ما هي وظائف لوحة الدوائر؟

توجد لوحة الدوائر المطبوعة ، أو PCB ، في كل نوع من الأجهزة الإلكترونية تقريبًا. توفر هذه الألواح البلاستيكية ومكوناتها المضمنة التكنولوجيا الأساسية لكل شيء من أجهزة الكمبيوتر والهواتف المحمولة إلى الساعات الذكية. تسمح توصيلات الدائرة على PCB بتوجيه التيار الكهربائي بكفاءة بين المكونات المصغرة على اللوحة ، لتحل محل الأجهزة الأكبر والأسلاك الضخمة.

اعتمادًا على التطبيق المصمم من أجله ، قد تؤدي لوحة الكمبيوتر مجموعة متنوعة من المهام المتعلقة بالحوسبة والاتصالات ونقل البيانات. بصرف النظر عن المهام التي تؤديها ، ربما تكون أهم وظيفة للوحة الدائرة هي توفير طريقة لدمج الإلكترونيات لجهاز في مساحة مضغوطة. يسمح ثنائي الفينيل متعدد الكلور بتوصيل المكونات بشكل صحيح بمصدر طاقة أثناء عزلها بأمان. أيضًا ، تعد لوحات الدوائر أقل تكلفة من الخيارات الأخرى لأنه يمكن تصميمها باستخدام أدوات التصميم الرقمية وتصنيعها بكميات كبيرة باستخدام أتمتة المصانع.

تُصنع لوحة الدوائر الحديثة عادةً من طبقات من مواد مختلفة. يتم دمج الطبقات المختلفة معًا من خلال عملية التصفيح. المادة الأساسية في العديد من الألواح هي الألياف الزجاجية ، والتي توفر لبًا صلبًا. تأتي بعد ذلك طبقة من رقائق النحاس على أحد جانبي اللوحة أو كلاهما. ثم يتم استخدام عملية كيميائية لتحديد آثار النحاس التي تصبح مسارات موصلة. تحل هذه الآثار محل التفاف السلك الفوضوي الموجود في طريقة البناء من نقطة إلى نقطة المستخدمة في تجميعات الإلكترونيات السابقة.

أ طبقة قناع اللحام يضاف إلى لوحة الدائرة الكهربائية لحماية وعزل الطبقة النحاسية. تغطي هذه الطبقة البلاستيكية جانبي اللوح وغالبًا ما تكون خضراء. يليه ملف طبقة بالشاشة الحريرية بأحرف وأرقام ومعرفات أخرى تساعد في تجميع اللوحة. يمكن توصيل مكونات لوحة الدائرة باللوحة بعدة طرق ، بما في ذلك اللحام. تستخدم بعض طرق التعلق الثقوب الصغيرة المعروفة باسم فياس التي يتم حفرها من خلال لوحة الدوائر. والغرض منها هو السماح للكهرباء بالتدفق من جانب واحد من اللوحة إلى الجانب الآخر.

أ دائرة كهربائية عبارة عن حلقة من مادة موصلة يمكن للكهرباء أن تنتقل عبرها. عند إغلاق الحلقة ، يمكن أن تتدفق الكهرباء دون انقطاع من مصدر طاقة مثل البطارية عبر مادة موصلة ثم تعود إلى مصدر الطاقة. يعتمد تصميم الدائرة على حقيقة أن الكهرباء تسعى إلى التدفق من جهد طاقة أعلى ، وهو مقياس للجهد الكهربائي ، إلى جهد أقل.

تتكون كل دائرة من أربعة عناصر أساسية على الأقل. العنصر الأول هو مصدر طاقة إما لتيار متردد أو تيار مستمر. العنصر الثاني عبارة عن مادة موصلة مثل السلك الذي يمكن للطاقة أن تتحرك فيه. يُعرف هذا المسار الموصل باسم مسار أو أثر. العنصر الثالث هو حمل، والتي تتكون من مكون واحد على الأقل يستنزف بعض القدرة على أداء مهمة أو عملية. العنصر الرابع والأخير هو واحد على الأقل مراقب أو تحول للتحكم في تدفق الطاقة.

عندما تقوم بإدخال حمل في المسار المغلق للدائرة ، يمكن للحمل استخدام تدفق التيار الكهربائي لأداء إجراء يتطلب طاقة. على سبيل المثال ، يمكن جعل مكون الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) ليضيء عندما تتدفق الطاقة عبر الدائرة حيث يتم إدخالها. يحتاج الحمل إلى استهلاك الطاقة لأن الحمل الزائد للطاقة قد يؤدي إلى تلف المكونات المرفقة.

تشمل أهم المكونات الموجودة على لوحة الدائرة ما يلي:

• بطارية: يوفر الطاقة لدائرة ، عادة من خلال جهاز مزدوج الطرف يوفر فرق الجهد بين نقطتين في الدائرة
• مكثف: مكون يشبه البطارية يمكنه حمل شحنة كهربائية أو إطلاقها بسرعة
• الصمام الثنائي: يتحكم في الكهرباء على لوحة الدائرة عن طريق إجبارها على التدفق في اتجاه واحد
• اداة الحث: يخزن الطاقة من تيار كهربائي كطاقة مغناطيسية
• IC (متكاملدائرة كهربائية): شريحة قد تحتوي على العديد من الدوائر والمكونات في شكل مصغر وتؤدي عادة وظيفة معينة
• قاد (خفيفةانبعاثالصمام الثنائي): ضوء صغير يستخدم على لوحة دوائر كهربائية لتقديم تغذية راجعة بصرية
• المقاوم: ينظم تدفق التيار الكهربائي من خلال توفير المقاومة
• يحول: إما أن يحجب التيار أو يسمح له بالتدفق ، اعتمادًا على ما إذا كان مغلقًا أو مفتوحًا
• الترانزستور: نوع من المفاتيح تتحكم فيه الإشارات الكهربائية

يؤدي كل مكون على لوحة الدائرة مهمة محددة أو مجموعة من المهام التي تحددها وظيفة PCB الشاملة. تعمل بعض المكونات مثل الترانزستورات والمكثفات مباشرة على التيارات الكهربائية. إنها بمثابة لبنات بناء داخل مكونات أكثر تعقيدًا تعرف باسم الدوائر المتكاملة.

يستخدم المصطلح PCBA (اختصار لتجميع لوحة الدوائر المطبوعة) لوصف لوحة الدوائر المملوءة بالكامل بمكونات متصلة باللوحة ومتصلة بآثار النحاس. يشار إليه أيضًا باسم تجميع المكونات الإضافية. غالبًا ما يشار إلى اللوحة التي تحتوي على آثار نحاسية ولكن لا تحتوي على مكونات مثبتة باسم a لوحة جهاز أو أ لوحة الدوائر المطبوعة.

يسمح تصميم لوحات الدوائر الحديثة بإنتاجها بكميات كبيرة بتكلفة أقل من اللوحات القديمة الملفوفة بالأسلاك. بعد مرحلة تصميم اللوحة بمساعدة برامج الكمبيوتر المتخصصة ، يكون التصنيع والتجميع - في الغالب - آليًا. تعتبر PCBA منتهية وجاهزة للاستخدام بعد اكتمال اختبار ضمان الجودة.

ان دائرة مفتوحة هو جهاز غير مغلق بسبب سلك مكسور أو اتصال مفكوك. الدائرة المفتوحة لا تعمل لأنها لا تستطيع توصيل الكهرباء. على الرغم من أن الجهد الكهربائي قد يكون متاحًا في دائرة مفتوحة ، إلا أنه لا توجد طريقة لتدفقه. في بعض الحالات ، تكون الدائرة المفتوحة مطلوبة. على سبيل المثال ، يفتح المفتاح المستخدم لتشغيل الضوء وإيقافه ويغلق الدائرة التي تصل الضوء بمصدر الطاقة الخاص به.

نوع آخر من الدوائر المعيبة هو دائرة مقصورة، والتي يمكن أن تحدث عندما تتحرك قدر كبير جدًا من الطاقة خلال الدائرة وتؤدي إلى إتلاف المادة الموصلة أو مصدر الطاقة. يمكن أن يحدث قصر الدائرة بسبب نقطتين في دائرة متصلة عندما لا يُفترض بها ، مثل يتم توصيل طرفين من مصدر الطاقة بدون أي مكون تحميل بينهما لتصريف بعض من تيار. قد يكون تقصير مصدر الطاقة بهذه الطريقة خطيرًا وقد يؤدي حتى إلى نشوب حريق أو انفجار.

أدت الأنابيب المفرغة والمرحلات الكهربائية الوظائف الأساسية لأجهزة الكمبيوتر القديمة. أدى إدخال الدوائر المتكاملة إلى تقليل حجم وتكلفة المكونات الإلكترونية. سرعان ما تم تطوير لوحات الدوائر التي تحتوي على جميع الأسلاك الخاصة بجهاز كان يشغل في السابق غرفة بأكملها. صنعت هذه الألواح المبكرة من مجموعة متنوعة من المواد ، بما في ذلك الماسونيت والباكليت والكرتون ، وتتكون الوصلات من أسلاك نحاسية ملفوفة حول الأعمدة.

ابتداءً من الأربعينيات من القرن الماضي ، أصبحت لوحات الدوائر الكهربائية أكثر كفاءة وأرخص في الإنتاج عندما حلت الأسلاك النحاسية محل النحاس. تم استخدام الألواح المبكرة ذات الأسلاك النحاسية في أجهزة الراديو العسكرية ، وبحلول الخمسينيات من القرن الماضي ، تم استخدامها للأجهزة الاستهلاكية أيضًا. سرعان ما تطورت الألواح أحادية الجانب التي تحتوي على أسلاك على جانب واحد فقط إلى ثنائي الفينيل متعدد الكلور مزدوج الجوانب ومتعدد الطبقات الذي يتم استخدامه حاليًا على نطاق واسع.

من السبعينيات حتى التسعينيات ، أصبح تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور أكثر تعقيدًا. في الوقت نفسه ، استمر كل من الحجم المادي وتكلفة الألواح في الانكماش. عندما أصبحت اللوحات أكثر كثافة مع المكونات المرفقة ، تم تطوير تطبيقات التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) للمساعدة في إنشائها. توجد اليوم مجموعة متنوعة من الأدوات المتاحة لتصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور الرقمي ، بدءًا من الخيارات المجانية ومنخفضة التكلفة إلى الحزم عالية السعر التي تعمل بكامل طاقتها والتي تساعد في التصميم والتصنيع والاختبار.

لا يمكن أن توجد الإلكترونيات الحديثة بدون الدائرة المتكاملة ، التي تم إدخالها في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي. IC عبارة عن مجموعة مصغرة من الدوائر والمكونات مثل الترانزستورات والمقاومات والصمامات الثنائية المجمعة على شريحة كمبيوتر لأداء وظيفة محددة. قد تحتوي شريحة IC الواحدة على آلاف أو حتى ملايين المكونات. تشمل الأنواع الأكثر شيوعًا للدوائر المتكاملة البوابات المنطقية ، وأجهزة ضبط الوقت ، والعدادات ، وسجلات التحول.

إلى جانب الدوائر المتكاملة منخفضة المستوى ، هناك أيضًا معالج دقيق ومتحكم دقيق أكثر تعقيدًا لديه القدرة على التحكم في جهاز كمبيوتر أو جهاز آخر. تشتمل الدوائر المتكاملة المعقدة الأخرى على أجهزة استشعار رقمية مثل مقاييس التسارع والجيروسكوبات الموجودة في الهواتف المحمولة والأجهزة الإلكترونية الأخرى. مثل الأجزاء الأخرى من ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، انخفض حجم الدوائر المتكاملة بشكل مطرد خلال العقود القليلة الماضية.

تم استخدام تركيب المكونات على مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور أحادية الجانب في وقت مبكر تقنية الثقب، حيث يتم إرفاق أحد المكونات على جانب واحد من اللوحة وتثبيته من خلال فتحة لتتبع آثار الأسلاك الموصلة على الجانب الآخر باستخدام اللحام. في الوقت الذي تم تقديمه فيه ، كانت تقنية الثقب تقدمًا على البناء من نقطة إلى نقطة ، ولكن الثقوب تم حفره في ثنائي الفينيل متعدد الكلور للتركيب أدى إلى العديد من مشكلات التصميم ، خاصة بعد إدخال متعدد الطبقات المجالس. نظرًا لأن الثقوب كانت بحاجة إلى المرور عبر جميع الطبقات ، فقد تم التخلص من نسبة كبيرة من العقارات المتاحة على السبورة.

تقنية Surface-mount (SMT) حل العديد من المشاكل التي تسببها الثقوب. أصبح مستخدمًا على نطاق واسع في التسعينيات ، على الرغم من أنه تم تقديمه قبل عدة عقود. تم تغيير المكونات بحيث تحتوي على وسادات صغيرة ملحقة يمكن لحامها بلوحة دائرة كهربائية مباشرة بدلاً من سلك سلك. سمحت SMT لمصنعي ثنائي الفينيل متعدد الكلور بتعبئة عدد كبير من المكونات على جانبي ثنائي الفينيل متعدد الكلور بكثافة. هذا النوع من التركيب أسهل أيضًا في التصنيع باستخدام الأتمتة.

لم يغني تركيب SMT عن الحاجة إلى وجود ثقوب في لوحات الدوائر. لا تزال بعض تصميمات ثنائي الفينيل متعدد الكلور تستخدم فيا للسماح بالترابط بين المكونات على طبقات مختلفة. ومع ذلك ، فإن هذه الثقوب ليست متطفلة مثل الثقوب الموجودة سابقًا لتركيب المكونات.

قد تشتمل أكثر الأجهزة الإلكترونية تعقيدًا على مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور متعددة الطبقات. تتكون هذه الألواح من ثلاث طبقات على الأقل من مادة موصلة مثل النحاس بالتناوب مع طبقات من العزل. تتضمن التكوينات الشائعة للوحات متعددة الطبقات أربع أو ست أو ثماني أو 10 طبقات. يجب تصفيح جميع الطبقات معًا لضمان عدم احتباس الهواء بين الطبقات. تتم هذه العملية عادة تحت ضغط ودرجة حرارة عالية.

تشمل فوائد مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور متعدد الطبقات كثافة أعلى للمكونات والدوائر في مساحة أصغر. يتم استخدامها لأجهزة الكمبيوتر وخوادم الملفات وتقنية GPS وأجهزة الرعاية الصحية وأنظمة الأقمار الصناعية والفضاء. ومع ذلك ، فإن اللوحات متعددة الطبقات لها أيضًا بعض العيوب. إنها أكثر تعقيدًا ويصعب تصميمها وتصنيعها من الألواح أحادية الجانب ومزدوجة الجوانب ، مما يجعلها أكثر تكلفة. يمكن أيضًا أن يكون من الصعب إصلاحها عندما يحدث خطأ ما داخل الطبقات الداخلية للوحة.