فهم تصنيف IPC للدوائر المطبوعة متعددة الطبقات: من اللوحات التقليدية من النوع 3 إلى تصميمات HDI

في تصنيع الإلكترونيات الحديثة، يؤثر تصميم اللوحة الصلبة متعددة الطبقات (ML-PCB) مباشرةً في أداء المنتج وموثوقيته وقابليته للتصنيع.
ونظرًا لتعدد أشكال اللوحات متعددة الطبقات، يوفّر نظام تصنيف IPC للـ Multilayer PCB—الذي وضعته منظمة IPC (Institute for Printed Circuits)—مجموعة شاملة من معايير التصميم التي تحدد درجات وأنواع اللوحات الصلبة المطبوعة.
هذه المعايير تمنح المصممين والمصنّعين لغة مشتركة للتواصل حول تكوينات الرُّصّ (Stack-up)، وأنواع الفيا (Vias)، ومتطلبات الجودة.

تشرح هذه المقالة كيف تصنّف معايير IPC-2221 وIPC-2222 وIPC-2226 اللوحات متعددة الطبقات—ولماذا يساعد فهم تصنيف IPC للـ Multilayer PCB في اختيار استراتيجية التصميم والتصنيع المناسبة لمشروعك القادم.

دور معايير IPC في تصميم اللوحات المطبوعة

تُعد IPC المنظمة الرائدة عالميًا لوضع معايير صناعة الإلكترونيات.
وهدفها وضع قواعد وتعريفات متسقة عبر مراحل التصميم والتصنيع والتجميع والفحص، بحيث يتحدث الجميع—من المهندسين إلى فرق الإنتاج—اللغة التقنية نفسها.

في تصميم اللوحات متعددة الطبقات، لا تقتصر معايير IPC على وصف البنية؛ بل تحدد كيفية التعبير عن نية التصميم.
فعندما تُذكر عبارة “Type 3 Multilayer” أو “HDI Type II” على الرسم الهندسي، يدرك كلٌّ من المصممين والمصنّعين فورًا المقصود من تكوين الطبقات ومتطلبات العمليات.

‎IPC-2221 — المعيار العام لتصميم اللوحات المطبوعة

يُعد IPC-2221 المعيار الشامل لجميع تصاميم اللوحات المطبوعة.
وهو يحدد مبادئ التصميم العامة، بما في ذلك تباعد الموصلات، وعرض الحلقة الحلقية (Annular Ring)، والفراغ العازل، وخصائص المواد، والاعتبارات الكهربائية والميكانيكية.

وفي تصميم اللوحات متعددة الطبقات، يعمل IPC-2221 كأساسٍ لبقية المعايير.
فهو لا يصنّف أنواع اللوحات بحد ذاته؛ بل يوفّر الإطار الذي تُبنى عليه معايير مثل IPC-2222 وIPC-2226.

باختصار: IPC-2221 هو الأساس—وليس الغاية.

‎IPC-2222 — المعيار الفرعي لتصميم اللوحات الصلبة العضوية

يركّز IPC-2222 على اللوحات الصلبة متعددة الطبقات التقليدية ذات الأبعاد القياسية للميزات.
ويُعرِّف نوعين رئيسيين من البِنى استنادًا إلى طريقة توصيل الطبقات الداخلية عبر الفيا.

تصنيف ‎IPC-2222

• النوع 3 (Type 3) — لوحة متعددة الطبقات من دون فيا عمياء أو مدفونة
  وهو أكثر الهياكل شيوعًا.
  تُوصَّل جميع الطبقات عبر فيا مجوّفة مطلية (Plated-Through Holes – PTH) من دون استخدام فيا عمياء (Blind) أو مدفونة (Buried).
  تسود لوحات النوع 3 في الإلكترونيات العامة وأنظمة التحكم الصناعي وأجهزة الاتصالات بفضل تكلفتها المنخفضة ومردودها العالي ونضج عمليات تصنيعها.
• النوع 4 (Type 4) — لوحة متعددة الطبقات مع فيا عمياء و/أو مدفونة
  يضيف هذا الهيكل فيا عمياء أو مدفونة لرفع كثافة التوصيل وتوفير مساحة داخلية.
  يُستخدم عندما تتطلب حِزَم BGA الدقيقة أو الموصلات عالية الكثافة مسارات أقصر للربط.
  لكنه يستلزم تسجيل طبقات أدق وتصفيحًا أكثر تعقيدًا وحفرًا دقيقًا، مقابل إمكانات توصيل أعلى بكثير.

‎IPC-2226 — معيار تصميم لوحات HDI عالية الكثافة

مع استمرار تقلّص حجم الأجهزة وازدياد عدد نقاط الإدخال/الإخراج، تصل الهياكل التقليدية حدَّها.
لذلك جاء IPC-2226 لتوحيد لوحات HDI (High-Density Interconnect) التي تستخدم الميكرو فيا (Microvias) والفيا العمياء/المدفونة والتصفيح المتسلسل لتحقيق كثافة توصيل فائقة.

تصنيف ‎IPC-2226

• النوع I — بنية ‎1[C]0 أو ‎1[C]1
  طبقة بناء واحدة (Build-up) مع ميكرو فيا متصلة بالنواة (Core).
  قد تُستخدم أيضًا الفيا المجوّفة (PTH) لربط الطبقات الخارجية.
  يُعد النوع I الشكل الأبسط من HDI ويشيع في الأجهزة الاستهلاكية المدمجة.
• النوع II — ‎1[C]0 أو نواة ‎1[C] تحتوي فيا مدفونة
  تتضمن النواة فيا مدفونة، بينما تستخدم الطبقات الخارجية ميكرو فيا بحفر ليزري.
  يوازن هذا النهج بين مزايا اللوحات التقليدية وتقنيات HDI، وهو مثالي للهواتف الذكية وإلكترونيات السيارات ووحدات إنترنت الأشياء عالية الكثافة.
• النوع III — بنية ‎>2[C]>0
  طبقات بناء متسلسلة متعددة مع فيا مدفونة و/أو فيا مجوّفة.
  يُعد سِمة تصميم HDI المتقدم، ويتطلب غالبًا عدة دورات من الحفر الليزري والتصفيح.
  يُستخدم في وحدات اتصالات الجيل الخامس، وخوادم السرعة العالية، وأنظمة الحوسبة عالية الأداء (HPC).

ولا يقتصر IPC-2226 على التعريفات؛ بل يحدد أيضًا متطلبات التصميم والعمليات—مثل حدود قطر الميكرو فيا، وترتيب التصفيح، وضبط سماكة النحاس، واختبارات موثوقية التوصيل.

لماذا يهمّ تصنيف IPC للـ Multilayer PCB في الممارسة الهندسية؟

إن فهم الفروقات بين IPC-2221 وIPC-2222 وIPC-2226 ليس أمرًا نظريًا فحسب—بل يؤثر مباشرةً في كيفية تصميم اللوحات وبنائها.

آثار هندسية رئيسية

1. التصميم لقابلية التصنيع (DFM)
   كل نوع من IPC يعني قدرة تصنيع مختلفة.
   يمكن تصنيع لوحات النوع 3 لدى معظم المصانع، بينما يتطلب HDI Type III حفرًا ليزريًا وتصفيحًا متسلسلًا وتحكمًا دقيقًا في التسجيل.
2. التكلفة ومدة التنفيذ
   مع زيادة التعقيد—من النوع 3 → النوع 4 → HDI Type III—ترتفع التكلفة ومدة الإنتاج بشكل ملحوظ.
   يساعد اختيار نوع IPC المناسب على موازنة الأداء والاعتمادية والميزانية.
3. الاعتمادية والأداء
   تحدد معايير IPC توقعات الموثوقية لسلامة الفيا، والتلاصق بين الطبقات، والانبعاج (Warpage)، والمسافات العازلة.
   يساعد اختيار التصنيف الصحيح في ضمان أداء ثابت خلال دورات الحرارة والإجهادات الميكانيكية.
4. لغة تواصل عالمية
   يوفّر تصنيف IPC لغة تصميم موحّدة.
   فملاحظة مثل “IPC-2226 Type II” تنقل فورًا نية الرُّصّ لأي مورد عالمي للوحات، ما يزيل الالتباس ويقلّل التعديلات الهندسية.

الخلاصة

من الإطار العام للتصميم في IPC-2221 إلى الهياكل التقليدية في IPC-2222 والتكوينات المتقدمة لـ HDI في IPC-2226، يبني نظام IPC تسلسلًا واضحًا لتصميم اللوحات الصلبة.
وبالنسبة للمهندسين، فإن إتقان تصنيف IPC للدوائر المطبوعة متعددة الطبقات يعني أكثر من مجرد الامتثال؛ إنه مفتاح تصميم موثوق وقابل للتصنيع ومجدٍ اقتصاديًا.

في صناعة الإلكترونيات، ليس اتباع معايير IPC قيدًا، بل هو لغة هندسية مشتركة عبر سلسلة الإمداد العالمية.