2025-08-15
تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) هي عملية دقيقة ومتعددة الخطوات تحول التصميم الرقمي إلى منصة مادية للمكونات الإلكترونية. من النماذج الأولية إلى الإنتاج الضخم، تتطلب كل خطوة - من اختيار المواد إلى الاختبار النهائي - دقة لضمان أداء لوحة الدوائر المطبوعة بشكل موثوق في التطبيق المقصود. سواء كان ذلك لمستشعر إنترنت الأشياء البسيط أو محطة قاعدة 5G معقدة، فإن فهم عملية التصنيع هو مفتاح لتحسين التصميم والتكلفة والأداء.
يوضح هذا الدليل الخطوات العشر الأساسية لتصنيع لوحات الدوائر المطبوعة، مع تسليط الضوء على التقنيات الرئيسية وعمليات فحص الجودة والاختلافات بين العمليات القياسية والمتقدمة. في النهاية، سيكون لديك خريطة طريق واضحة لكيفية تحول تصميمك إلى لوحة دائرة وظيفية.
النقاط الرئيسية
أ. يتضمن تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة 10 خطوات حاسمة، من قطع المواد إلى الاختبار النهائي، مع تأثير كل مرحلة على الأداء والتكلفة.
ب. تعمل العمليات المتقدمة (مثل الحفر بالليزر والفحص البصري الآلي) على تحسين الدقة ولكنها تضيف 10-30٪ إلى تكاليف الإنتاج مقارنة بالطرق القياسية.
ج. يؤثر اختيار المواد (FR4 مقابل Rogers) وعدد الطبقات (2 مقابل 16 طبقة) بشكل كبير على تعقيد التصنيع والمهلة الزمنية.
د. تقلل فحوصات الجودة في كل خطوة من معدلات العيوب من 10٪ (بدون عمليات تفتيش) إلى<1٪ (اختبار شامل)، مما يقلل من تكاليف إعادة العمل بنسبة 70٪.
نظرة عامة على تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة: من التصميم إلى الإنتاج
تحول عملية تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة ملف CAD (التصميم بمساعدة الكمبيوتر) إلى لوحة مادية من خلال سلسلة من العمليات الفرعية والإضافية. يختلف سير العمل حسب عدد الطبقات والمواد والتطبيق ولكنه يتبع تسلسلاً أساسياً متسقاً. فيما يلي نظرة عامة عالية المستوى قبل الغوص في التفاصيل:
1. مراجعة التصميم وإعداد ملف CAM
2. قطع المواد
3. التصوير الداخلي للطبقة
4. النقش الداخلي للطبقة
5. تصفيح الطبقة
6. الحفر
7. الطلاء
8. التصوير الخارجي للطبقة والنقش
9. تطبيق التشطيب السطحي
1. الاختبار النهائي والفحص
الخطوة 1: مراجعة التصميم وإعداد ملف CAM
قبل بدء التصنيع، يجب التحقق من صحة التصميم وتحويله إلى ملفات جاهزة للتصنيع.
أ. فحص التصميم للتصنيع (DFM): يقوم المهندسون بمراجعة تصميم CAD للتأكد من أنه يلبي قيود التصنيع (مثل الحد الأدنى لعرض المسار 0.1 مم، وحجم الثقب ≥0.2 مم). يتم وضع علامة على مشكلات مثل التباعد الضيق أو الميزات غير المدعومة لتجنب تأخيرات الإنتاج.
ب. تحويل ملف CAM: يتم تحويل التصميم إلى ملفات CAM (التصنيع بمساعدة الكمبيوتر)، والتي تتضمن بيانات الطبقة وإحداثيات الحفر ومواصفات المواد. البرامج مثل Gerber و ODB ++ هي تنسيقات قياسية.
ج. التقسيم إلى ألواح: يتم تجميع لوحات الدوائر المطبوعة الصغيرة في ألواح أكبر (مثل 18 بوصة × 24 بوصة) لزيادة استخدام المواد وتبسيط الإنتاج. يقلل التقسيم إلى ألواح التكاليف بنسبة 20-30٪ للتشغيلات ذات الحجم الكبير.
المقياس الرئيسي: يقلل فحص DFM الشامل من إعادة العمل بعد التصنيع بنسبة 40٪.
الخطوة 2: قطع المواد
يتم قطع الركيزة الأساسية (عادةً FR4، وهي إيبوكسي مقوى بالزجاج) إلى حجم اللوحة المطلوب.
أ. اختيار الركيزة: يستخدم FR4 لـ 90٪ من لوحات الدوائر المطبوعة بسبب التكلفة والتنوع. تستخدم اللوحات عالية الأداء Rogers (للترددات العالية) أو ذات النواة المعدنية (للإدارة الحرارية).
ب. عملية القطع: تقوم المقصات الآلية أو قواطع الليزر بقص الركيزة إلى أبعاد اللوحة (مثل 12 بوصة × 18 بوصة) مع تفاوت ± 0.1 مم. القطع بالليزر أكثر دقة (± 0.05 مم) ولكنه أبطأ بنسبة 20٪ من القص الميكانيكي.
ج. إزالة الحواف: يتم تنعيم الحواف لإزالة النتوءات، مما يمنع تلف المعدات في الخطوات اللاحقة.
|
نوع الركيزة
|
طريقة القطع
|
التسامح
|
الأفضل لـ
|
|
FR4
|
قص ميكانيكي
|
± 0.1 مم
|
لوحات الدوائر المطبوعة القياسية (الإلكترونيات الاستهلاكية)
|
|
Rogers RO4350
|
قاطع ليزر
|
± 0.05 مم
|
لوحات الدوائر المطبوعة عالية التردد (5G، الرادار)
|
|
نواة الألومنيوم (MCPCB)
|
القطع بنفث الماء
|
± 0.15 مم
|
مشتتات حرارة LED، إلكترونيات الطاقة
|
الخطوة 3: التصوير الداخلي للطبقة
بالنسبة للوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات، يتم عمل أنماط للطبقات الداخلية باستخدام التصوير الضوئي.
أ. التنظيف: يتم تنظيف الألواح كيميائياً لإزالة الزيت والغبار والأكسدة، مما يضمن الالتصاق المناسب للمقاومة الضوئية.
ب. تطبيق المقاومة الضوئية: يتم تطبيق بوليمر حساس للضوء (مقاومة ضوئية) عن طريق طلاء الأسطوانة (السماكة: 10-20 ميكرومتر). تستخدم المقاومة الضوئية السائلة للميزات الدقيقة (<0.1 مم آثار)؛ فيلم جاف للتصاميم الأكبر.
ج. التعرض: تتعرض اللوحة للأشعة فوق البنفسجية من خلال قناع ضوئي (استنسل لتصميم الدائرة). تتصلب المقاومة الضوئية (الربط المتبادل) في المناطق المعرضة، مما يحمي النحاس الموجود أسفلها.
د. التطوير: يتم غسل المقاومة الضوئية غير المتصلبة بمحلول كيميائي (مثل كربونات الصوديوم)، مما يترك نمط المسار المطلوب محميًا.
التكنولوجيا المتقدمة: يحل التصوير المباشر بالليزر (LDI) محل الأقنعة الضوئية بالمسح بالليزر، مما يتيح عرض مسارات صغيرة تصل إلى 0.025 مم للوحات الدوائر المطبوعة HDI (الوصلات البينية عالية الكثافة).
الخطوة 4: النقش الداخلي للطبقة
يزيل النقش النحاس غير المرغوب فيه، تاركًا فقط الآثار المنقوشة.
أ. أنواع المحفور:
كلوريد الحديديك: بأسعار معقولة ولكنه أبطأ؛ يستخدم للإنتاج منخفض الحجم.
بيرسلفات الأمونيوم: أسرع وأكثر دقة؛ مثالي للتصاميم عالية الحجم وذات الملعب الدقيق.
ب. العملية: يتم غمر اللوحة في المحفور أو رشها به، مما يؤدي إلى إذابة النحاس غير المحمي. تتم معايرة وقت النقش (2-5 دقائق) لتجنب الإفراط في النقش (تضييق الآثار) أو النقش الناقص (النحاس المتبقي).
ج. تجريد المقاومة: تتم إزالة المقاومة الضوئية المتبقية باستخدام المذيب أو المحلول القلوي، مما يكشف عن آثار النحاس.
فحص الجودة: يقوم AOI (الفحص البصري الآلي) بمسح بحثًا عن عيوب مثل الآثار المفقودة أو الدوائر القصيرة أو النقش الناقص، مما يؤدي إلى التقاط 95٪ من الأخطاء قبل التصفيح.
الخطوة 5: تصفيح الطبقة
يتم ربط لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات معًا باستخدام الحرارة والضغط.
أ. إعداد Prepreg: يتم قطع صفائح prepreg (الألياف الزجاجية المشربة بالإيبوكسي غير المعالج) حسب الحجم. يعمل Prepreg كمادة لاصقة وعازل بين الطبقات.
ب. التراص: تتم محاذاة الطبقات الداخلية و prepreg ورقائق النحاس الخارجية باستخدام دبابيس الأدوات (التسامح: ± 0.05 مم). بالنسبة للوحات الدوائر المطبوعة ذات 16 طبقة، تتطلب هذه الخطوة محاذاة دقيقة لتجنب سوء تسجيل الطبقة.
ج. الضغط: يتم تسخين المكدس (170-180 درجة مئوية) والضغط عليه (300-500 رطل لكل بوصة مربعة) لمدة 60-90 دقيقة، مما يؤدي إلى معالجة prepreg وربط الطبقات في لوحة واحدة.
التحدي: تتسبب فقاعات الهواء بين الطبقات في الانفصال. يقلل الضغط بالفراغ (يزيل الهواء قبل المعالجة) من هذا الخطر بنسبة 90٪.
الخطوة 6: الحفر
يتم حفر الثقوب لتوصيل الطبقات (الفتحات) وتركيب المكونات (الثقوب).
أ. أنواع المثاقب:
المثاقب الميكانيكية: للثقوب ≥0.2 مم؛ سريع ولكنه أقل دقة.
المثاقب بالليزر: للفتحات الدقيقة (0.05-0.2 مم)؛ تستخدم في لوحات الدوائر المطبوعة HDI.
ب. العملية: تتبع آلات الحفر CNC إحداثيات ملف CAM، وحفر ما يصل إلى 10000 ثقب في الساعة. يزيل الحفر المنقاري (التراجع المتقطع) الحطام، مما يمنع انسداد الثقوب.
ج. إزالة الحواف: يتم تنظيف الثقوب لإزالة نتوءات النحاس، مما يضمن طلاءًا موثوقًا به.
|
حجم الثقب
|
نوع الحفر
|
الدقة
|
التطبيق
|
|
≥0.2 مم
|
ميكانيكي
|
± 0.02 مم
|
مكونات الثقوب، الفتحات القياسية
|
|
0.05-0.2 مم
|
ليزر
|
± 0.005 مم
|
الفتحات الدقيقة في لوحات الدوائر المطبوعة HDI (الهواتف الذكية، الأجهزة القابلة للارتداء)
|
الخطوة 7: الطلاء
يتم طلاء الثقوب والطبقات الخارجية بالنحاس لإنشاء وصلات كهربائية بين الطبقات.
أ. إزالة التلطيخ: تزيل المواد الكيميائية (مثل برمنجنات) لطخات الإيبوكسي من الثقوب المحفورة، مما يضمن التصاق النحاس.
ب. الطلاء بالنحاس بدون كهرباء: يتم ترسيب طبقة رقيقة (0.5-1 ميكرومتر) من النحاس على جدران الثقوب والأسطح الخارجية بدون كهرباء، مما يؤدي إلى إنشاء قاعدة موصلة.
ج. الطلاء الكهربائي: يتم غمر اللوحة في حمام كبريتات النحاس، ويتم تطبيق التيار لتكثيف النحاس (15-30 ميكرومتر) على الآثار وجدران الثقوب. تضمن هذه الخطوة مقاومة منخفضة (≤10mΩ) في الفتحات.
الخيار المتقدم: يضيف ملء الفتحات (الطلاء الكهربائي لملء الثقوب تمامًا) قوة ميكانيكية، وهو مثالي للتطبيقات عالية الاهتزاز (السيارات والفضاء).
الخطوة 8: التصوير الخارجي للطبقة والنقش
يتم عمل أنماط للطبقات الخارجية بشكل مشابه للطبقات الداخلية ولكن مع خطوات إضافية لقناع اللحام وطباعة الشاشة الحريرية.
أ. التصوير: يتم تطبيق المقاومة الضوئية وتعريضها وتطويرها لتحديد الآثار الخارجية.
ب. النقش: تتم إزالة النحاس غير المحمي، تاركًا الآثار والوسادات الخارجية.
ج. تطبيق قناع اللحام: يتم تطبيق بوليمر أخضر (الأكثر شيوعًا) أو ملون لتغطية الآثار، وترك الوسادات مكشوفة للحام. يمنع قناع اللحام الدوائر القصيرة ويحمي من الأكسدة.
د. طباعة الشاشة الحريرية: تتم طباعة الحبر على قناع اللحام لتسمية المكونات (مثل "R1،" "+5V")، مما يساعد في التجميع واستكشاف الأخطاء وإصلاحها.
الاتجاه: تزداد شعبية أقنعة اللحام الشفافة والشاشة الحريرية البيضاء في لوحات الدوائر المطبوعة LED، مما يحسن انتشار الضوء.
الخطوة 9: تطبيق التشطيب السطحي
تحمي التشطيبات السطحية وسادات النحاس المكشوفة من الأكسدة وتضمن لحامًا موثوقًا به.
|
التشطيب السطحي
|
السماكة
|
قابلية اللحام
|
التكلفة (نسبية)
|
الأفضل لـ
|
|
HASL (تسوية اللحام بالهواء الساخن)
|
5-20 ميكرومتر
|
جيد
|
1x
|
منخفض التكلفة، لوحات الدوائر المطبوعة ذات الثقوب
|
|
ENIG (النيكل الكهربائي بدون كهرباء الذهب الغمر)
|
2-5 ميكرومتر ني + 0.05-0.1 ميكرومتر أيو
|
ممتاز
|
3x
|
موثوقية عالية (طبية، فضاء)
|
|
OSP (مادة حافظة قابلة للحام العضوية)
|
0.1-0.3 ميكرومتر
|
جيد
|
1.5x
|
خالٍ من الرصاص، عالي الحجم (الهواتف الذكية)
|
|
الفضة الغمر
|
0.5-1 ميكرومتر
|
جيد جدا
|
2x
|
لوحات الدوائر المطبوعة عالية التردد (5G)
|
الخطوة 10: الاختبار النهائي والفحص
تخضع اللوحة النهائية لاختبارات صارمة لضمان الجودة.
أ. الاختبار الكهربائي: يتحقق جهاز اختبار المسبار الطائر من وجود الدوائر القصيرة والفتحات والمقاومة في جميع الشبكات، والتحقق من الاتصال.
ب. AOI: تقوم الكاميرات عالية الدقة بفحص العيوب (مثل قناع اللحام غير المصطف، والشاشة الحريرية المفقودة).
ج. فحص الأشعة السينية: تستخدم لـ BGA ولوحات الدوائر المطبوعة HDI للتحقق من وصلات اللحام المخفية وجودة الفتحات.
د. اختبار المعاوقة: بالنسبة للوحات الدوائر المطبوعة عالية السرعة، يتحقق TDR (مقياس انعكاس المجال الزمني) من المعاوقة المتحكم فيها (مثل 50Ω، 100Ω) لضمان سلامة الإشارة.
هـ. إزالة الألواح: يتم قطع اللوحة إلى لوحات دوائر مطبوعة فردية باستخدام التوجيه أو التسجيل أو القطع بالليزر، اعتمادًا على التصميم.
التصنيع القياسي مقابل التصنيع المتقدم: الاختلافات الرئيسية
|
الجانب
|
لوحة الدوائر المطبوعة القياسية (2-4 طبقات)
|
لوحة الدوائر المطبوعة المتقدمة (8-16 طبقة، HDI)
|
|
المهلة الزمنية
|
5-7 أيام
|
10-14 يومًا
|
|
التكلفة (1000 وحدة)
|
(5-)15/وحدة
|
(20-)50/وحدة
|
|
الحد الأدنى من المسار/التباعد
|
0.1 مم/0.1 مم
|
0.025 مم/0.025 مم
|
|
حجم الثقب
|
≥0.2 مم
|
0.05 مم (فتحات دقيقة)
|
|
طرق الفحص
|
اختبار بصري + كهربائي
|
AOI + الأشعة السينية + اختبار المعاوقة
|
|
التطبيقات
|
الإلكترونيات الاستهلاكية، إنترنت الأشياء
|
5G، خوادم الذكاء الاصطناعي، الفضاء
|
الأسئلة الشائعة
س: كم من الوقت يستغرق تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة؟
ج: 5-7 أيام للوحات الدوائر المطبوعة القياسية ذات الطبقتين؛ 10-14 يومًا للوحات HDI ذات 16 طبقة. تقلل خدمات التعجيل من المهلة الزمنية بنسبة 30٪ ولكنها تضيف 50٪ إلى التكلفة.
س: ما الذي يسبب عيوب تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة؟
ج: تشمل المشكلات الشائعة سوء تسجيل الطبقة (التصفيح الضعيف) والنقش الناقص/الزائد وسوء محاذاة المثقاب. تعمل ضوابط العملية الصارمة على تقليل العيوب إلى<1٪.
س: هل يمكنني تغيير تصميمي بعد بدء التصنيع؟
ج: التغييرات بعد تصفيح الطبقة مكلفة (50-100٪ من التكلفة الأصلية). من الأفضل إنهاء التصميمات خلال مرحلة DFM.
س: كم تبلغ تكلفة تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة؟
ج: (5-)15 للوحات الدوائر المطبوعة القياسية ذات الطبقتين (1000 وحدة)؛ (20-)50 للوحات HDI المتقدمة ذات 16 طبقة. المادة (مثل Rogers مقابل FR4) والحجم يدفعان السعر.
س: ما هو الحد الأقصى لعدد الطبقات للوحات الدوائر المطبوعة؟
ج: تصل لوحات الدوائر المطبوعة التجارية إلى 40+ طبقة (مثل الحواسيب الفائقة)، لكن معظم التطبيقات تستخدم 2-16 طبقة.
الخلاصة
تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة هي عملية تعتمد على الدقة والتي توازن بين تعقيد التصميم وعلوم المواد وتكنولوجيا التصنيع. من مراجعة التصميم إلى الاختبار النهائي، تلعب كل خطوة دورًا حاسمًا في ضمان تلبية اللوحة للمتطلبات الكهربائية والميكانيكية والمتانة.
يساعد فهم هذه الخطوات المهندسين على تحسين التصميمات من حيث التكلفة والأداء - سواء كان ذلك باختيار ENIG على HASL لجهاز طبي أو تحديد الحفر بالليزر للوحة الدوائر المطبوعة HDI للهواتف الذكية. مع تطور الإلكترونيات، ستستمر عمليات التصنيع في التقدم، مما يتيح لوحات دوائر مطبوعة أصغر وأسرع وأكثر موثوقية لتقنيات الغد.
من خلال الشراكة مع جهة تصنيع تعطي الأولوية لفحوصات الجودة وتستخدم معدات متطورة، يمكنك التأكد من أن لوحات الدوائر المطبوعة الخاصة بك تلبي متطلبات حتى أكثر التطبيقات تحديًا.
أرسل استفسارك مباشرة إلينا
