בעת תכנון או ייצור של לוח מעגל מודפס (PCB), בטיחות ואמינות תמיד בעדיפות. אחד הגורמים החשובים הוא דליקות — עד כמה חומר נתפס באש וכמה מהר הוא מפסיק לבעור. UL 94, שפיתחה Underwriters Laboratories (UL), הוא התקן הנפוץ ביותר להערכת עמידות לאש של חומרים פלסטיים וחומרי PCB.
מדריך זה מסביר מה המשמעות של UL 94 V-0, V-1 ו-V-2, כיצד מתבצעת הבדיקה, ואיך להבטיח שה-PCB שלכם עומד בדירוגים הללו.
למה דליקות חשובה בתכנון PCB
PCB מותקנים במוצרים שעלולים להפיק חום או להימצא בקרבת רכיבי הספק. חומר מעכב בעירה יכול למנוע ממקורות הצתה קטנים — כמו קצר חשמלי או כשל רכיב — להתפתח לשריפה. תקן UL 94 מגדיר כיצד חומרים מתנהגים מול להבה וקובע גבולות למשך הבעירה ולשאלת הופעת טפטופים בוערים.
עבור יצרני PCB, UL 94 הולך לעיתים קרובות יד ביד עם UL 796, שמכסה את מבנה ה-PCB והבטיחות. יחד, התקנים מבטיחים שהלוח וחומריו עומדים בדרישות בטיחות אש מוכרות.
סקירה: דירוגי הדליקות של UL 94
UL 94 כולל כמה סוגי בדיקות, אך לחומרי מצע של PCB הנפוצות ביותר הן V-0, V-1 ו-V-2, הנמדדות באמצעות בדיקת בעירה אנכית.
דרישות עיקריות (תקציר)
| הדירוג | זמן להבה אחרי הסרת הלהבה (לכל חשיפה) | סכום זמני הבעירה (10 דגימות) | טפטופים בוערים | זמן זוהר/גחילה לאחר הסרת הלהבה |
|---|---|---|---|---|
| V-0 | ≤ 10 שניות | ≤ 50 שניות | אסורים | ≤ 30 שניות |
| V-1 | ≤ 30 שניות | ≤ 250 שניות | אסורים | ≤ 60 שניות |
| V-2 | ≤ 30 שניות | ≤ 250 שניות | מותרים | ≤ 60 שניות |
בקיצור: V-0 הוא המחמיר ביותר — הדגימות נכבות מהר ואין טפטופים בוערים. V-1 מאפשר זמן בעירה ארוך יותר אך עדיין ללא טפטופים בוערים, ו-V-2 מאפשר גם בעירה ארוכה יותר וגם טפטופים.
איך פועלת בדיקת הבעירה האנכית
בבדיקת UL 94 האנכית, דוגמית קטנה מפלסטיק או למיניט נלכדת אנכית. להבה מבוקרת מוצמדת לשפתה התחתונה ל-10 שניות ואז מוסרת. הבודק רושם כמה זמן החומר ממשיך לבעור או לזהור (גחילה). לאחר מכן חוזרים ומצמידים להבה לעוד 10 שניות כדי לבדוק עקביות.
נבחנות עשר דוגמיות. כדי לעבור דירוג מסוים (V-0/V-1/V-2) חייבים סכומי זמני הבעירה והתנהגות הטפטוף לעמוד בגבולות שבטבלה. הבדיקה מדמה מצב שבו להבה פנימית קטנה באה במגע עם PCB או עם בית המכשיר.
קטגוריות נוספות ב-UL 94 כוללות HB (בעירה אופקית), 5VB ו-5VA. HB היא המקלה ביותר (בדיקה אופקית), בעוד 5VA מחמירה יותר מ-V-0. ב-PCB מתייחסים בעיקר לדירוגים האנכיים.
איך להשיג דירוג V-0 בייצור PCB
בחירת חומרים בעלי דירוג UL 94 V-0
התחילו בלמינציות בסיס שמראש עומדות ב-V-0. רוב חומרי FR-4 הסטנדרטיים — למשל Isola 370HR, Panasonic MEGTRON או Shengyi S1000H — מדורגים V-0. בלוחות תדר גבוה, גם חומרים כמו Rogers RO4000 או Isola I-Tera MT40 מגיעים לרמה זו. אימתו תמיד ב-גליון נתונים (TDS) של החומר.
אימות כל החומרים בערימת השכבות (Stack-up)
אל תבדקו רק את הליבה. גם מסכת הלחמה (Solder Mask), דיו הסימונים (Legend), דבקים ו-אינקפסולנטים/ציפויים חייבים לעמוד באותו דירוג להבה. חומר אחד בלתי מדורג עלול לפגום בביצועי הלוח בבדיקה.
התחשבות בגורמי תכן
עובי הנחושת, תכולת השרף ו-פתחים במסכת ההלחמה משפיעים על מעבר החום. פינות חדות או אזורים עשירי-שרף עלולים לרכז חום. נקו היטב שאריות פלוקס — חומרים כימיים שנותרו עשויים להגביר הצתה.
עבודה עם יצרן מוסמך UL
אם המוצר צריך סימון UL, עבדו עם יצרן PCB הרשום תחת UL 796 ובקובץ שלו מופיעים דירוגי הדליקות. כך תבטיחו ייצור עקבי ותיעוד מסודר.
מתי נדרש V-0?
במרבית האלקטרוניקה המסחרית והתעשייתית, היעד הוא V-0 משום שהוא מעניק מרווח בטיחות מיטבי. מוצרי צריכה, מודולים לרכב וספקי כוח נוהגים לדרוש PCB מדורג V-0.
חומרי V-1 מתאימים ליישומים בהספק נמוך או סגורים שבהם טפטוף או כיבוי איטי יותר אינם מסוכנים. V-2 נדיר באלקטרוניקה קריטית בגלל סיכון של טפטופים בוערים העלולים להצית רכיבים סמוכים.
גם פוליאימיד גמיש וקומפוזיטי PTFE לתדר גבוה יכולים לעמוד ב-V-0, אך האישור תלוי בסוג וב-עובי המדויקים.
תפיסות שגויות נפוצות
- “FR פירושו V-0.”
לא תמיד. FR משמעו “מעכב בעירה”, אך לא כל FR-4 או שרף מסדרת FR עומדים אוטומטית ב-V-0. תמיד בדקו את רישום UL או את TDS. - “רק הליבה חשובה.”
לא נכון. כל חומרי ה-PCB — כולל ציפויים ו-דבקים — תורמים לדירוג הדליקות הסופי. - “כלל 10 השניות מספיק.”
כל דוגמית נבחנת פעמיים; נספרים גם סכומי זמני הבעירה וגם התנהגות הטפטוף. - “דף נתונים = תאימות.”
עדיין על היצרן לאמת את מבנה הלוח הסופי אם המידות, מערכות השרף או משקלי הנחושת שונים מהתצורה שנבחנה ב-UL.
שאלות נפוצות — בקצרה
ש: מה ההבדל העיקרי בין 94V-0 ל-94V-2?
ת: V-0 נכבה מהר יותר ואינו יוצר טפטופים בוערים; V-2 מאפשר טפטופים בוערים וכיבוי איטי יותר.
ש: האם כל חומר FR-4 מדורג V-0?
ת: רוב ה-FR-4 המודרניים כן, אך תמיד אימתו את הרישום ב-UL עבור החומר וה-עובי הספציפיים.
ש: האם אני צריך גם UL 796?
ת: כן. UL 796 מאשר את מבנה ה-PCB, ו-UL 94 מכסה את דליקות החומרים. לעיתים קרובות שני הסימונים מופיעים יחד על סימון ה-UL.
מחשבות אחרונות
דירוגי דליקות הם יותר ממספרים — הם מגינים על משתמשים ועל מוצרים מסיכוני אש. הבנת מערכת UL 94 V-0/V-1/V-2 מסייעת למהנדסים לבחור את חומרי ה-PCB הנכונים, לעמוד בתקני בטיחות ולפשט הסמכה.
בקיצור:
- V-0 = ההגנה הטובה ביותר (כיבוי מהיר, ללא טפטופים)
- V-1 = הגנה בינונית (זמן בעירה ארוך יותר, ללא טפטופים)
- V-2 = הדירוג האנכי הנמוך (טפטופים בוערים מותרים)
בחירה נכונה של הדירוג כבר בשלב התכנון תבטיח שה-PCB יעבור בדיקות תאימות, יעמוד בתקני UL ויספק אמינות לאורך זמן בשדה.
