في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات (Multilayer Prepreg PCB)، تُعد مادة البريبرِغ (Prepreg) — وتُعرف أيضاً بـ ورقة الربط — الطبقة اللاصقة الأساسية التي تربط القواعد النحاسية (CCL) والطبقات الداخلية. تركيبتها وسُمْكها يؤثران مباشرةً في سماكة العازل بين الطبقات، وسلوك تدفق الراتنج، وقدرته على ملء التجاويف الناتجة عن الحفر في النحاس الداخلي.
إن فهم كيفية اختيار نوع Prepreg PCB المناسب والتحكّم في سُمكه النهائي بعد الكبس (Pressed Thickness) أمرٌ أساسي لتحقيق سلامة الإشارة، والتلاصق بين الطبقات، والموثوقية على المدى الطويل.
ما هي مادة الـ Prepreg ولماذا هي مهمة؟
كما هو الحال في القواعد (Laminates)، تأتي مواد الـ Prepreg بعدة تراكيب من الألياف الزجاجية. فكل نمط نسج زجاجي (مثل 106، 1080، 2113، 2116، 2165، 7628 …إلخ) يمكن طلاؤه بنِسَبٍ مختلفة من محتوى الراتنج (RC%) ويُظهر خصائص تدفق متفاوتة.
خلال عملية الكبس الحراري في تكديس طبقات الـ PCB، تؤدي الـ Prepreg ثلاث وظائف محورية:
- الربط (Bonding): إنشاء تلاصق متين بين الطبقات.
- التحكّم في العازل (Dielectric Control): تحديد سماكة العزل بين الطبقات.
- الملء (Filling): يجب أن يتدفق الراتنج بما يكفي لملء تضاريس النحاس الداخلي (الحفر والتجاويف).
وبما أن سلوك الراتنج يعتمد على نسبة محتوى الراتنج RC% وقابلية التدفق وكثافة نسج الألياف الزجاجية، فإن اختيار الـ Prepreg يجب أن يوازن بين المتطلبات الكهربائية والميكانيكية ومتطلبات العملية التصنيعية.
الأنواع والسماكات النموذجية (الجدول 6.3)
ملاحظة ①: القيم الواردة تمثل سماكات نموذجية بعد الكبس عند معدل تدفق راتنج ثابت ودون الحاجة لملء تجاويف نحاسية.
في الواقع العملي، عندما يلزم الراتنج لملء الأنماط المحفورة أو مناطق النحاس السميك، ينخفض السُمْك العازل النهائي مقارنة بالقيم الاسمية في الجداول.
هذا التوضيح يساعد المهندسين على قراءة الجدول 6.3 بالطريقة الصحيحة—فهو مرجع أساسي وليس سماكة مضمونة على اللوحة النهائية.
كيف يحدّد النحاس وكثافة المسارات اختيار الـ Prepreg؟
هندسة النحاس في الطبقات الداخلية تُحدِّد مقدار تدفق الراتنج المطلوب للحصول على ربط خالٍ من الفراغات:
- نحاس سميك أو طبقات إشارات عالية الكثافة: تحتاج إلى RC% أعلى وتدفق راتنج أكبر لملء الفجوات.
- نحاس رقيق أو طبقات مستوية (قدرة/أرضي): يمكن استخدام RC% أقل لتقليل اندفاع الراتنج وتحسين الاستقرار الأبعادي.
على سبيل المثال، يعمل 1080HR (بنسبة راتنج تقريباً 64–66%) جيداً بين طبقات الإشارات ذات النحاس السميك، بينما يُعد 2116SR (حوالي 50–52%) مناسباً لربط طبقة مستوية بطبقة مستوية.
أنماط نسيج الزجاج وسلوك السُمْك بعد الكبس
كل نمط نسيج زجاجي في الـ Prepreg PCB يمتلك كثافة ألياف مختلفة تؤثر مباشرةً في امتصاص الراتنج والصلابة الميكانيكية:
- 106 — نسيج دقيق جداً: سُمْك عازل رفيع جداً وتدفق عالٍ؛ مثالي للعوازل الرقيقة وتنعيم السطح.
- 1080 — نسيج متوسط: توازن جيّد بين الصلابة وحجم الراتنج؛ شائع في التكديس متعدد الطبقات.
- 2113 — متوسط إلى سميك: ثبات ميكانيكي مع تدفق معتدل.
- 2116 — نسيج كثيف: نسبة زجاج أعلى؛ مناسب لعوازل أكثر سُمكاً.
- 7628 — نسيج خشن: الأكبر سُمكاً والأقل تدفقاً؛ جيد لربط القلوب الصلبة (cores).
لمحة اتجاهية (Trend Insight)
ضمن النمط نفسه من النسيج الزجاجي، فإن زيادة نسبة الراتنج (RC%) تؤدي عادةً إلى زيادة السُمْك بعد الكبس بسبب زيادة حجم الراتنج وإمكانات التدفق.
أمثلة سريعة:
- 106: عند 62% RC ≈ 0.0015 in، وعند 75% RC ≈ 0.0022 in.
- 1080: عند 54% RC ≈ 0.00225 in، وعند 66% RC ≈ 0.00325 in.
هذا الترابط الإيجابي أساسي لنمذجة تكديس الطبقات بدقة في Prepreg PCB.
مستويات محتوى الراتنج والتدفق (SR / MR / HR)
توفّر الشركات المصنِّعة مستويات مختلفة من محتوى الراتنج لكل نمط:
- SR (Standard Resin): تدفّق منخفض؛ مناسب للطبقات المستوية.
- MR (Medium Resin): توازن بين التدفق والصلابة؛ الخيار الافتراضي لطبقات الإشارات.
- HR (High Resin): تدفّق عالٍ؛ مُصمَّم لمناطق النحاس السميك أو الأنماط المحفورة.
الاختيار الصحيح لفئة RC يضمن ملء النحاس بالكامل من دون اندفاع مفرط للراتنج، ما يساعد على الحفاظ على سماكة عازلة متسقة ومنع الفراغات أثناء الكبس.
موازنة RC والتدفق لضمان كبس موثوق
قلة الراتنج تؤدي إلى فراغات وانفصال طبقي، بينما زيادته المفرطة قد تسبب اندفاعاً زائداً، وانكماشاً في العازل، وتفاوتاً في السُّمك.
تُظهر البيانات أن رفع RC من 42% إلى 56% قد يغيّر ثابت العزل Dk بما يقارب 5%، ما يؤثر مباشرةً في ضبط المعاوقة (Impedance). لذا على مصممي Prepreg PCB موازنة المتطلبات الكهربائية (المعاوقة) مع الميكانيكية (الملء والربط).
سماحات السُّمك وتأثير توزّع النحاس
قيم السُّمك بعد الكبس هي إرشادية وليست ثابتة. النتيجة الفعلية تعتمد على:
- كثافة نمط النحاس ووزن النحاس (oz)
- ضغط الكبس ومنحنى الحرارة/الزمن
- نافذة تدفق الراتنج وسلوك التصلّب
غالبية المورّدين يذكرون سماحة سُمك حوالي ±10%. ولتحقيق تحكم دقيق في المعاوقة، استخدموا بيانات عازلية مقاسة لدى المصنّع بدلاً من الاعتماد فقط على الجداول الاسمية.
نصائح عملية لتصميم لوحات Prepreg PCB
- ابدأ من السُّمك العازل المستهدف وليس من عدد أوراق الـ Prepreg.
- طابِق RC والتدفق مع نمط النحاس: RC عالٍ للطبقات المحفورة/النحاس السميك، وRC منخفض للطبقات المستوية.
- اجمع بين أنماط مختلفة (مثل 1080 + 2116) لضبط السُّمك الكلي والتوازن الراتنجي.
- حدّد في مستندات التكديس كلاً من RC% ومستوى التدفق (SR/MR/HR).
- تحقّق من بيانات المورد؛ فالسُّمك بعد الكبس يختلف بين Isola وPanasonic وShengyi وغيرها.
مثال تطبيقي على اختيار الـ Prepreg
للّوحة ذات 6 طبقات وبنحاس داخلي 2oz، استخدم 1080HR بنسبة راتنج 64–66% بين القلوب لضمان الملء الكامل.
السُّمك العازل المستهدف: تقريباً 0.0030–0.0032 بوصة (وفق الجدول 6.3).
لربط طبقة مستوية بأخرى، بدّل إلى 2116SR (50–52% RC) لتقليل التدفق وتحسين الاستقرار الأبعادي.
الخلاصة
اختيار مواد Prepreg PCB والتحكّم في سماكتها أساسٌ لجودة اللوحات متعددة الطبقات. يجب على المهندسين تقييم نمط نسيج الزجاج ونسبة الراتنج والتدفق وهندسة النحاس معاً.
يسرد الجدول 6.3 ستة أنماط قياسية من FR-4 — 106، 1080، 2113، 2116، 2165، 7628 — تغطي مدى سماكات من 0.0015 إلى 0.0078 بوصة. إن زيادة RC ترفع كلّاً من التدفق والسُّمك العازل النهائي. تذكّر: هذه قيَم اسمية عند تدفق ثابت دون ملء نحاسي؛ أما عملياً فتميل اللوحات إلى الخروج أنحف بسبب هجرة الراتنج إلى التجاويف.
باختصار: الـ Prepreg ليس مجرد لاصق؛ إنه نظام عازل دقيق التحكم. إتقان سلوك الراتنج والتحكّم في السُّمك هو مفتاح المعاوقة المستقرة، والسماحات المحكمة، والموثوقية طويلة الأمد.
