شرح موصلات اللوحات المطبوعة (PCB): الأنواع، الفرق بين موصل الحافة وموصل لوحة-إلى-لوحة، وكيف تختار الأنسب

عند تفحّص داخل أي جهاز إلكتروني—سواء كانت لوحة أمّ في حاسوب، أو متحكّمًا لإضاءة LED، أو حساسًا صناعيًا—ستجد عنصرًا مشتركًا دائمًا: الموصّلات.
فهي التي تربط اللوحات الإلكترونية ببعضها، وتنقل القدرة الكهربائية والإشارات، وتجعل الأجهزة وحدوية وسهلة التجميع.
يركّز هذا الدليل على موصّلات الـPCB: ما هي، وأنواعها الأساسية (لوحة إلى لوحة BTB، سلك إلى لوحة WTB، ومدخل/مخرج I/O)، ودور موصل الحافة (Card-Edge)، وكيف تحدّد الخيار الصحيح لتصميمك.

ما هو موصل الـPCB؟

موصل الـPCB هو واجهة كهروميكانيكية تُثبَّت على لوحة الدارة المطبوعة وتسمح بربط دائرتين من دون لحام دائم.
ينقل القدرة أو البيانات—وأحيانًا كلاهما—بين اللوحات أو الكوابل أو الأجهزة الخارجية.

بدلًا من لحام الأسلاك مباشرة على اللوحة، توفّر الموصّلات واجهة توصيل وفصل (Plug-and-Play): يمكنك إدخال الوحدات وإخراجها أو استبدالها بسرعة.
هذا يُقلّل زمن التجميع، ويبسّط الاختبار، ويجعل الصيانة أو الترقية لاحقًا أكثر سهولة.

ثلاثة أنماط اتصال رئيسية

1) لوحة إلى لوحة (BTB – Board-to-Board)

تربط هذه الموصّلات لوحتين إلكترونيتين مباشرة داخل الجهاز نفسه.
تجدها في الهواتف الذكية والموجّهات ووحدات السيارات والمتحكّمات الصناعية.

أشكالها الشائعة:

• متوازٍ/متراكب (Mezzanine/Stacking): لوحتان متقابلتان فوق بعضهما عموديًا.
• زاوية قائمة (Orthogonal/Right-Angle): لوحة عمودية على أخرى لتكوين شكل حرف L.
• متساويتان في المستوى (Coplanar/End-to-End): لوحتان على خط واحد، شائع في الـBackplane الطويلة.

عند السرعات العالية راقب ارتفاع التكديس، دقّة المحاذاة، وتكامل الإشارة.

2) سلك إلى لوحة (WTB – Wire-to-Board)

تربط موصّلات WTB الكابلات بلوحة الدارة.
توجد في مراوح التبريد، الحساسات، المحرّكات، حِزَم البطاريات، ولوحات التحكّم.

يتكوّن التجميع عادة من طرف مضغوط أو ملحوم على السلك، وغلاف (Housing)، ورأسٍ (Header) مُلحَم على اللوحة.
تتحمّل الحركة والاهتزاز وتسمح بالتوصيل الميداني السريع.
عند الاختيار انتبه إلى تيار التحميل المسموح، ووجود قفل/تعشيق، واتجاه التركيب (رأسي أو زاوية قائمة).

3) موصّلات المدخل/المخرج (I/O)

هي التي تربط اللوحة بالعالم الخارجي أو بالشبكات.
من أمثلتها: USB، HDMI، RJ45 (إيثرنت)، الموصلات المحورية، مقابس الصوت، المنافذ الضوئية.
توفّر واجهة كهربائية وميكانيكية للاتصال أو الشحن.

أشهر أنواع موصّلات الـPCB

توجد مئات العائلات من الموصّلات؛ فيما يلي أكثرها شيوعًا وما يميّز كلّ نوع.

موصل الحافة (Card-Edge / Gold Finger)

يستخدم هذا النوع حافة اللوحة المطبوعة نفسها كطرف ذكر مطليًّا بالذهب، ويدخل في قابس/فتحة على اللوحة المقابلة—كما في بطاقات PCIe أو M.2.

لماذا هو شائع؟

• كثافة أرجل عالية وتكلفة منخفضة لعدم الحاجة إلى موصل ذكري منفصل.
• سهولة التجميع والاستبدال.
• مناسب للناقلات الرقمية عالية السرعة.

أمثلة استعمال: بطاقات التوسعة في الحواسيب، خوادم، شرائط LED، أنظمة الـBackplane.

نصائح تصميم: طابق سُمك اللوحة وزاوية الشطف مع القابس، استخدم طِلاء ذهب مناسب للّمس، وضع شقّ توجيه لمنع الانقلاب عند الإدخال.

موصّلات التكديس/الميزانين (BTB – Mezzanine/Stacking)

مثالية لتجميع عدّة لوحات في حيز عمودي صغير—بين لوحة معالجة وأخرى للواجهات مثلًا.
تدعم أزواجًا تفاضلية وتتحمّل سرعات غيغابت.
احرص على اختيار ارتفاع التكديس المناسب، ووجود مسامير محاذاة، وتوفير تدريع أرضي لقنوات السرعة العالية.

رؤوس ودواخل (Headers & Sockets)

أكثر الأنواع شيوعًا في النمذجة السريعة والإلكترونيات منخفضة السرعة.
تتكوّن من صفوف دبابيس (ذكور) ومقابس مطابقة (إناث).

خطوة (Pitch) شائعة: 2.54 مم، 1.27 مم، 1.0 مم.
رخيصة وبسيطة وموثوقة، ويمكن لحامها رأسيًا أو بزاوية قائمة.
يمكن أيضًا تكوين تكديس دائم بلحام الدبوس على لوحتين معًا.

موصّلات FPC/FFC (للأشرطة المرنة)

مصمّمة لربط كابلات مرنة رفيعة—في الحواسيب المحمولة والشاشات والكاميرات.
تعتمد آلية ZIF (إدخال بلا مقاومة) أو LIF (مقاومة منخفضة) مع قفل علوي/سفلي.
انتبه لاتجاه الإدخال، نصف قطر الانحناء، وعدد دورات التوصيل/الفصل.

كتل端ية (Terminal Blocks) – براغٍ أو زنبركية

تُعرف في التطبيقات الصناعية والطاقة باسم موصّلات لوحة أيضًا.
تتيح توصيل الأسلاك مباشرة على اللوحة إمّا عبر براغٍ تقليدية متينة، أو مشابك زنبركية/رافعة أسرع في الإنتاج.
تتعامل مع تيّارات أعلى ومقاطع سلكية أكبر.
راقب خطوة الأرجل، جهد العزل المسموح، ونوع التركيب (ثقب نافذ THT أو سطحي SMT).

موصّلات دائرية (M12 وM8…)

مناسبة للبيئات القاسية أو الخارجية؛ غالبًا محكمة الإغلاق حتى IP65–IP68.
تُحدِّد الأكواد مثل A/D/X/L/T وظيفة الأرجل (قدرة، إيثرنت، حساسات…).
آلية القفل المسمارية أو الحزّية تقاوم الاهتزاز—مثالية للأتمتة والروبوتات.

موصّلات نابضية (Pogo / Spring-Loaded)

تستخدم دبابيس نابضية لتوفير تلامس مؤقّت ويتحمّل انحرافات محاذاة صغيرة.
شائعة في قواعد الشحن، أدوات الاختبار، والأجهزة المحمولة المعيارية.

راقب مسافة المشي (Travel)، قوة النابض، ونوع الطلاء (ذهب فوق نيكل لمقاومة التآكل).

طريقة اختيار من ثلاث خطوات

يتبع كثير من مهندسي العتاد المنهج التالي:

1) المتطلبات الكهربائية والوظيفية

ابدأ بـ الجهد والتيار ونوع الإشارة.

• موصل 4 أسنان للطاقة قد يحتاج إلى 5 أمبير/سِنّ.
• الأزواج التفاضلية السريعة قد تحتاج ممانعة مضبوطة.
  احسب عدد الأرجل المطلوبة وهل تحمل قدرة + بيانات معًا.

2) العوامل الميكانيكية والتجميع

• أسلوب التركيب: ثقب نافذ THT (متانة أعلى) أم سطحي SMT (حجم أصغر).
• الاتجاه والهيئة: رأسي، زاوية قائمة، ارتفاع التكديس.
• القفل والتفريد (Polarization): لمنع الانعكاس ومقاومة الاهتزاز.
• عدد دورات التوصيل/الفصل: كم مرة سيُفصل ويُوصل؟
  عند ضيق المساحة، فكّر في موصّلات Mezzanine منخفضة الارتفاع أو FFC.

3) الظروف البيئية والاعتمادية

• مجال درجات الحرارة.
• مقاومة الغبار والرطوبة والصدمات (تصنيف IP).
• قابلية الاشتعال أو شهادات UL عند الحاجة.
• العمر التشغيلي وفواصل الصيانة المتوقعة.

اختيار طلاء وتغليف مناسبين يضمن بقاء المنتج في بيئته الفعلية.

أساسيات البنية والمواد

1) الخطوة (Pitch) وارتفاع التكديس

تحدّد الخطوة كثافة الأرجل وقدرة التيار.
الخطوات الدقيقة 0.4–0.5 مم توفّر مساحة لكنها تتطلّب محاذاة دقيقة وتحكّمًا جيدًا بملف اللحام بإعادة الانصهار.
يؤثّر ارتفاع التكديس على طول المسار، الممانعة، وتدفّق الهواء داخل الجهاز.

2) طلاء نقاط التلامس

المعدن السطحي يتحكم في الأداء والتكلفة:

• ذهب: أفضل مقاومة للتآكل وأقل مقاومة تماس—مناسب لإشارات حسّاسة.
• قصدير: أوفر، ملائم لقدرات أعلى أو دورات توصيل قليلة.
• طبقة نيكل أسفل الطلاء شائعة للحماية من الاهتراء.

3) طرق الإنهاء (Termination)

• لحام THT: متانة ميكانيكية كبيرة.
• لحام SMT: مدمج، مناسب للتركيب بإعادة الانصهار.
• كريمب/IDC: لأضفار الأسلاك وحِزام الكوابل.
• ضغط (Press-fit): بلا لحام، يُستخدم كثيرًا في الـBackplane.
  لكل طريقة مزايا ومقايضات في سرعة التجميع والكلفة وقابلية الإصلاح.

أين يَصلح كل نوع؟

1. الحوسبة والاتصالات عالية السرعة:
   استخدم موصلات الحافة أو BTB عالية السرعة لتوفير ممانعة مضبوطة وتدريع لقنوات PCIe/‏SATA/‏Ethernet.
2. التحكّم الصناعي والقدرات العالية:
   اختر الكتل الطرفية، موصلات M12، أو WTB ذات قفل. تتحمّل تيارات أعلى واهتزازًا.
3. الإلكترونيات الاستهلاكية والنمذجة:
   استخدم الرؤوس والمقابس وموصلات FPC/FFC لتكلفة منخفضة وأبعاد مدمجة.
4. الاختبار والشحن:
   اعتمد دبابيس Pogo حيث يلزم التوصيل المتكرر أو التسامح الميكانيكي.

الأسئلة الشائعة (FAQ)

1) ما هو موصل الـPCB؟
مكوّن يوفّر واجهة توصيل/فصل كهربائية بين لوحة دارة مطبوعة ولوحة أخرى أو كابل أو جهاز خارجي.

2) كيف أربط لوحتين معًا؟
استخدم موصّلات BTB مثل التكديس العمودي، أو الزاوية القائمة، أو التوازي الأفقي.
في النماذج الأولية البسيطة يمكن لحام رؤوس الدبابيس لعمل جسر ثابت.
للأنظمة المعيارية استعمل موصلات الحافة أو الـBackplane.

3) ما الأنواع المختلفة لموصّلات اللوحات؟
العائلات الأساسية: BTB وWTB وI/O.
وهناك أنواع متخصّصة مثل موصلات الحافة، FPC/FFC، الكتل الطرفية، الموصّلات الدائرية، دبابيس Pogo.

4) ما استخدامات موصل الحافة؟
ربط البطاقات الفرعية وذواكر DIMM/SODIMM أو شرائط LED باللوحة الأم.
يُقدَّر لكثافة أرجلٍ عالية وتكلفة منخفضة.

5) كيف أختار موصلًا رباعي الأرجل (4-Pin)؟
تحقّق من التيار/الجهد لكل سِنّ، وآلية القفل، وخطوة الأرجل، وعدد دورات التوصيل.
للتغذية الكهربائية اختر خطوة أكبر وطلاء قصدير؛ وللإشارات الدقيقة يُفضَّل الذهب وخطوة أصغر.

الخلاصة

موصّلات الـPCB ليست مجرد قطع بلاستيك ومعدن؛ فهي تحدّد كيفية تجميع المنتج واختباره وصيانته.
عندما تفهم أنماط الاتصال الثلاثة—BTB وWTB وI/O—وأشيع الأنواع مثل موصل الحافة وFPC والكتلة الطرفية وPogo، ستتخذ قرارات تصميمية أذكى.
اختيار الموصل الصحيح يُبسّط التجميع، يرفع الموثوقية في الميدان، ويجعل منتجك جاهزًا للتحديث في المستقبل.