شامل دليل تصميم فتحات التوصيل (Via) في لوحات الدوائر المطبوعة (FPC)

يتم طلاء المسارات المعدنية عبر هياكل تخترق الطبقات العازلة لـ FPC (الدوائر المطبوعة المرنة) لتحقيق التوصيل الكهربائي بين الطبقات. وتشمل هذه الثقوب: الثقوب المارة، والثقوب العمياء، والثقوب المدفونة، والثقوب الدقيقة. وفي مجال الهندسة، تُستخدم هذه الثقوب لتوصيل الإشارات والطاقة بين الطبقات في لوحات FPC ثنائية الجوانب ومتعددة الطبقات. يحدد قطر الثقب وحجم الوصلة كثافة الأسلاك. يمكن أن تتسبب الثقوب الموجودة في مناطق الانحناء في تركيز الإجهاد وكسر رقائق النحاس، وهو أمر محظور تمامًا في تصميم موثوقية الألواح المرنة (FPC).

نظرة عامة على تصميم FPC

تُعد الثقوب (الفياس) عنصرًا هيكليًّا أساسيًّا للتوصيل بين الطبقات في الدوائر المطبوعة المرنة (FPCs). وفي لوحات الدوائر المرنة، يجب أن يحقق تصميم الثقوب التوازن بين التوصيلية الكهربائية والموثوقية الميكانيكية وأداء الانحناء. ويُعد التصميم غير السليم للثقوب أحد الأسباب الشائعة لفشل الدوائر المطبوعة المرنة.

FPC عبر النوع

ثقب نافذ	يُعد هذا التصميم، الذي يخترق جميع الطبقات ويتميز بنطاق فتحات يتراوح بين 0.15 و0.5 ملم، الأكثر استخدامًا والأكثر نضجًا والأكثر فعالية من حيث التكلفة.
الثقب الأعمى	من الطبقة الخارجية إلى الطبقة الداخلية، تكون غير قابلة للاختراق، ويتراوح قطر الثقوب فيها بين 0.1 و0.2 ملم. وهي تُستخدم عادةً في تصميمات HDI وتتطلب الحفر بالليزر. .
مدفون عبر	وهي موجودة بالكامل في الطبقة الداخلية، ويتراوح حجم مسامها بين 0.1 و0.2 ملم. وهي لا تشغل مساحة في الطبقة الخارجية، لكن تصنيعها عملية بالغة التعقيد.

حسب مواصفات الحجم

المعلمة	الإجراء المعتاد	الحرفية الدقيقة
الفتحة الدنيا	0.2 ملم	0.1 ملم
قطر الوسادة	فتحة العدسة +0.3 مم	فتحة العدسة +0.2 مم
المسافة بين الفراغات والسطور	0.15 ملم	0.10 ملم
المسافة بين الحفرة والأخرى	0.5 ملم	0.3 ملم
المسافة من الثقب إلى حافة اللوحة	0.5 ملم	0.3 ملم

عن طريق العملية

الحفر الميكانيكي	تُعد الفتحة التي يبلغ قطرها 0.2 مم أو أكثر مناسبة للثقوب المارة، لكن جدران الثقب قد تكون خشنة. وتتمثل الميزة في انخفاض التكلفة.
الحفر بالليزر	وبفضل قطر الثقب الذي يبلغ 0.05 مم أو أكثر، فإنها مناسبة للثقوب الدقيقة والثقوب المسدودة. وتكون جدران الثقب ناعمة بعد المعالجة، وتتميز هذه التقنية بدقتها العالية.
مادة حشو للطلاء الكهربائي	توفر الثقوب المملوءة بالنحاس توزيعًا جيدًا للحرارة وموصلية جيدة، مما يجعلها مناسبة للثقوب الحرارية والثقوب المتراكبة، لكن تكاليف معالجتها أعلى.

القواعد الأساسية الخاصة بالثقوب والانحناءات

• يُحظر استخدام الثقوب الموصلة في مناطق الانحناء: فالثقوب الموصلة تُعد نقاطًا لتركيز الإجهاد، وقد تتسبب في تشقق رقائق النحاس في مناطق الانحناء.

• تبلغ المسافة بين الثقب المار وحدود منطقة الانحناء 1 مم أو أكثر.

• تتطلب المسارات الموجودة بالقرب من منطقة الانحناء الديناميكي تقييمًا خاصًا.

• تجنب وضع الثقوب الموصلة بالقرب من الانحناءات في المناطق ذات الكثافة العالية.

تصميم جذاب

تُستخدم الثقوب الحرارية لتبديد الحرارة:

• فتحة 0.3-0.5 مم

• المسافة بين الثقوب: 0.8-1.2 ملم

• معجون النحاس أو مادة الحشو المستخدمة في الطلاء الكهربائي

• يُوضع أسفل عنصر التسخين

• تؤدي ربط رقائق النحاس إلى زيادة مساحة تبديد الحرارة

كيف يتم تحديد فتحة العدسة؟

التوصيل التقليدي	0.2-0.3 ملم
الطاقة عبر	0.3-0.5 ملم
شائع عبر	0.3-0.5 ملم
المسام الدقيقة HDI	0.1-0.2 ملم
ثقب مرور الموصل	وفقًا لمواصفات الموصل

هل يقع الممر في منطقة آمنة؟

المسافة من الثقب إلى منطقة الانحناء	>1 مم للسلامة
المسافة من الثقب إلى منطقة الانحناء	0.5-1 مم يتطلب تقييمًا
عبر منطقة المنعطف	يحظر
تقع المنطقة ذات الكثافة العالية من الثقوب بالقرب من خط الانحناء.	غير موصى به

هل أحجام الوسادات كافية؟

قطر الوسادة	≥فتحة العدسة + 0.3 مم مقبولة
المسافة بين الفراغات والسطور	≥0.15 مم مقبول
المسافة بين الحفرة والأخرى	يُعتبر القياس ≥0.5 مم مقبولاً
المسافة من الثقب إلى حافة اللوحة	يُعتبر القياس ≥0.5 مم مقبولاً

القواعد الأساسية لتصميم نصف الثقب على حافة اللوحة

1．المعلمات الأساسية

فتحة العدسة	≥0.3 مم (بالنسبة للثقوب النصفية المستقلة، يُوصى باستخدام وسادات بيضاوية الشكل، ويجب ألا يقل عرض الوسادات المتبقية على اللوحة عن 0.3 مم).
التصميم	يجب محاذاة مركز الثقب مع محيط طبقة GM/GKO، مع انحراف لا يتجاوز ±0.05 مم.
تصميم «الإصبع الذهبي»	تحتوي كل لوحة على فتحتين (فتحة نصفية على حافة اللوحة + فتحة داخل اللوحة)، متباعدتين بمسافة لا تقل عن 0.3 مم، لتجنب الترتيب في صف واحد (لمنع كسر اللوحة).

2．النقاط الرئيسية في هذه العملية

قم بتدوير حافة نصف الثقب (نصف القطر ≥ 0.1 مم) لإزالة النتوءات؛ ويبلغ المحور الرئيسي للوسادة الإهليلجية ≥ 0.6 مم، بينما يبلغ المحور الثانوي ≥ 0.4 مم.

تصميم لوحة مقاومة للكسر في تخطيط الثقوب المارة

الأغراض المحظورة

• يجب ترتيب الثقوب في صفوف (متداخلة عموديًا/أفقيًّا بمقدار 0.3-0.5 مم)؛;

• توجد وسادات نصف الثقب/النافذة في منطقة الانحناء (على مسافة ≥0.5 مم من مركز الانحناء)؛;

• يقع ثقب التثبيت على مسافة تقل عن 0.5 مم من حافة اللوحة (وتبعد حافة ثقب التثبيت مسافة ≥0.5 مم عن إطار اللوحة).

نقاط اللحام وقناع اللحام

• يجب أن يكون القطر الخارجي للثقب المار أكبر من أو يساوي القطر الداخلي زائد 0.2 مم؛ ويجب أن يكون القطر الخارجي لثقب الإدخال أكبر من أو يساوي القطر الداخلي زائد 0.4 مم.

• القطر الخارجي للمنطقة المفتوحة + 0.05-0.1 مم.

• يجب أن تكون الثقوب مغطاة بالكامل بالغشاء الواقي؛ ويُحظر ترك أي فتحة جزئية (لمنع الأكسدة والكسر).

تحديد طبقات الآبار

• ثقب مطلي بالمعدن (PTH): مصمم في طبقة الثقب، مع تفاوت في القطر يبلغ ±10%.

• (الثقوب/الأخاديد غير المعدنية: تُصمم على طبقة GM/GKO، على نفس الطبقة التي يوجد عليها خط إطار اللوحة، ولا يُسمح بوجود أي خطوط زائدة (لمنع حدوث أي إغفالات).

قائمة مراجعة تصميم الصب (DFM)

• هل تم تحديد نوع الثقب؟

• هل تتوافق فتحة العدسة وحجم الوسادة مع المواصفات؟

• هل توجد فتحة التوصيل في منطقة الانحناء؟

• هل المسافة بين الثقب المار ومنطقة الانحناء ≥ 1 مم؟

• هل يبلغ سمك النحاس في الثقب 20 ميكرومترًا أو أكثر؟

• هل تم التأكد من عملية الثقوب العمياء/الثقوب المدفونة؟

• هل تم التأكد من عملية إزالة الترسبات من أنابيب الحفر؟

• هل تم ملء الثقوب الساخنة بالنحاس؟

• هل تم التخطيط لإجراء الاختبار الكهربائي 100%؟

الأخطاء الشائعة

تظهر منطقة الانحناء من خلال الفتحة	تُعد الثقوب نقاطًا لتركيز الإجهاد؛ فعند ثني الدائرة، تتشقق رقاقة النحاس عند الثقب. لذا يجب تجنب وجود الثقوب في منطقة الثني.
سماكة النحاس غير كافية في الفتحة	يحدث الكسر تحت تأثير الإجهاد الحراري عندما يكون قطر الثقب النحاسي أقل من 20 ميكرومتر، مما يستلزم التحقق من كفاءة عملية الطلاء الكهربائي.
من خلال وسادات صغيرة جدًّا	يؤدي سوء عملية الطلاء الكهربائي — عندما يكون قطر اللوحة أصغر من قطر الثقب زائد 0.25 ملم — إلى حدوث دوائر مفتوحة بين الطبقات.
لم يتم حفر الثقوب العمياء لإزالة بقايا الحفر.	إن بقايا المادة اللاصقة على جدران الثقوب العمياء المقطوعة بالليزر، إذا لم تتم إزالتها، ستؤدي إلى مشاكل في العزل بين الطبقات.
ثقوب توصيل ساخنة بدون حشو نحاسي	تتميز الثقوب بمقاومة حرارية عالية وقدرة ضعيفة على تبديد الحرارة؛ لذا يجب ملء الثقوب الحرارية بالنحاس أو معجون النحاس.
لم يتم الكشف عن الإزاحة عبر	تسبب اختلال محاذاة الثقب في حدوث قصر كهربائي بين الثقب والأسلاك، مما استلزم إجراء فحص AOI.

مرجع تصميمي لتصميم فتحات التوصيل في الألواح المرنة (FPC) في التطبيقات العملية

في التطبيقات العملية، يتطلب تصميم الثقوب (via) دراسة شاملة لعدة عوامل، بما في ذلك الأداء الكهربائي، والخصائص الحرارية، والموثوقية الميكانيكية، وجدوى العملية. على سبيل المثال، في الأجهزة القابلة للارتداء، يجب أن تضمن الثقوب نقلًا مستقرًا للإشارات مع التكيف مع البيئات الميكانيكية التي تتسم بالانحناء المتكرر؛ وفي إلكترونيات السيارات، يجب أن تتحمل الثقوب تقلبات أكبر في درجات الحرارة وصدمات الاهتزاز؛ وفي التطبيقات عالية التردد، تصبح الخصائص الكهرومغناطيسية للثقوب أحد الاعتبارات الأساسية. يجعل تحليل الاقتران متعدد الفيزياء هذا تصميم فتحات التوصيل في الألواح المرنة (FPC) الحديثة مشروعًا هندسيًا معقدًا، يتطلب أدوات محاكاة متقدمة وخبرة هندسية واسعة لتحقيق التحسين الأمثل.

تلخيص

مع استمرار تطور الأجهزة الإلكترونية نحو التصغير وتحسين الأداء، تشهد تقنية الثقوب الموصلة (FPC via) ابتكارات مستمرة. فالتقنيات الجديدة لتصنيع الثقوب الدقيقة، والمواد الموصلة، وحلول التوصيل عالية الكثافة آخذة في الظهور، مما يدفع الثقوب الموصلة نحو أحجام أصغر وموثوقية أعلى وأداء كهروحراري فائق. ولا تقتصر هذه التطورات التكنولوجية على توسيع حدود تطبيقات لوحات FPC فحسب، بل توفر أيضًا المزيد من الإمكانيات لتصميم أجهزة إلكترونية من الجيل التالي، مما يبرهن بشكل كامل على القيمة الهائلة لهذه البنية الصغيرة في الهندسة الإلكترونية الحديثة. إذا كنت بحاجة إلى تصنيع لوحات FPC بكميات كبيرة، فيُرجى الاتصال بشركة Geyuan Electronics للحصول على المساعدة.