عند تصميم أو تصنيع لوحة دوائر مطبوعة (PCB)، تبقى السلامة والموثوقية في المقدمة. أحد العوامل المهمة هو القابلية للاشتعال—أي مدى سهولة اشتعال المادة ومدى سرعة توقفها عن الاحتراق. معيار UL 94، الذي طورته مختبرات أندررايترز (UL)، هو الأكثر استخدامًا لتقييم مقاومة اللهب للمواد البلاستيكية ومواد ألواح الدوائر.
تشرح هذه المقالة معنى تصنيفات UL 94 V-0 وV-1 وV-2، وكيف يُجرى الاختبار، وكيف تتأكد من أن لوحتك تحقق هذه التصنيفات.
لماذا تهم القابلية للاشتعال في تصميم الدوائر؟
تُستخدم ألواح الدوائر في منتجات قد تولد حرارة أو تكون قريبة من مكونات القدرة. يمكن للمادة المثبَّطة للهب أن تمنع مصادر الاشتعال الصغيرة—مثل قصر كهربائي أو تعطل مكوّن—من انتشار الحريق. يحدد UL 94 كيفية سلوك المواد عند تعرّضها للهب ويضع حدودًا لمدة الاحتراق والتقطير (سقوط قطرات منصهرة).
بالنسبة لمصنّعي ألواح الدوائر، يأتي UL 94 غالبًا جنبًا إلى جنب مع UL 796 الذي يغطي بنية اللوح ومتطلبات السلامة. معًا يضمنان أن اللوح ومواده يلبّيان معايير السلامة من الحريق المعترف بها.
نظرة عامة على تصنيفات UL 94
يتضمن UL 94 عدة فئات اختبار، لكن الأكثر شيوعًا لركائز ألواح الدوائر هي V-0 وV-1 وV-2، وجميعها تُقاس باختبار الحرق العمودي.
ملخص المتطلبات الأساسية
| التصنيف | زمن اللهب بعد الإزالة لكل تعريض | المجموع الكلي لعشر مرات تعريض | تقاطر لهبٍ مشتعل | زمن التوهّج بعد الإزالة |
|---|---|---|---|---|
| V-0 | ≤ 10 ثوانٍ | ≤ 50 ثانية | غير مسموح | ≤ 30 ثانية |
| V-1 | ≤ 30 ثانية | ≤ 250 ثانية | غير مسموح | ≤ 60 ثانية |
| V-2 | ≤ 30 ثانية | ≤ 250 ثانية | مسموح | ≤ 60 ثانية |
باختصار: V-0 هو الأشد صرامة—تنطفئ العينات بسرعة ولا تنتج قطرات ملتهبة. V-1 يسمح بوقت احتراق أطول قليلًا لكن ما زال يمنع القطرات الملتهبة، بينما V-2 يسمح بالاحتراق الأطول وبعض القطرات المشتعلة.
كيف يعمل اختبار الحرق العمودي
في اختبار UL 94 العمودي، تُثبت عيّنة صغيرة من البلاستيك أو الرقائقي لأسفل وبشكل عمودي. يُطبَّق لهبٌ مُحكَم لمدة 10 ثوانٍ على الحافة السفلى ثم يُزال. يسجّل المختبِر مدة استمرار الاحتراق أو التوهّج. ثم يُعاد تعريض العيّنة للهب 10 ثوانٍ إضافية للتحقق من السلوك المتكرر.
يُقيَّم عشر عينات. وللاجتياز ضمن فئة معينة (V-0 أو V-1 أو V-2) يجب أن تلتزم الأوقات الإجمالية وسلوك التقطير بالحدود الموضحة في الجدول أعلاه. يحاكي هذا الاختبار سلوك المواد إذا لامسها لهبٌ داخلي صغير داخل جهاز إلكتروني أو غلافه.
تشمل فئات UL 94 الأخرى HB (حرق أفقي) و5VB/5VA. يُعد HB الأقل صرامة، بينما 5VA أشد من V-0. أما تطبيقات ألواح الدوائر فتعتمد أساسًا على التصنيفات العمودية.
كيف تحقّق تصنيف V-0 في تصنيع الـ PCB
اختر مواد حاصلة على V-0
ابدأ برقائق وقواعد (laminates) حاصلة مسبقًا على UL 94 V-0. معظم مواد FR-4 القياسية—مثل Isola 370HR وPanasonic MEGTRON وShengyi S1000H—تحمل تصنيف V-0. وفي البوردات عالية التردد، تحقق مواد مثل Rogers RO4000 أو Isola I-Tera MT40 هذا المستوى أيضًا. تحقّق دائمًا من ورقة البيانات الفنية (TDS).
تحقّق من جميع مواد الرُّصّة (Stack-up)
لا تكتفِ بمراجعة اللبّ (Core) فقط. يجب أن يحقق قناع اللحام (Solder mask) وحبر الطباعة (Legend) والمواد اللاصقة ومواد التغليف نفس تصنيف اللهب. مادة واحدة غير مصنّفة قد تُضعف أداء اللوح في الاختبار.
راعي عوامل التصميم
سُمك النحاس، ومحتوى الراتنج، وفتحات قناع اللحام تؤثر على انتقال الحرارة. الزوايا الحادة أو المناطق الغنية بالراتنج قد تُركّز الحرارة. نظّف بقايا الفلكس جيدًا؛ فالمواد الكيميائية المتبقية قد تُسهّل الاشتعال.
تعاون مع مُصنِّع معتمد من UL
إذا كان منتجك يحتاج وسم UL، فاعمل مع مُصنِّع PCB مُسجَّل ضمن UL 796 مع تصنيفات القابلية للاشتعال في ملفه. هذا يضمن إنتاجًا ثابتًا وتوثيقًا صحيحًا.
متى يكون V-0 مطلوبًا؟
في معظم الإلكترونيات التجارية والصناعية، يُستهدف V-0 لأنه يمنح هامش أمان أفضل. غالبًا ما تُحدِّد المنتجات الاستهلاكية ووحدات السيارات ومزوّدات القدرة ألواح PCB بتصنيف V-0.
قد تكون مواد V-1 مقبولة في التطبيقات ذات القدرة المنخفضة أو التطبيقات المغلقة حيث لا يُشكّل التقطير أو التأخر في الانطفاء خطرًا. نادرًا ما يُستخدم V-2 في الإلكترونيات الحرِجة بسبب مخاطر القطرات المشتعلة التي قد تُشعل مكوّنات مجاورة.
يمكن أيضًا للبوليميد المرن (Flexible Polyimide) ولمركّبات PTFE عالية التردد تحقيق V-0، لكن الاعتماد يعتمد على الصنف والسُّمك الفعليين.
مفاهيم مغلوطة شائعة
- "FR يعني V-0."
ليس دائمًا. يشير FR إلى "مثبَّط للهب"، لكن ليس كل FR-4 أو راتنجات FR تحقق تلقائيًا تصنيف V-0. تحقّق دائمًا من ملف UL أو TDS. - "المهم هو اللبّ فقط."
خطأ. جميع مواد اللوح—بما فيها الطلاءات والمواد اللاصقة—تُسهم في التصنيف النهائي للقابلية للاشتعال. - "قاعدة 10 ثوانٍ تكفي."
تُختبَر كل عيّنة مرتين؛ كما تؤخذ مدة الاحتراق الإجمالية وسلوك التقطير بالحسبان. - "ورقة البيانات = امتثال."
على المصنّعين التحقق من بنية اللوح النهائية إذا اختلفت الأبعاد أو أنظمة الراتنج أو أوزان النحاس عن التكوين المُعتمَد لدى UL.
أسئلة سريعة
س: ما الفرق الأساسي بين 94V-0 و94V-2؟
ج: تنطفئ مواد V-0 بسرعة ولا تنتج قطرات ملتهبة. يسمح V-2 بقطرات ملتهبة وبزمن إطفاء أطول.
س: هل كل FR-4 مصنّف V-0؟
ج: معظم FR-4 الحديثة كذلك، لكن يجدر بك دائمًا التأكد من إدراج UL للمادة والسُّمك المحددين.
س: هل أحتاج أيضًا إلى UL 796؟
ج: نعم. UL 796 يعتمد بنية اللوح، بينما UL 94 يغطي قابلية الاشتعال للمواد. كثيرًا ما يُذكر الاثنان معًا على وسم UL.
خلاصة
تصنيفات القابلية للاشتعال أكثر من مجرد أرقام—إنها تحمي المستخدمين والمنتجات من مخاطر الحريق المحتملة. يساعد فهم نظام UL 94 V-0 / V-1 / V-2 المهندسين على اختيار مواد ألواح الدوائر المناسبة، وتحقيق معايير السلامة، وتبسيط إجراءات الاعتماد.
باختصار:
- V-0 = أفضل حماية (إطفاء سريع، بلا قطرات ملتهبة)
- V-1 = حماية متوسطة (احتراق أطول قليلًا، بلا قطرات ملتهبة)
- V-2 = أدنى تصنيف عمودي (يسمح بقطرات ملتهبة)
إن اختيار التصنيف الصحيح من مرحلة التصميم يضمن نجاح الاختبارات، والامتثال لمعايير UL، وتحقيق موثوقية طويلة الأمد في الخدمة.
