المقدمة
تُعدّ الرقائق (Laminates) الأساس البنيوي والكهربائي للدوائر المطبوعة (PCBs). لذا فإن التعرّف الدقيق على مادة الرقاقة أمرٌ حاسم لاختيار المواد والتصنيع والتفتيش والامتثال.
ورغم أن كثيرًا من المهندسين يركّزون على خصائص مثل Tg أو Dk أو CTE، فإن التأكد من مطابقة المادة فعلًا لمتطلبات IPC-4101 لا يقل أهمية. فهذا المعيار يحدد معلمات أساسية مثل سماحية السُمك، وزن النحاس، نوع الرقائق النحاسية، ومستويات الجودة البصرية—وكلها تؤثر في أداء اللوحة وموثوقيتها.
تستعرض هذه المقالة منهجًا عمليًا قائمًا على المعايير للتعرّف على الرقائق. ستتعرّف على:
- ما الذي يغطيه IPC-4101 وكيفية قراءة أوراق الـSlash (Slash Sheets)
- أهم معايير التفتيش للتحقق من مطابقة الرقائق
- قائمة تحقق للمشتريات وضبط الجودة
نظرة عامة على المعايير والمصطلحات
IPC-4101 هو المعيار الدولي الأساسي الذي يحدد متطلبات الأداء لمواد الرقائق ومواد ما قبل التشريب (prepreg) المستخدمة في ألواح الـPCB الصلبة. وهو يقدّم مواصفات للخصائص الميكانيكية والحرارية والكهربائية لضمان جودة مادية متسقة وموثوقة.
ما هو IPC-4101؟
يساعد IPC-4101 المصمّمين والمصنّعين على:
- اختيار مواد رقائق مناسبة لتطبيقات مختلفة.
- ضمان أن المواد تلبّي خطوطًا أساسية للجودة والأداء.
- دعم الامتثال للمتطلبات الحرارية والكهربائية والبيئية.
شرح أوراق الـSlash في IPC
الميزة الفريدة في IPC-4101 هي نظام أوراق Slash (مثل /21، /126، /129)، والتي تحدد أنواعًا دقيقة من المواد بناءً على:
- نظام الراتنج ومحتوى الحشوات
- نوع نسيج الزجاج الداعم
مثال:
تشير IPC-4101/21 إلى رقاقة إيبوكسي من نوع FR-4 ذات Tg متوسطة.
استخدام أوراق الـSlash يضمن تعريفًا دقيقًا للمادة ويتجنب اللبس الذي قد ينشأ من مصطلحات عامة مثل “FR-4”.
مصطلحات أساسية يجب معرفتها
- Tg (درجة انتقال الزجاج): مؤشر على الاستقرار الحراري أثناء اللحام.
- Td (درجة التحلل): الحد الحراري قبل بدء انهيار المادة.
- CTE (معامل التمدد الحراري): يؤثر في الاستقرار الأبعادي مع تغيّر الحرارة.
- Dk (ثابت العزل) و Df (عامل الفقد): حاسمان لسلامة الإشارة في السرعات العالية ودوائر RF.
- وزن رقائق النحاس: عادة 1 أوقية/قدم² ≈ ~35 ميكرون؛ يؤثر في سعة التيار وتبديد الحرارة.
معايير أساسية للتعرّف على مادة الرقاقة (وفق IPC-4101)
سُمك المادة وسماحاته
يحدد IPC-4101 سماحيات قياسية للسُمك لفئات مختلفة (A وB وC وD). على سبيل المثال لمدى 0.120–0.164 مم:
- الفئة A: ±0.038 مم
- الفئة B: ±0.025 مم
- الفئة C: ±0.018 مم
ضبط السُمك بإحكام يضمن اتساق الممانعة وموثوقية التراص (stack-up).
وزن رقائق النحاس وسُمكها
يُحدَّد النحاس بالوزن (أوقية/قدم²)، مع 1 أوقية ≈ 34.3 ميكرون. يدرج IPC-4101 أوزانًا شائعة من 0.5 أوقية حتى 14 أوقية. القياس الدقيق مهم لسعة التيار والأداء الحراري.
نوع الرقائق النحاسية ومعالجة السطح
يصنّف IPC-4101 أنواع النحاس (A–Z) وفق طرق المعالجة، مثل:
- النوع A: نحاس مدحرج ومُلدَّن (Rolled, Annealed)
- النوع H: نحاس مترسّب كهربائيًا مع معالجة لهبية (Electrolytic, flame-treated)
- النوع Y/Z: ليونة عالية، مع معالجة مزدوجة لعناصر مدمجة
نوع الرقاقة يؤثر في الحفر، الالتصاق، والموثوقية في التطبيقات الدقيقة أو تقنيات HDI.
درجة الجودة البصرية
تُصنَّف جودة السطح (A–D) حسب عدد العيوب ضمن مساحة 50 × 50 مم:
- الدرجة A: ≤ 29 نقطة
- الدرجة D: 0 عيوب (تُستخدم في ألواح عالية الموثوقية)
يُستخدم عادةً تكبير 10× أثناء التفتيش.
سُمك العازل (قياس المقطع المجهري)
يُتحقق من الحد الأدنى لسُمك العازل عبر إعداد مقطع مجهري، خصوصًا لطبقات HDI أو الطبقات ذات الممانعة المضبوطة. يحدد IPC-4101 طرق القياس والحدود المقبولة.
تعريف ورقة الـSlash
كل مادة متوافقة مع IPC-4101 تُعرَّف برقم Slash محدد (مثل IPC-4101/21 أو IPC-4101/126). وتحدّد هذه الأوراق نظام الراتنج، محتوى الحشوات، Tg، Td، وغيرها من مؤشرات الأداء بدقة.
قائمة تحقق للتعرّف على الرقائق وفق IPC-4101
| البند | الإجراء المطلوب | المرجع | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| 1. تأكيد ورقة الـSlash | تأكيد رقم ورقة IPC-4101 Slash وأنه مذكور ويمكن تتبعه | مواصفة IPC-4101 | يجب أن يطابق فئة المادة المطلوبة (مثل /21، /126) |
| 2. قياس السُمك | قياس سُمك القلب/الـprepreg باستخدام ميكرومتر أو أداة بصرية | الجدول 3.6 (IPC-4101) | استخدم فئة السماحية الصحيحة: A/K أو B/L أو C/M أو D |
| 3. وزن النحاس | التحقق من سُمك النحاس بناءً على الوزن المساحي (مثل 1 أوقية ≈ 35 ميكرون) | الجدول 3.5 (IPC-4101) | تأكيد السُمك وتجانس الرقائق |
| 4. نوع الرقائق | تحديد فئة الرقائق (مُلدَّن، ED، Reverse-treated، إلخ) | الجدول 3.4 + IPC-4562 | النوع يؤثر في الحفر والمرونة والثبات الحراري |
| 5. الجودة البصرية | فحص مساحة 50×50 مم بتكبير 10× وعدّ الحفر/الخدوش | الجدول 3.8 (IPC-4101) | A: ≤29 نقطة، B: ≤17، C: ≤5، D: 0 |
| 6. تحليل المقطع | إجراء مقطع مجهري للتحقق من سُمك العازل والنحاس | الشكل 3.5 (IPC-4101) | مفيد للتطبيقات عالية الموثوقية أو متعددة الطبقات |
| 7. التوثيق والتتبّع | تسجيل نتائج التفتيش وربطها بدفعة/تشغيلة المادة | توثيق الجودة الداخلي | يدعم المراجعات وتحليل الأعطال |
الخلاصة
يضمن التعرّف الصحيح على مواد الرقائق الامتثال لمعيار IPC-4101 ويدعم جودة منتج متسقة. ويجب التحقق من عوامل أساسية مثل سماحية السُمك، نوع الرقائق النحاسية، درجة الجودة البصرية، وتوافق ورقة الـSlash خلال المشتريات والتفتيش.
باتباع قائمة تحقق منظّمة، يمكن للمصنّعين والمهندسين تقليل المخاطر ومنع العيوب وضمان أداء موثوق لألواح الدوائر المطبوعة. فالتعرّف على الرقاقة ليس مجرد اختيار مادة—بل التحقق منها في كل مرحلة من مراحل الإنتاج.
