المكونات ذات الفتحات في لوحات الدوائر المطبوعة: طرق التركيب، تصميم الوسادات، والإصلاحات

تقنية الحفر الداخلي هي طريقة أساسية لتركيب الأجزاء على لوحة الدوائر المطبوعة عن طريق تمرير الأسلاك عبر ثقوب مثقوبة ولحامها إلى وسادات. تشرح هذه المقالة الثقوب المطلية وغير المطلية، وأجزاء المدخن، وحجم الفتحات وتركيبها، والتباعد، وتدفق الحرارة، وطرق التجميع، والمكونات، ومقارنة الأنظمة السطحية الصغيرة، ونقاط الموثوقية، والعيوب مع الإصلاحات، وكل ذلك بخطوات واضحة ومفصلة أدناه.

أساسيات الفتحة في تصميم لوحات الدوائر المطبوعة

الفتحة المرورية هي طريقة لتركيب الأجزاء على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) عن طريق تمرير أسلاك معدنية عبر ثقوب مثقوبة في اللوحة. يتم لحام الأسلاك على وسادات نحاسية، مما يخلق تمسكا ميكانيكيا قويا واتصالا كهربائيا واضحا. نظرا لأن السلك يمر عبر كامل سمك لوحة الدوائر المطبوعة، فإن وصلة اللحام مثبتة داخل اللوحة، وليس فقط على السطح. عندما تغطى جدران الثقب بالنحاس، يمكن للثقب أيضا ربط طبقات النحاس داخل اللوحة.

المصطلحات الشائعة:

• تقنية الثقب (THT) - باستخدام ثقوب مثقوبة في لوحة المطبوعات لتركيب وربط الأجزاء.

• THM (التركيب عبر الفتحة) - اسم آخر لنفس طريقة التثبيت.

الفتحات المغطاة مقابل غير المطلية

أجزاء من مدخنة ثقب

• ثقب الحفر - الفتحة في لوحة الدوائر المطبوعة التي يصنعها مثقاب أو جهاز توجيه، حيث يمر السلك من خلاله.

• البرميل - النحاس على جدار الثقب في فتحات مطلية، مما يسمح بتدفق التيار بين الطبقات.

• الوسادات الخارجية (الأعلى والأسفل) - مناطق نحاسية على الأسطح الخارجية للدائرة حيث يرتبط اللحام بالرصاص.

• وسادات الطبقة الداخلية - مناطق نحاسية في الطبقات الداخلية تتصل بنفس المسار الكهربائي للفتحة.

• الحلقة الحلقية - الحلقة النحاسية حول فتحة الحفر التي تحافظ على اتصال الوسادة وتساعد في منعها من الانكسار.

حجم الفتحة العميقة وتركيب الرصاص 

حجم الفتحة وتركيب الرصاص

يجب أن يتطابق حجم الثقب في وسادة الفتحة مع الرصاص المعدني، لكنه لا يجب أن يكون نفسه. يجب أن تسمح الثقب أيضا بمساحة لطلاء النحاس والتغيرات العادية في الحفر. يضاف فراغ إضافي صغير فوق قطر الرصاص حتى ينزلق الرصاص بسلاسة، ويمكن للحام أن يتدفق حوله. هذا يساعد المفصل على البقاء ثابتا وأسهل في التجميع.

إذا كان الثقب ضيقا جدا

عندما يكون الثقب ضيقا جدا، يصعب دفع الرصاص من خلاله. قد يخدش النحاس، أو يثني الوسادة، أو يسبب إجهادا عاليا على السبطانة. مع مرور الوقت، يمكن أن يسبب هذا الإجهاد تشققات في النحاس أو يجعل الوسائد ترتفع عن اللوح، مما قد يضر بالاتصال.

إذا كان الثقب فضفاضا جدا

عندما يكون الثقب فضفاضا جدا، تصبح الفجوة بين الرصاص والماسورة كبيرة. قد لا يملأ اللحام هذه المساحة، لذا قد يكون الفيليت رقيقا أو ضعيفا. يمكن أن يميل الرصاص إلى جانب واحد، مما يؤثر على الاختبار ويجعل اللوح يبدو غير مستو. في هذه الحالة، معظم القوة تأتي من اللحام وحده، وليس من التركيب القوي بين الرصاص والثقب.

تخطيط الألواح لألواح الفتحات

الوسادات الخارجية

الوسادات الخارجية هي المناطق النحاسية في أعلى وأسفل اللوح حول الفتحة. توفر مساحة للحام ليربطها بالرصاص، مما يجعل الوصلة سهلة الرؤية والفحص.

اتصالات الطبقة الداخلية

تحدد الوسادات الداخلية أي طبقات النحاس على اللوح تتصل بالبرميل المطلي. يوجهون كيف تنتقل الطاقة والإشارات عبر اللوحة ويساعد في الحفاظ على الطريق واضحا ومتحكما فيه.

الوسادات المضادة

الوسادات المضادة هي فتحات دقيقة بدون نحاس حول السبطانة، في طبقات من المستوى النحاسي على شبكة مختلفة. تحافظ على البرميل من التعرض للنحاس القريب وتساعد في التحكم في سلوك الإشارة والضوضاء غير المرغوب فيها.

قواعد الطبقة

تحدد قواعد الطبقات أحجام الوسادات، والمساحات الجوية، وأنماط تخفيف الحرارة على كل طبقة. تحافظ هذه القواعد على تباعد ثابت وتساعد الوسادات على التسخين والتبريد بطريقة محكومة أثناء اللحام.

اتساق المكتبة

اتساق المكتبة يعني استخدام أكوام القواعد القياسية لأحجام الرصاص الشائعة والحفاظ على وضوح وتنظيم الأسماء. هذا يجعل من السهل مطابقة آثار الأقدام، وأكوام الأكمام، وخرائط الحفر دون أي خلط.

تباعد ووضع الوسادات عبر الفتحة 

التباعد بين الحفرة والوسادة إلى الوسادة

• اترك مساحة كافية حتى لا تتلامس شرائح اللحام ولا تشكل جسورا بين الوسادات.

• نقطة بداية شائعة هي التباعد من الحافة إلى الحافة حوالي 1.27 مم، لكن القيمة الدقيقة تعتمد على حدود مصنع لوحة الدوائر المطبوعة.

المسافة إلى حواف اللوح

• إبقاء الوسائد والثقوب المفتوحة بعيدا عن الحافة الخارجية للوح وعن الألواح القابلة للكسر.

• المسافة الإضافية تقلل من احتمال تشقق أو انكسار الوسائد عند قطع اللوح من اللوح.

الإشارات القريبة

• تجنب وضع العديد من الوسائد ذات الفتحات بالقرب من الآثار الرقمية السريعة أو المسارات التناظرية الحساسة.

• يمكن أن تتنقل التيارات في البراميل والطائرات النحاسية مع خطوط الإشارة القريبة وتؤثر على جودة الإشارة.

تخفيف الحرارة وتدفق الحرارة حول الوسادات ذات الفتحات 

تدفق الحرارة والوسائد التي يصعب لحامها

عندما تربط الوسادة مباشرة بمنطقة نحاسية كبيرة، يسحب النحاس الحرارة بعيدا أثناء اللحام. قد لا تسخن الوسادة بما فيه الكفاية، وقد لا يبلل اللحام الوصلة بشكل صحيح.

استخدام النحولات الحرارية

تستخدم البروز الحراري أسلاك نحاسية رفيعة بين الوسادة والطائرة. هذا يحافظ على مسار كهربائي جيد مع إبطاء فقدان الحرارة، بحيث تسخن الوسادة بشكل أسرع ويصبح اللحام أسهل.

موازنة النحاس حول الوصلة

الحفاظ على مناطق نحاسية متشابهة على جانبي الرصاص يساعد كلا الجانبين على التسخين بمعدل متقارب. هذا يدعم تدفق اللحام السلس ووصلة أكثر توازنا.

التخطيط لقطع النقل بالطاقة

بالنسبة للوسادات التي تحمل تيارا أعلى، اجمع بين البروز الحراري وصب النحاس والفياهات الحرارية. هذا ينشر الحرارة مع الحفاظ على قابلية اللحام والوسادة واستقرارها.

طرق التجميع لمكونات الفتحة 

اللحام اليدوي

• تستخدم للنماذج الأولية، والدفعات الصغيرة، وأعمال الإصلاح.

• يسمح بالتحكم الدقيق في كل وصلة لكنه أبطأ من الطرق الآلية.

اللحام الموجي

• تتحرك لوحة الدوائر فوق موجة متدفقة من اللحام المنصهر في الجانب السفلي.

• لحام العديد من الوصلات في نفس الوقت ويعمل بشكل جيد عندما تكون معظم الأجزاء من فتحة عبور.

اللحام الانتقائي

• يستخدم فوهة لحام صغيرة لتطبيق اللحام فقط على الوسادات والدبابيس المختارة.

• يركب الألواح المختلطة حيث يحتوي أحد الجانبين على أجزاء SMT، والجانب الآخر يحتوي على أجزاء من الفتحة، مما يقلل من التغطية ويحد من الحرارة على الأجزاء المجاورة.

أنواع المكونات الشائعة ذات الفتحة الزائدة 

الموصلات

تستخدم موصلات الفتحة حيث تحتاج المقابس أو الأسلاك أو الكابلات إلى تثبيت ثابت. تمر الأسلاك عبر اللوحة وتساعد في توزيع قوى السحب والدفع بين وصلات اللحام، ولوحة الدوائر المطبوعة، والحلفة، مما يحافظ على استقرار الاتصال مع مرور الوقت.

قطع الطاقة

غالبا ما تكون أجزاء الطاقة أكثر كتلة وتولد حرارة أكثر من الأجزاء ذات الإشارات الصغيرة. يوفر التركيب عبر الفتحة دعما ميكانيكيا قويا في جميع أنحاء اللوحة، ويمكن استخدام معدات إضافية مثل البراغي أو المشابك مع الأسلاك لتثبيت هذه الأجزاء في مكانها.

المكثفات الإلكتروليتية الشعاعية

توفر المكثفات الإلكتروليتية الشعاعية سعة عالية في مساحة صغيرة نسبيا، مع وجود أسلاتين يمران عبر اللوحة. تساعد أسلاك الفتحة في الحفاظ على ثبات الجسم أثناء التشغيل واللحام، مما يدعم الموثوقية طويلة الأمد في مسارات الطاقة والترشيح.

المقاومات المحورية والديودات

تستخدم المقاومات المحورية والديودات أسلاكا في كلا الطرفين، مما يسمح لها بامتداد مسافة أوسع على اللوحة. التركيب عبر الفتحة يعمل جيدا للتخطيطات التي تحتاج إلى تباعد أطول بين الأسلاك أو الوقوف بجهد أعلى، كما أنه يناسب العديد من اللوحات القديمة أو السهلة الإصلاح.

ثقب الثقب مقارنة بالأجزاء المثبتة على السطح

عوامل الموثوقية لوصلات اللحام ذات الفتحات

جودة شرائح اللحام

الوصلة الجيدة تحتوي على لحام يلتف بسلاسة حول الرصاص والوسادة دون وجود فجوات أو شقوق. السطح الصلب والمتساوي يساعد المفصل على حمل التيار والتعامل مع الإجهاد.

صفائح البرميل

يجب أن يكون النحاس في السبطانة سميكا بما يكفي وملتصقا بقوة بالوسادات. الشقوق أو الانفصال في هذا النحاس يمكن أن يكسر المسار الكهربائي حتى لو بدا الخارج طبيعيا.

الملف الحراري

يجب ضبط وقت اللحام ودرجة الحرارة بحيث يسخن الوصلة بما يكفي لترطيب جيد دون أن تسخن الوسادات أو البراميل. الحرارة القليلة تؤدي إلى ضعف المفاصل؛ الإفراط في ذلك قد يرفع الوسادات أو يتلف اللوح.

الدعم الميكانيكي

يجب ألا تعتمد الأجزاء الثقيلة أو الطويلة فقط على الأسلاك ووصلات اللحام للدعم. الدعم الإضافي الذي يحد من الحركة يقلل الضغط على المفاصل ويساعدها على الاستمرار لفترة أطول.

العيوب الشائعة والإصلاحات التي تعبر الفتحة

الخاتمة

تفاصيل الحفر في هذا المقال تغطي أكثر من مجرد الحفر البسيط. تربط نوع الفتحات، شكل المدخنة، المسافات، وتوازن النحاس بمدى جودة لحام الوصلات وتماسكها مع مرور الوقت. تظهر طرق التجميع والأجزاء القياسية أن الثقب العميق لا يزال يناسب SMT في اللوحات الحديثة. فحوصات الموثوقية وإصلاحات العيوب تربط كل شيء معا بحيث يمكن لنفس القواعد توجيه الوصلات المستقرة من التخطيط وحتى الإنتاج والاستخدام الميداني طويل الأمد.

الأسئلة الشائعة

ما هو الحد الأدنى القياسي لحجم الثقب في لوحات الدوائر المطبوعة؟

الحد الأدنى لحجم الحفر القياسي هو حوالي 0.20–0.30 مم. الثقوب الصغيرة ممكنة لكنها تحتاج إلى معالجة خاصة.

ما سمك الطلاء النحاسي في فتحة مطلية من الداخل؟

سمك البرميل النحاسي بضعة عشرات من الميكرومترات، وهو ما يكفي لحمل التيار وتحمل دورة الحرارة.

كيف يؤثر اللحام الخالي من الرصاص على اللحام عبر الفتحة؟

اللحام الخالي من الرصاص يذوب عند درجة حرارة أعلى، لذا تتعرض الوسادات والبراميل لدرجات حرارة أعلى وتتطلب مظهرا دقيقا للتحكم فيه.

كيف يتم فحص وصلات اللحام ذات الفتحات من حيث الجودة؟

يتم فحصها من خلال الفحص البصري أو الآلي للتأكد من شكل الريشة والترطيب وموقع الدبابيس، وأحيانا عن طريق قطع ألواح العينات لفحص المقطع العرضي.

ماذا يفعل الطلاء التوافقي حول الثقوب المرورية؟

يشكل طبقة حماية رقيقة حول الأسلاك والوسائد للحماية من الرطوبة والأوساخ، مما يترك المناطق المقنعة مفتوحة للاتصال أو اللحام لاحقا.

كيف يؤثر الاهتزاز على أجزاء الفتحة؟

الاهتزاز يجعل الأسلاك ووصلات اللحام تتحرك مع اللوحة، مما قد يسبب تعب الوصلات إذا كانت الحركة كبيرة أو ثابتة. الدعم الإضافي والألواح الأكثر صلابة تساعد في تقليل التوتر.