הקדמה
Blank PCB (לוח מעגלים מודפס ריק), המכונה גם Bare Board (לוח חשוף), הוא הבסיס של כל מכשיר אלקטרוני – מטלפונים חכמים וראוטרים ועד ספקי כוח וחיישנים. אבל לוח ריק לבדו אינו עושה דבר עד שמרכיבים עליו את הרכיבים המתאימים ומרכיבים אותו ליחידת PCBA (Printed Circuit Board Assembly) – לוח מורכב ופועל.
מדריך זה מסביר את כל מה שצריך לדעת על Blank PCBs והרכיבים: מה הם, כיצד מייצרים אותם, היכן קונים, וכיצד לעבור שלב־אחר־שלב מלוח ריק להרכבה מתפקדת.
מהו Blank (Bare) PCB?
Blank PCB הוא לוח מעגלים ללא רכיבים מולחמים. הוא מספק את המבנה המיכני ואת מסלולי הנחושת שמחברים בין הרכיבים. חשבו עליו כעל השלד של המכשיר האלקטרוני שלכם.
לוח ריק טיפוסי כולל כמה שכבות:
- חומר בסיס (Substrate): לרוב סיבי זכוכית FR-4, ידוע בחוזק ובבידוד.
- שכבת נחושת: מוליכים היוצרים את מסלולי המעגל.
- מסכת הלחמה (Solder Mask): הציפוי הירוק (או בצבע אחר) שמבודד את הנחושת ומונע גשרי בדיל.
- משי/סילקסקרין (Silkscreen): כיתובים וקווי מתאר של מיקומי הרכיבים.
- וויה/חורים (Vias & Holes): לקישור בין שכבות ולרכיבי Through-Hole.
מפרטים מרכזיים: מספר שכבות (1–16 ומעלה), עובי לוח (נפוץ 1.6 מ״מ), משקל נחושת (1–2 oz), ומינימום רוחב/מרווח מוליך (למשל 6 mil/6 mil).
כאשר חובבים מדברים על “Zero PCB” או “Prototype Board”, הם מתכוונים לרוב ללוח אוניברסלי מחורר עם חורים קבועים מראש אך ללא מסלולי נחושת מוגדרים. לעומת זאת, Blank/Bare PCB כולל תבנית נחושת ייעודית לפרויקט מסוים.
Blank PCB לעומת PCBA: לא להתבלבל במונחים
קל לבלבל בין המונחים:
- PCB (Printed Circuit Board) = לוח חשוף/ריק ללא רכיבים.
- PCBA (Printed Circuit Board Assembly) = אותו לוח לאחר הרכבת רכיבים עליו.
בייצור, הרצף הוא: PCB → PCBA → מוצר סופי.
קודם מתכננים ומייצרים את הלוח, ואז מרכיבים עליו את הרכיבים כדי לקבל יחידה עובדת.
Blank PCB ורכיבים: מה צריך כדי להפעיל את הלוח?
לוח ריק הופך לפעיל רק לאחר שמרכיבים עליו רכיבים אלקטרוניים. נהוג לחלק אותם לקטגוריות:
1) רכיבים פסיביים (Passive)
נגדים, קבלים וסלילים. שולטים במתח, מסננים רעש ומעצבים אותות. אינם זקוקים להספק עצמאי אך הם קריטיים ליציבות המעגל.
2) רכיבים אקטיביים (Active)
מעגלים משולבים (IC), טרנזיסטורים, מייצבי מתח ודיודות. מבצעים הגברה, מיתוג ופונקציות לוגיות.
3) מחברים (Connectors)
מחברי USB, פינים (Pin Headers), שקעי הזנה או מחברי קצה – מאפשרים ללוח לתקשר עם העולם החיצון.
4) חלקים מכניים ותרמיים
גופי קירור, מרווחים/מרככים, ברגים וחורי עיגון – לתמיכה מכנית ולהולכת חום.
5) ממשקי תכנות ונקודות בדיקה
כותרות תכנות (JTAG/ISP), נקודות בדיקה (Test Pads) וג'אמפרים – חשובים לפיתוח ולבדיקות.
Through-Hole לעומת Surface-Mount:
יש שני סגנונות הרכבה עיקריים. רכיבי Through-Hole (THT) עם רגליים שעוברות דרך חורים בלוח – נוחים למתחילים. רכיבי Surface-Mount (SMD) יושבים ישירות על הפדים – טובים להרכבה אוטומטית ולעיצובים קומפקטיים.
דוגמת רשימת רכיבים לפרויקט פשוט:
- שקע הזנת DC ומייצב מתח
- מיקרו־בקר (למשל ATmega או STM32)
- קבלים ונגדים לסינון
- נוריות LED וכפתורי לחיצה
- פיני I/O
- מחבר USB או מחבר טורי לתקשורת
בעת התכנון, ודאו שלכל רכיב יש פוטפרינט תואם בלייאאוט ושכיוונו נכון (במיוחד דיודות וקבלים אלקטרוליטיים).
רכישת לוחות ריקים ורכיבים: עלויות ומקורות
1) היכן לקנות Blank PCBs
ניתן להזמין בקלות לוחות ריקים מיצרנים המתמחים בפרוטוטייפ מהיר ובייצור בקצב נמוך. הם מציעים הצעות מחיר מיידיות, העלאת קבצי Gerber, ואספקה תוך ימים ספורים. שירותים נפוצים:
- אבות־טיפוס מהירים (1–10 יח׳) למהנדסים, מייקרים וסטודנטים
- ייצור בכמויות קטנות לסטארטאפים או ריצות פיילוט
- חומרים שונים: FR-4, אלומיניום, Rogers (לתדרים גבוהים)
- בדיקות DFM ללא עלות, בדיקות חשמליות, וגימורים מותאמים (ENIG, HASL, OSP)
Fast Turn PCBs משלבת מהירות, איכות ועלות תחרותית – בחירה אמינה כשצריך Blank PCBs במהירות.
2) היכן לקנות רכיבים אלקטרוניים
- מפיצים מורשים: Mouser, Digi-Key, Arrow – איכות ומעקב מובטחים.
- פלטפורמות Resale: Amazon, eBay וספקי מייקרים – טוב לפרויקטים קטנים (להיזהר מזיופים).
- חנויות מקומיות לרכיבים סטנדרטיים כמו נגדים וקבלים.
3) חלוקת עלויות בסיסית
- ייצור PCB ריק: תלוי בגודל הלוח, מספר שכבות, משקל נחושת וגימור (HASL, ENIG).
- רכיבים: משתנים מאוד; קנייה בכמות מפחיתה מחיר.
- הרכבה: הלחמה ידנית לאבי־טיפוס, SMD Reflow או Wave Solder לייצור.
- בדיקות: פונקציונליות/ICT מוסיפות אמינות בעלות מתונה.
- משלוח וטיפול.
4) גורמים המשפיעים על זמן אספקה
- יותר שכבות או מוליכים דקים → זמן ייצור ארוך יותר
- גימורים מיוחדים (ENIG, כסף טבילה) → תוספת של יום–יומיים
- רכיבים לא זמינים → עיכוב בשלב ההרכבה
בלוח דו־שכבתי קטן, מקובל 3–5 ימים לייצור ה-PCB ועוד 3–7 ימים לרכש רכיבים ולהרכבה.
מהלוח הריק ל-PCBA: תהליך ב-7 שלבים
הפיכת לוח ריק להרכבה עובדת דורשת תכנון קפדני וביצוע מסודר. כך עושים זאת מקצוענים וחובבים:
שלב 1: סכמטי ו-BOM
תכננו ב-KiCad, Altium Designer או EasyEDA. הסכמטי מגדיר את החיבורים.
ייצאו BOM (Bill of Materials) עם שם רכיב, ערך, פוטפרינט וכמות.
בחרו רכיבים זמינים אצל מפיצים כדי להימנע מהמתנות ארוכות.
שלב 2: תכנון PCB (Layout)
המירו את הסכמטי ללייאאוט.
הגדירו Stack-up (מספר שכבות ומשקל נחושת).
נתבו מוליכים לפי כללי תכן: מרווחים, זרם מותר, ולעיתים בקרה על אימפדנס.
השאירו מרווחים נוחים להלחמה ולהרכבה – בעיקר סביב מחברים ורכיבים גבוהים.
שלב 3: בדיקת DFM (כשרות לייצור)
לפני הזמנה בדקו:
- מינימום רוחב/מרווח מוליך
- קטרי קידוח וסבילות ויה
- פתיחות מסכת הלחמה
- קריאות סילקסקרין ומיקום רפרנסים
- Fiducials להשמה אוטומטית (Pick-and-Place)
רבים מהיצרנים מציעים כלי DFM ללא עלות בעת העלאת הקבצים.
שלב 4: ייצור PCB
שלחו קבצי Gerber, נתוני קידוח ומידע Stack-up ליצרן.
בחרו גימור (HASL ללא עופרת או ENIG) וצבע מסכת הלחמה.
מפרט פרוטוטייפ נפוץ: FR-4, נחושת 1 oz, עובי 1.6 מ״מ.
לאחר הייצור מבצעים בדיקה חשמלית לאיתור קצר/ניתוק.
שלב 5: הכנת רכיבים ומיון
עם הגעת הלוחות – סדרו רכיבים לפי ה-BOM.
סמנו שקיות במספר חלק ומיקום (למשל R1, C3, U2).
בדקו כיווניות: קוטביות, Pin 1, והתאמת הפוטפרינט.
שלב 6: הרכבה (ידנית או Reflow)
שתי שיטות עיקריות:
- הלחמה ידנית: לריצות קטנות/אבי־טיפוס. להשתמש במלחם מבוקר טמפרטורה ובפלוקס. מתחילים ברכיבים קטנים/נמוכים ואז הגבוהים.
- הלחמת Reflow: לרכיבי SMD. מורחים משחת הלחמה, משימים רכיבים ומעבירים בתנור Reflow.
לרכיבי Through-Hole בכמויות גדולות – Wave Solder. נקו שאריות פלוקס ובדקו חיבורים קרים/גשרים.
שלב 7: בדיקות חשמל והפעלה
לפני חיבור מתח בדקו:
- קצר בין VCC ל-GND
- רכיבים חסרים/הפוכים
- מחברים רופפים או גשרי בדיל
הפעילו עם ספק מוגבל זרם ומדדו מתחים בנקודות בדיקה.
אם הכול תקין, בצעו בדיקות פונקציונליות: הבהוב LED, מדידות יציאה או חיבור לכלי קושחה.
Bare לעומת Zero PCB: מתי להשתמש במה?
| מאפיין | Bare (Blank) PCB | Zero / Prototype Board |
|---|---|---|
| מבנה | מסלולי נחושת ייעודיים | לוח מחורר ללא מסלולים |
| מטרת תכן | מעגל פרויקט ספציפי | חיווט ידני לפרוטוטייפ מהיר |
| הרכבה | דורש ייצור PCB | מלחימים חוטים/ג׳אמפרים בלבד |
| ביצועים | אימפדנס עקבי ואמינות גבוהה | מתאים למעגלים חינוכיים/נמוכי תדר |
| שימוש | ייצור ומיזמים מתקדמים | לימוד ו-DIY קטן |
השתמשו ב-Zero PCB לניסויים ולהוראה – זול ופשוט.
עברו ל-Bare PCB כשצריך תכן חוזר, ביצועים גבוהים, מסלולים נשלטים ומבנה קומפקטי.
שאלות נפוצות על Blank PCBs ורכיבים
1) האם אפשר להשתמש בלוח ריק ישירות?
לא. לוח ריק הוא רק נחושת וחומר בסיס. יש להלחים רכיבים כדי לקבל PCBA עובדת.
2) האם Zero PCB יכול להחליף תכן מותאם?
רק למעגלים פשוטים ואיטיים. Zero PCB אינו שולט באורך מסלולים, אימפדנס או זליגה. לתכן מקצועי/תדר גבוה צריך PCB מיוצר.
3) איזה עובי לוח ומשקל נחושת לבחור?
סטנדרט: 1.6 מ״מ ו-1 oz נחושת לרוב היישומים. למעגלי הספק/זרמים גבוהים – 2–3 oz.
4) היכן ניתן לקנות לוחות ריקים ורכיבים בבטחה?
הזמינו משירותי ייצור אמינים עם בדיקות איכות. לרכיבים – העדיפו מפיצים מורשים כדי להימנע מזיופים/פגומים.
5) מה לבדוק לפני הפעלה?
קוטביות, קצרים, גשרי בדיל, וכיווניות רכיבים. הפעילו תחילה עם ספק מוגבל זרם. אל תחברו ישירות למתח מלא ללא בדיקה.
סיכום
Blank PCB נראה פשוט, אבל הוא עמוד השדרה של כל מוצר אלקטרוני. עם הרכיבים המתאימים והרכבה מוקפדת הוא הופך ללב התכן – PCBA שמחיה את המעגל.
הבנה של מבנה ה-PCB, מקורות רכיבים אמינים, ושלבי ההרכבה והבדיקה – תחסוך טעויות יקרות ותאיץ פרוטוטייפינג וייצור.
בין אם אתם סטודנטים, חובבים או מהנדסים בפרויקט הבא שלכם – הליכה לפי מסלול 7 השלבים, מהסכמטי ועד להרכבה המוגמרת, תוביל אתכם בביטחון מלוח ריק למעגל פעיל. להרכבה וייצור מהירים ואמינים, Fast Turn PCBs מציעה פתרון One-Stop: אבות־טיפוס מהירים, ייצור בכמויות קטנות ושירותי PCBA מלאים – עם איכות שניתן לסמוך עליה.
