عند النظر إلى لوحة الدارة المطبوعة (PCB) ستشاهد مساراتٍ نحاسية، وبادات لحام، وربما بعض الثقوب اللامعة.
هذه الثقوب الصغيرة ليست فراغات عشوائية—إنها مسارات (Vias)، وهي من أهم عناصر لوحات الـPCB متعددة الطبقات.
تربط المسارات الطبقات النحاسية معًا، وتسمح بمرور الإشارات والطاقة والحرارة عبر اللوحة.
يشرح لك هذا الدليل ما هي المسارات، وأنواعها الرئيسية، وكيفية تحديد أبعادها، ومتى نغطيها أو نملؤها، ونصائح لرفع الموثوقية.
ما هي الـVia في الـPCB؟
المسار (Via) هو ثقبٌ مثقوب ومطلي يربط الطبقات النحاسية داخل اللوحة.
يتكوّن كل مسار من ثلاثة أجزاء:
- الأسطوانة (Barrel): الجدار النحاسي المطلي داخل الثقب.
- البادات (Pads): الحلقات النحاسية على الطبقات التي يتصل بها المسار.
- منطقة العزل (Antipad): منطقة خلو من النحاس على الطبقات التي لا ينبغي أن يتصل بها المسار.
ينقل المسار الإشارات كهربائيًا بشكل عمودي بين الطبقات، وكأنه أنبوب معدني صغير.
المسار مقابل ثقب PTH:
كلاهما ثقوب مثقوبة ومطلية، لكن وظيفة كلٍ منهما تختلف:
- PTH (Plated Through Hole): لتمرير أرجل المركبات أو الموصلات ولحامها.
- Via: مخصص للوصل بين الطبقات فقط—لا تُركّب فيه مكونات.
الأنواع الرئيسية لمسارات الـPCB
تختلف أنواع المسارات حسب مكان بدايتها ونهايتها، وكيفية تصنيعها.
1) المسار النافذ (Through-Hole Via)
الأكثر شيوعًا.
يمر عبر اللوحة كاملةً من الأعلى إلى الأسفل ويستطيع الاتصال بجميع الطبقات.
المزايا: بسيط، منخفض التكلفة، قوي ميكانيكيًا.
العيوب: يستهلك مساحة التوجيه وقد يضيف تأثيرات طفيلية عند الترددات العالية.
2) المسار الأعمى (Blind Via)
يربط طبقةً خارجية بطبقة داخلية (أو أكثر) دون أن يمر عبر اللوحة كلها.
يستخدم في تصميمات HDI وBGA حين تكون المساحة ضيقة.
يقلل الازدحام ويقصر طول الإشارة، لكنه يحتاج دورات تصفيح إضافية، ما يرفع التكلفة.
3) المسار المدفون (Buried Via)
يوصل بين طبقات داخلية فقط، ولا يظهر على السطح.
يوفّر مساحة على السطح لكنه يزيد التعقيد لأن الطبقات الداخلية تُصفّح أولًا ثم يُستكمل رصّ باقي التراصّ.
4) المسار المجهري (Microvia)
ثقب بالليزر عادةً قطره أقل من 150 µm (≈ 6 mil).
أساسي في لوحات HDI وللوصل المتراصّ المتتالي أو المتدرج بين الطبقات.
قصير وبـ نسبة أبعاد (AR) منخفضة (≈ 0.75:1) مما يحسّن الموثوقية.
5) مسار داخل الباد (Via-in-Pad / VIPPO)
يوضع مباشرةً داخل باد BGA أو أي مكوّن دقيق المسافة بين الأرجل.
يُملأ المسار ويُغطّى بالنحاس لتبقى الباد مسطّحة صالحة للحام.
يوفّر المساحة ويحسّن تبديد الحرارة، لكنه يتطلب تعبئةً وجلفنة دقيقة.
6) مسارات حرارية ومسارات خياطة (Thermal & Stitching Vias)
الحرارية تنقل الحرارة من المكونات الساخنة إلى مساحات النحاس أو المشتتات.
الخياطة تربط مستويات الأرضي/التغذية لتقليل الضجيج الكهرومغناطيسي وتحسين الحماية.
تظهر غالبًا صفوفًا حول أقسام RF أو على حواف اللوحة.
7) المسار المحفور عكسيًا (Backdrilled Via)
يُزال الجزء غير المستخدم من المسار النافذ (الـstub) لتحسين سلامة الإشارة في السرعات العالية، فيقلل الانعكاسات ويحسّن مخططات العين.
القياس، الحلقة المحيطية، ونسبة الأبعاد
1) نسبة الأبعاد (Aspect Ratio, AR)
هي سماكة اللوحة ÷ قطر الثقب المثقوب.
مثال: لوحة بسماكة 1.6 mm وثقب مثقوب قطره 0.2 mm ⇒ AR = 8:1.
كلما ارتفعت النسبة صعب الطلاء وزادت احتمالات الفشل مع دورات الحرارة.
حدود شائعة:
- المسارات النافذة القياسية: حتى 10:1 تقريبًا.
- الميكروفيا: حوالي 0.75:1.
- النطاق الموثوق لمعظم FR-4: بين 6–8:1.
2) الحلقة المحيطية (Annular Ring)
هي النحاس المحيط بثقب المسار على كل باد.
حلقةٌ كافية تعطي اتصالًا جيدًا حتى مع انحراف الحفر قليلًا.
إذا انحرف الحفر كثيرًا يحدث انكشاف (Breakout) وقد ينقطع الاتصال.
يوصي المصنّعون غالبًا بعرض حلقةٍ أدناه 4–6 mil للمسارات القياسية.
3) إرشادات عملية للحجم
للوحات الشائعة بسماكة 1.6 mm:
- قطر الثقب النهائي: 0.2–0.3 mm (8–12 mil).
- قطر الباد: قطر الثقب + 10–14 mil.
- أصغر تباعد بين المسارات: 0.25 mm (10 mil).
تحقق دائمًا من قدرات مورّدك—فالقيم تختلف حسب التكديس وسماكات النحاس.
تغطية المسارات بالماسك: هل نغطي أم لا؟
1) أنماط التغطية الشائعة
- Tented: يغطي قناع اللحام فتحة المسار بالكامل.
- Untented: تبقى فتحة المسار مكشوفة.
- Plugged/Filled: يُملأ الثقب براتنج/معجون.
- Capped: يُملأ ويُغطّى بالنحاس (مطلوب لـVIP/VIPPO).
2) متى نستخدم التغطية (Tenting)؟
تمنع دخول معجون اللحام أو الملوثات، وتحمي الأسطوانة النحاسية من الأكسدة.
لكنها تعمل جيدًا فقط مع المسارات الصغيرة (≤ 12 mil)—أما الكبيرة فقد تُمزّق الماسك وتحتجز الفلكس.
استخدم التغطية قرب البادات الدقيقة أو تحت BGA.
للمسارات الكبيرة أو لمناطق الحرارة العالية، التعبئة/الملء أكثر أمانًا.
3) أمثلة
- ملائم: مسارات إشارة صغيرة تحت شرائح BGA.
- غير ملائم: مسارات قدرة قطرها > 0.3 mm أو نقاط فحص تحتاج لمسبار.
مسارات Blind في لوحات HDI: أساسيات سريعة
تُعد المسارات العمياء جزءًا محوريًا في لوحات HDI، وتساعد على الخروج من بادات BGA دون زيادة عدد الطبقات.
نصائح:
- حدّد طبقات البداية والنهاية بوضوح (مثل L1–L2 أو L3–L4).
- تجنّب تكديس أكثر من مسارين/ثلاثة مدفونين/عميان—كل تكديس يزيد دورات التصفيح وخطر عدم التطابق.
- اجعل المسارات قصيرة وبـ AR ≤ 1:1 قدر الإمكان.
الإشارة والحرارة: اعتبر المسار “مكوّنًا” بحد ذاته
1) سلامة الإشارة (SI)
كل مسار يضيف حثًا وسعةً طفيليين. عند السرعات العالية قد يشوّهان الإشارة.
قلّل عدد المسارات على المسارات الحساسة، واقصر الـstubs، واستخدم الحفر العكسي عند الحاجة.
لأزواج تفاضلية اجعل مساري الزوج متناظرين في الطول والموضع.
2) إدارة الحرارة
تولّد الدارات المتكاملة والمنظمات والـLEDs حرارة.
استخدم شبكة مسارات حرارية لنقل الحرارة إلى مساحات النحاس أو المشتتات.
مثال: مصفوفة مسارات قطر 0.3 mm وتباعد 1 mm تحت باد القدرة توزع الحرارة بانتظام.
3) التأريض والحجب
تُنشئ مسارات الخياطة مسارًا منخفض الممانعة بين مستويات الأرضي.
حلقة مسارات حول حافة اللوحة بتباعد 1–2 mm تعزز الحجب وتقلل تسرّب الضجيج.
التصنيع والاختبار
1) دقة التسجيل (Registration)
تعني مدى تطابق موقع الثقب مع باداته عبر الطبقات.
توفر آلات الحفر الحديثة دقة ±2–3 mil، لكن اللوحات السميكة أو الميكروفيا المكدسة أكثر حساسية.
ضعف التسجيل يقلّل الحلقة المحيطية وقد يسبب دوائر مفتوحة.
2) الاختبارات والفحص
يعتمد المصنعون على:
- AOI: فحص بصري آلي لمحاذاة البادات وتغطية الماسك.
- اختبار البروبينغ الطائر: قياس الاستمرارية بين الطبقات.
- الأشعة السينية: لمسارات مدفونة أو VIP تحت BGA.
- القطع المجهري (Microsection): لقياس سماكة الطلاء وكشف الفجوات.
كما تساعد اختبارات دورات الحرارة والإجهاد في تأكيد الموثوقية طويلة الأمد—خاصةً للتطبيقات السياراتية والفضائية.
دليل سريع لاختيار نوع المسار
الخطوة 1: حدد الوظيفة
- توجيه بين الطبقات → مسار نافذ أو أعمى.
- BGA ضيّق المسافة → Microvia أو VIPPO.
- تبديد الحرارة → شبكة مسارات حرارية.
- الحجب/التأريض → مسارات خياطة.
الخطوة 2: طابق حدود العملية
- افحص سماكة اللوحة وحدود AR لدى المورّد.
- اختر حفرًا ميكانيكيًا أو ليزريًا بحسب ذلك.
الخطوة 3: راعِ بيئة العمل
- أجهزة داخلية نظيفة → مسارات مكشوفة/غير مغطاة مناسبة.
- بيئة غبار/رطوبة → استخدم التغطية أو الملء للحماية.
الأسئلة الشائعة (FAQ)
ما هو المسار (Via) في الـPCB؟
هو ثقب مطلي يربط الطبقات النحاسية في اللوحة.
ماذا تعني كلمة “Via”؟
مصدرها اللاتينية وتعني “طريق/مسار”—أي طريق انتقال الإشارة بين الطبقات.
ما الفرق بين الـVia وPTH؟
الـVia للتوصيل بين الطبقات فقط، بينما PTH لتمرير أرجل المكونات ولحامها.
كيف تُختبر المسارات؟
باختبارات البروبينغ الطائر أو الأشعة السينية، وأحيانًا القطع المجهري لفحص الطلاء والاستمرارية.
ما هي الحلقة المحيطية (Annular Ring)؟
هي النحاس المحيط بالثقب على الباد. إذا صغُرت أكثر من اللازم قد يحدث انكشاف وانقطاع.
كيف تُلفظ “Via”؟
كلتا اللفظتين مقبولتان صناعيًا: /ˈviːə/ (في-أ) و /ˈvaɪə/ (فاي-أ).
ما هي مسامير الـVia (Via Rivets)؟
عيون معدنية صغيرة تُستخدم لإصلاحٍ يدوي أو تعزيز مسارات تالفة—ونادرًا ما تُستخدم في التصنيع الحديث.
خاتمة
المسارات تتحكم في كيفية انتقال الإشارات والطاقة والحرارة داخل لوحتك.
اختيار النوع والحجم المناسبين يحسّن الأداء ويقلّل الكلفة ويطيل عمر المنتج.
حافظ على نسبة الأبعاد ضمن حدود المورّد، واستخدم التغطية أو الملء عند الحاجة، وتحقق دائمًا من قدرات التصنيع قبل الإرسال.
