريطة الطبقات والمواد والسماكات في لوحة الدوائر المطبوعة.
ثابت العزل الكهربائي (Dk)	مقياس لقدرة المادة على تخزين الطاقة الكهربائية في مجال كهربائي.
عامل التبديد (Df)	مقياس لكمية طاقة الإشارة المفقودة كحرارة في المادة.
شريط ميكروي	خط نقل على طبقة خارجية يشير إلى مستوى واحد أسفله.
شريط خطي	خط نقل على طبقة داخلية محصور بين مستويين مرجعيين.
وصلة عمياء	وصلة تربط طبقة خارجية بطبقة داخلية، ولا تمر عبر اللوحة بأكملها.
وصلة مدفونة	وصلة تربط الطبقات الداخلية فقط، غير مرئية من الخارج.
CTE	معامل التمدد الحراري. مدى تمدد المادة تحت الحرارة.
تراص متوازن	تراص يتم فيه عكس الطبقات من المركز لمنع الالتواء.

PCB

إن إتقان تصميم تراص لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) هو الفارق بين نموذج أولي يعمل من أول مرة وآخر يتطلب مراجعات مكلفة. من خلال التركيز على التناظر، وفهم خصائص المواد، والتحقق من المعاوقة مبكرًا، فإنك تضمن انتقالًا سلسًا من الهندسة إلى الإنتاج الضخم.

عندما تكون مستعدًا للمضي قدمًا، فإن APTPCB هنا للمساعدة. للحصول على أدق الأسعار والدعم الهندسي، يرجى تقديم ما يلي عند طلب عرض أسعار:

1. ملفات Gerber (RS-274X).
2. رسم تراص أو وصف نصي (عدد الطبقات، السماكة النهائية).
3. متطلبات المعاوقة (إن وجدت).
4. مواصفات المواد (Tg، علامات تجارية محددة إذا لزم الأمر).

التراص المخطط جيدًا هو الخطوة الأولى نحو نجاح المنتج.

Related links

• قدراتنا في لوحات الدوائر المطبوعة HDI
• مواد Rogers
• حاسبة المعاوقة
• طلب عرض أسعار