لمواكبة متطلبات صناعة الإلكترونيات المتزايدة من حيث القدرة الإنتاجية، وضبط التكلفة، والموثوقية، تطوّر تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) إلى عدة مسارات عملية مختلفة. تختلف كل طريقة من حيث توافق المواد، والاستثمار الأولي المطلوب، واقتصاديات الحجم، وكثافة التوصيلات التي يمكن تحقيقها.
تستعرض هذه المقالة ستّ طرق مستخدمة في تصنيع الـ PCB، حتى يتمكن القارئ من فهم خطوات العمل الأساسية، وأهم المزايا والقيود، وأين تُستخدم كل طريقة عادةً.
1. الختم / الكبس: مسار منخفض التكلفة للوحات أحادية الوجه عالية الكمية
يُستخدم الختم (Stamping / Punching) غالبًا في لوحات الدوائر المطبوعة أحادية الوجه منخفضة التكلفة، والتي نجدها بكثرة في بعض المنتجات الاستهلاكية.
آلية العمل (بصورة مبسّطة)
- أولاً يتم تكوين نمط الدوائر على اللوح.
- يُستخدم عادةً ركيزة منخفضة التكلفة مثل الإيبوكسي المقوّى بألياف ورقية.
- تُشكَّل الفتحات باستخدام قالب كبس بدلاً من حفر كل ثقب على حدة.
- يتم تشكيل محيط اللوحة باستخدام قالب ثانٍ يقوم بـ "قطع" اللوحة من لوح إنتاج أكبر.
الاستفادة من التجميع في لوح واحد ومرحلة الفصل
في الإنتاج الكمي الكبير، يقوم المصنعون عادةً بتجميع عدة لوحات في لوح إنتاج واحد لتقليل عمليات المناولة والمعالجة.
- يحتوي لوح الإنتاج القياسي غالبًا على عدة لوحات متطابقة.
- بعد الانتهاء من التجميع والاختبار، يتم فصل اللوحات عن اللوح في عملية مضبوطة تُسمى عادةً “Depaneling” (إزالة اللوحات من اللوح).
- تساعد هذه الطريقة في تقليل العمل اليدوي ووقت المناولة وزمن الدورة، مما يُسهم في خفض سعر القطعة الواحدة.
أفضل مجالات الاستخدام
- منتجات أحادية الوجه، حساسة للتكلفة، وفي كميات كبيرة.
- غير مناسبة للتصميمات ذات كثافة التوصيلات العالية، أو المواد المعقّدة، أو اللوحات متعددة الطبقات.
2. اللف من لفة لأخرى (Roll-to-Roll – R2R): أقل تكلفة لإنتاج الدوائر المرنة على نطاق واسع
يُعد التصنيع من لفة لأخرى (R2R) طريقة كلاسيكية لإنتاج كميات كبيرة من الدوائر المرنة (FPCs)، وغالبًا ما يُعتبر أحد أقل الحلول تكلفةً للدوائر المرنة عندما تكون الكميات كبيرة بما يكفي.
الخصائص الرئيسية
- تكلفة منخفضة لكل وحدة عند العمل بكميات كبيرة، لكنه يحتاج إلى أدوات وتجهيزات عملية كبيرة، لذا فهو مناسب أكثر للبرامج الإنتاجية عالية الكمية جدًا.
- يمكن أن تكون الدوائر المرنة المنتَجة بهذه الطريقة أحادية الوجه أو ثنائية الوجه.
التطبيقات النموذجية
من الأمثلة الشائعة المرتبطة بإنتاج الدوائر المرنة بطريقة R2R:
- دوائر الربط الخاصة برؤوس الطباعة (Printhead Interconnects)
- توصيلات رؤوس محركات الأقراص (Disk Drive Head Interconnects)
- الدوائر الداخلية في الكاميرات وكاميرات الفيديو (Camcorders)
تسلسل العملية (مشابه للطباعة المستمرة)
تشبه عملية R2R طباعة الصحف: حيث تتحرك لفة طويلة من ركيزة مغطاة بالنحاس عبر خط إنتاج مستمر يضم عادةً:
- طباعة نمط الموصلات
- النقش الكيميائي (Etching)
- تشكيل الفتحات
- الاختبار
- القص / الفصل من اللفة إلى صفائح أو شرائح
بالإضافة إلى ذلك، يتضمن الخط عادةً تصفيح طبقة غطاء (Coverlay) فوق طبقة العزل والموصلات من أجل:
- العزل الكهربائي
- حماية السطح
- تحسين المتانة الميكانيكية
3. التصفيح (Lamination): الأساس في اللوحات متعددة الطبقات (أكثر من طبقتين)
عندما تحتاج لوحة الدوائر المطبوعة إلى أكثر من طبقتين، يصبح التصفيح خطوة أساسية. فهو يربط عدة طبقات ذات أنماط دوائر مختلفة في لوحة واحدة متكاملة.
التسلسل القياسي للعمل (بصورة مبسّطة)
أ) تصنيع الطبقات الداخلية (“الأنوية” – Cores)
- تُنقش أنماط الموصلات الخاصة بالطبقات الداخلية على صفائح المادة العازلة.
- تُسمى هذه الصفائح المنقوشة “الأنوية – Cores”.
ب) تكديس الطبقات باستخدام الـ Prepreg ورقائق النحاس
- تُفصل الأنوية عن بعضها باستخدام طبقات Prepreg (ألياف زجاجية مشبعة براتنج).
- تُرتب الطبقات وفق تصميم الـ Stack-up / Layup المطلوب.
- توضع رقائق النحاس على الجانبين الخارجيين لتشكيل الطبقات الخارجية.
ج) الحرارة والضغط لتدفق الراتنج وتصلّبه
- يُضغط التكديس في مكبس تصفيح.
- تؤدي الحرارة إلى تليين وتدفق راتنج الـ Prepreg، مما يملأ الفراغات حول أنماط النحاس ويربط الطبقات معًا.
- بعد التبريد، يتصلّب الراتنج مكونًا لوحًا متعدد الطبقات صلبًا جاهزًا للمعالجة التالية.
د) الخطوات اللاحقة
بعد التصفيح، ينتقل اللوح عادةً إلى عمليات الحفر (Drilling) والطلاء (Plating) لتكوين الثقوب الموصلة والتوصيلات بين الطبقات.
ملاحظة خاصة عن بعض المواد (مثل البولي إميد)
بعض المواد مثل البولي إميد (PI) قد لا تستخدم دائمًا نظام الـ Prepreg التقليدي للربط. في هذه الحالات قد يلجأ المصنع إلى استعمال مواد لاصقة خاصة داخل عملية التصفيح لضمان قوة التصاق وموثوقية عالية بين الطبقات.
4. الطريقة الطارحة (Subtractive Process): الأسلوب المهيمن لتكوين أنماط النحاس
تُعد الطريقة الطارحة الأسلوب الكلاسيكي والأكثر انتشارًا لتشكيل مسارات النحاس في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة.
الفكرة الأساسية
- نبدأ بركيزة مغطاة بالكامل بطبقة من النحاس.
- يُطبَّق طبقة مقاومة (Resist) لحماية النحاس الذي نريد الاحتفاظ به.
- يُمرَّر اللوح في عملية نقش كيميائي لإزالة النحاس غير المحمي.
- النتيجة: يتم “طرح” النحاس غير المرغوب فيه، ويُترك نمط الموصلات المطلوب.
لماذا هي الطريقة الأكثر شيوعًا؟
- عملية ناضجة ومفهومة جيدًا.
- توفر معدات وسلاسل توريد واسعة على مستوى الصناعة.
- مناسبة لمجموعة واسعة من تصميمات الـ PCB التقليدية ومتطلبات الإنتاج.
5. الطريقة الإضافية (Additive Process): “بناء” النحاس حيث تحتاجه فقط
تعمل الطريقة الإضافية في الاتجاه المعاكس تقريبًا للطريقة الطارحة. فبدلاً من البدء بطبقة نحاس سميكة في كل مكان، تهدف هذه الطريقة إلى ترسيب النحاس فقط في المناطق المطلوبة، ثم زيادته إلى السُمك النهائي.
الأسلوب العام
المسار النموذجي للطريقة الإضافية يتضمن:
- تجهيز المناطق المستهدفة للترسيب (غالبًا عبر خطوات التنشيط الكيميائي / التحسيس – Sensitization)
- ترسيب طبقة رقيقة من النحاس الكيميائي (Electroless Copper) لتكوين مسار موصل أولي
- استخدام الطلاء الكهربائي (Electroplating) لزيادة سماكة النحاس في هذه المناطق حتى الوصول إلى السُمك المطلوب للمسارات
الأهمية
تُعتبر الأساليب الإضافية في كثير من الأحيان وسيلة لـ تقليل هدر المواد وخفض استهلاك بعض المواد الكيميائية مقارنةً بإزالة كميات كبيرة من النحاس بالنقش. لكن التطبيق العملي يعتمد على نوع المنتج وقدرات العملية لدى المصنع.
6. التوصيل بالسلك المتعدد (Discrete Wiring / Multiwire): أسلوب خاص لإنشاء طبقات التوصيل
يُعد التوصيل بالسلك المتعدد (Multiwire) طريقة أقل شيوعًا لتكوين طبقات التوصيل في اللوحات.
الفكرة الأساسية
- تُدمج أو تُضغط أسلاك معدنية دائرية داخل مادة عزل لينة لتكوين طبقة التوصيل.
- تُطبَّق هذه الطبقة العازلة فوق نواة ذات مستوى تغذية أو قدرة (Power-Plane Core)، وبذلك يتم بناء هيكل التوصيلات حول طبقة القدرة الأساسية.
انتشارها في الصناعة
يستخدم عدد محدود فقط من المصنِّعين تقنية Multiwire اليوم. وبالمقارنة مع طرق تصنيع اللوحات متعددة الطبقات السائدة، فإن مزاياها عادةً ما تكون مقتصرة على تطبيقات خاصة وقيود تصميم محددة.
نظرة سريعة على هذه الطرق
- الختم / الكبس (Stamping / Punching): الأفضل للوحات أحادية الوجه منخفضة التكلفة في الكميات الكبيرة، مع تشكيل ميكانيكي سريع للفتحات ومحيط اللوحة.
- اللف من لفة لأخرى (Roll-to-Roll): خيار ممتاز لإنتاج الدوائر المرنة بكميات ضخمة، مع كفاءة عالية في التكلفة عند الأحجام الكبيرة جدًا.
- التصفيح (Lamination): العمود الفقري لتصنيع اللوحات متعددة الطبقات، حيث يجمع بين الأنوية وطبقات الـ Prepreg ورقائق النحاس تحت تأثير الحرارة والضغط.
- الطريقة الطارحة (Subtractive): الطريقة الأكثر شيوعًا لتكوين أنماط النحاس – احمِ ما تريد إبقاءه، وازِل الباقي بالنقش.
- الطريقة الإضافية (Additive): ترسيب وبناء النحاس فقط حيث تحتاجه – يمكن أن تقلل الهدر تبعًا لتصميم اللوحة وطريقة التطبيق.
- التوصيل بالسلك المتعدد (Multiwire): أسلوب خاص وأقل انتشارًا لإنشاء طبقات التوصيل باستخدام أسلاك مدمجة داخل العازل.
الخلاصة
اختيار طريقة تصنيع الـ PCB المناسبة يعتمد بالدرجة الأولى على نوع اللوحة (صلبة، مرنة، متعددة الطبقات)، حجم الإنتاج، ومتطلبات كثافة التوصيلات. مواءمة هذه العوامل مبكرًا مع قدرات المورّد أو المصنع تساعدك على تقليل المخاطر، وضبط التكلفة، ورفع نسبة العائد وجودة المنتج.
للمزيد من التفاصيل، يمكنك الاطلاع على مقالاتنا الأخرى حول تصميم التكديس الطبقي للـ PCB (Stack-up)، وأنواع الفيا والطلاء، والفروق بين اللوحات المرنة والصلبة–المرنة (Rigid-Flex).
