توفر لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) ذات الـ 16 طبقة التعقيد والمرونة اللازمتين للأجهزة الإلكترونية الحديثة. يُعد التصميم الماهر واختيار تسلسلات التكديس وطرق التوصيل بين الطبقات أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق الأداء الأمثل للوحات. في هذه المقالة، سنستكشف الاعتبارات والإرشادات وأفضل الممارسات لمساعدة المصممين والمهندسين على إنشاء لوحات دوائر مطبوعة ذات 16 طبقة تتسم بالكفاءة والموثوقية.

1. فهم أساسيات تسلسل تكديس لوحات الدوائر المطبوعة المكونة من 16 طبقة

1.1 تعريف وهدف ترتيب التكديس

يشير تسلسل التكديس إلى الترتيب والنظام الذي يتم به تجميع المواد مثل النحاس والطبقات العازلة معًا لتشكيل لوحة دائرة متعددة الطبقات. يحدد تسلسل التكديس وضع طبقات الإشارة وطبقات الطاقة وطبقات الأرض والمكونات المهمة الأخرى في المكدس.
الغرض الرئيسي من تسلسل التكديس هو تحقيق الخصائص الكهربائية والميكانيكية المطلوبة للوحة. ويلعب دورًا حيويًا في تحديد معاوقة لوحة الدوائر، وسلامة الإشارة، وتوزيع الطاقة، والإدارة الحرارية، وجدوى التصنيع. كما يؤثر تسلسل التكديس على الأداء العام للوحة وموثوقيتها وقابليتها للتصنيع.

1.2 العوامل المؤثرة على تصميم تسلسل التكديس: هناك العديد من العوامل التي يجب مراعاتها عند تصميم تسلسل التكديس

لوحة دارات مطبوعة مكونة من 16 طبقة:

أ) الاعتبارات الكهربائية:يجب تحسين تخطيط الإشارة والطاقة والمستويات الأرضية لضمان سلامة الإشارة والتحكم في المعاوقة وتقليل التداخل الكهرومغناطيسي.
ب) الاعتبارات الحرارية:يساعد وضع مستويات الطاقة والأرضية وإدراج الفتحات الحرارية على تبديد الحرارة بشكل فعال والحفاظ على درجة حرارة التشغيل المثالية للمكون.
ج) قيود التصنيع:يجب أن يأخذ تسلسل التكديس المختار في الاعتبار قدرات وقيود عملية تصنيع PCB، مثل توفر المواد وعدد الطبقات ونسبة العرض إلى الارتفاع للحفر،ودقة المحاذاة.
د) تحسين التكلفة:يجب أن يكون اختيار المواد وعدد الطبقات وتعقيد التكديس متوافقًا مع ميزانية المشروع مع ضمان الأداء والموثوقية المطلوبة.

1.3 أنواع شائعة من تسلسلات تكديس لوحة الدوائر المكونة من 16 طبقة: هناك العديد من تسلسلات التكديس الشائعة للوحات الدوائر المكونة من 16 طبقة

لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)، حسب الأداء والمتطلبات المطلوبة. من الأمثلة الشائعة:

أ) تسلسل التكديس المتماثل:يتضمن هذا التسلسل وضع طبقات الإشارة بشكل متماثل بين طبقات الطاقة والأرض لتحقيق سلامة جيدة للإشارة، والحد الأدنى من التداخل، وتبديد الحرارة بشكل متوازن.
ب) تسلسل التكديس المتسلسل:في هذا التسلسل، تكون طبقات الإشارة متسلسلة بين طبقتي الطاقة والأرض. يوفر هذا تحكمًا أكبر في ترتيب الطبقات، ويفيد في تلبية متطلبات سلامة الإشارة المحددة.
ج) ترتيب التكديس المختلط:يتضمن هذا مزيجًا من ترتيبات التكديس المتماثلة والمتسلسلة. يسمح بتخصيص وتحسين ترتيب التكديس لأجزاء محددة من اللوحة.
د) تسلسل التكديس الحساس للإشارة:يضع هذا التسلسل طبقات الإشارة الحساسة أقرب إلى مستوى الأرض لتحقيق مناعة أفضل ضد الضوضاء وعزلها.

2. الاعتبارات الرئيسية لاختيار تسلسل تكديس لوحة الدوائر المطبوعة المكونة من 16 طبقة:

2.1 اعتبارات سلامة الإشارة وسلامة الطاقة:

يؤثر تسلسل التكديس بشكل كبير على سلامة الإشارة وكفاءة الطاقة في اللوحة. يُعدّ التوزيع الصحيح لمستويات الإشارة والطاقة/الأرضية أمرًا بالغ الأهمية لتقليل مخاطر تشوه الإشارة والضوضاء والتداخل الكهرومغناطيسي. تشمل الاعتبارات الرئيسية ما يلي:

أ) وضع طبقة الإشارة:يجب وضع طبقات الإشارة عالية السرعة بالقرب من مستوى الأرض لتوفير مسار عودة منخفض المحاثة وتقليل اقتران الضوضاء. كما يجب تصميم طبقات الإشارة بعناية لتقليل انحراف الإشارة وتطابق الطول.
ب) توزيع مستوى القدرة:يجب أن يضمن تسلسل التكديس توزيعًا مناسبًا لمستوى الطاقة لضمان سلامة الطاقة. يجب وضع مستويات الطاقة والأرضية الكافية في أماكن استراتيجية لتقليل انخفاض الجهد، وانقطاعات المعاوقة، وتداخل الضوضاء.
ج) مكثفات الفصل:يُعدّ التوزيع الصحيح لمكثفات الفصل أمرًا بالغ الأهمية لضمان نقل الطاقة بكفاءة وتقليل ضوضاء مصدر الطاقة. يجب أن يضمن تسلسل التكديس قرب مكثفات الفصل من مستويي الطاقة والأرض.

2.2 الإدارة الحرارية وتبديد الحرارة:

تُعد الإدارة الحرارية الفعّالة أمرًا بالغ الأهمية لضمان موثوقية وأداء لوحة الدوائر. يجب أن يُراعي تسلسل التكديس التوزيع الصحيح لمستويات الطاقة والأرضية، والفتحات الحرارية، وآليات التبريد الأخرى. تشمل الاعتبارات المهمة ما يلي:

أ) توزيع مستوى القدرة:يساعد التوزيع المناسب للطاقة والطائرات الأرضية في جميع أنحاء المكدس على توجيه الحرارة بعيدًا عن المكونات الحساسة ويضمن توزيعًا موحدًا لدرجة الحرارة في جميع أنحاء اللوحة.
ب) الممرات الحرارية:يجب أن يسمح تسلسل التكديس بتوزيع حراري فعال لتسهيل تبديد الحرارة من الطبقة الداخلية إلى الطبقة الخارجية أو المشتت الحراري. يساعد هذا على منع تكوّن بقع ساخنة موضعية ويضمن تبديدًا فعالًا للحرارة.
ج) وضع المكونات:ينبغي مراعاة ترتيب مكونات التسخين وقربها عند ترتيبها لتجنب ارتفاع درجة الحرارة. كما ينبغي مراعاة محاذاة المكونات مع آليات التبريد، مثل مشعات الحرارة أو المراوح.

2.3 قيود التصنيع وتحسين التكلفة:

يجب أن يُراعي تسلسل التكديس قيود التصنيع وتحسين التكلفة، لما لهما من دور هام في جدوى اللوح وقدرته على تحمل تكلفته. وتشمل الاعتبارات ما يلي:

أ) توافر المواد:يجب أن يكون تسلسل التكديس المحدد متوافقًا مع توفر المواد وتوافقها مع عملية تصنيع PCB المحددة.
ب) عدد الطبقات والتعقيد:يجب تصميم تسلسل التكديس ضمن قيود عملية تصنيع PCB المحددة، مع الأخذ في الاعتبار عوامل مثل عدد الطبقات، ونسبة العرض إلى الارتفاع للحفر، ودقة المحاذاة.
ج) تحسين التكلفة:ينبغي أن يُحسّن تسلسل التكديس استخدام المواد ويُقلل من تعقيد التصنيع دون المساس بالأداء والموثوقية المطلوبين. وينبغي أن يهدف إلى تقليل التكاليف المرتبطة بهدر المواد وتعقيد العمليات والتجميع.

2.4 محاذاة الطبقة والتداخل بين الإشارات:

يجب أن يُعالج تسلسل التكديس مشاكل محاذاة الطبقات ويُقلل من تداخل الإشارات الذي قد يؤثر سلبًا على سلامتها. تشمل الاعتبارات المهمة ما يلي:

أ) التكديس المتماثل:يساعد التكديس المتماثل لطبقات الإشارة بين طبقات الطاقة والأرض على تقليل الاقتران وتقليل التداخل.
ب) توجيه الزوج التفاضلي:يجب أن يسمح تسلسل التكديس بمحاذاة طبقات الإشارة بشكل صحيح لضمان توجيه فعال للإشارات التفاضلية عالية السرعة. هذا يُساعد على الحفاظ على سلامة الإشارة وتقليل التداخل.
ج) فصل الإشارة:ينبغي أن تأخذ تسلسل التكديس في الاعتبار فصل الإشارات التناظرية والرقمية الحساسة لتقليل التداخل والتداخل.

2.5 التحكم في المعاوقة وتكامل الترددات الراديوية والموجات الدقيقة:

في تطبيقات الترددات الراديوية/الموجات الدقيقة، يُعدّ تسلسل التكديس أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق التحكم والتكامل المناسبين في المعاوقة. تشمل الاعتبارات الرئيسية ما يلي:

أ) المعاوقة المتحكم بها:يجب أن يسمح تسلسل التكديس بتصميم معاوقة مُتحكم فيه، مع مراعاة عوامل مثل عرض المسار، وسمك العازل، وترتيب الطبقات. يضمن هذا انتشارًا دقيقًا للإشارة ومطابقة معاوقة إشارات التردد اللاسلكي/الميكروويف.
ب) وضع طبقة الإشارة:يجب وضع إشارات RF/الميكروويف بشكل استراتيجي بالقرب من الطبقة الخارجية لتقليل التداخل من الإشارات الأخرى وتوفير انتشار أفضل للإشارة.
ج) حماية الترددات الراديوية:يجب أن يتضمن تسلسل التكديس وضعًا مناسبًا للطبقات الأرضية والحاجزة لعزل وحماية إشارات التردد اللاسلكي/الميكروويف من التداخل.

3. طرق الاتصال بين الطبقات

3.1 الثقوب الواضحة والثقوب العمياء والثقوب المدفونة:

تُستخدم الفتحات على نطاق واسع في تصميم لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) كوسيلة لتوصيل الطبقات المختلفة. وهي عبارة عن ثقوب محفورة في جميع طبقات لوحة الدوائر المطبوعة، ومطلية لتوفير استمرارية كهربائية. توفر الفتحات المستعرضة توصيلًا كهربائيًا قويًا، كما أنها سهلة الصنع والإصلاح نسبيًا. ومع ذلك، فإنها تتطلب أحجامًا أكبر لرؤوس الحفر، مما يشغل مساحة كبيرة على لوحة الدوائر المطبوعة ويحد من خيارات التوجيه.
تعتبر الفتحات العمياء والمدفونة طرقًا بديلة لتوصيل الطبقات والتي توفر مزايا في استخدام المساحة ومرونة التوجيه.
تُحفر الفتحات العمياء من سطح لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) وتنتهي في الطبقات الداخلية دون المرور عبر جميع الطبقات. تسمح هذه الفتحات بالتوصيل بين الطبقات المتجاورة مع الحفاظ على الطبقات العميقة دون المساس بها. هذا يسمح باستغلال مساحة اللوحة بكفاءة أكبر ويقلل من عدد ثقوب الحفر. أما الفتحات المدفونة، فهي فتحات محصورة تمامًا داخل الطبقات الداخلية للوحة الدوائر المطبوعة ولا تمتد إلى الطبقات الخارجية. توفر هذه الفتحات توصيلات بين الطبقات الداخلية دون المساس بالطبقات الخارجية. تتميز الفتحات المدفونة بتوفير مساحة أكبر من الفتحات النافذة والفتحات العمياء لأنها لا تشغل أي مساحة في الطبقة الخارجية.
يعتمد اختيار الثقوب النفاذة، والثقوب العمياء، والثقوب المدفونة على المتطلبات الخاصة بتصميم لوحة الدوائر المطبوعة. تُستخدم الثقوب النفاذة عادةً في التصاميم البسيطة أو حيث تكون المتانة وسهولة الإصلاح من أهم الأولويات. أما في التصاميم عالية الكثافة حيث تُعدّ المساحة عاملاً حاسماً، مثل الأجهزة المحمولة والهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، فيُفضّل استخدام الثقوب العمياء والثقوب المدفونة.

3.2 المسام الدقيقة وتقنية HDI:

الفتحات الدقيقة (microvias) هي ثقوب صغيرة القطر (عادةً أقل من 150 ميكرون) تُوفر وصلات عالية الكثافة بين الطبقات في لوحات الدوائر المطبوعة. وتوفر مزايا كبيرة في التصغير، وسلامة الإشارة، ومرونة التوجيه.
يمكن تقسيم الفتحات الدقيقة إلى نوعين: الفتحات الدقيقة ذات الثقوب النافذة والفتحات الدقيقة العمياء. تُصنع الفتحات الدقيقة بحفر ثقوب من السطح العلوي للوحة الدوائر المطبوعة (PCB) وتمتد عبر جميع الطبقات. الفتحات الدقيقة العمياء، كما يوحي اسمها، تمتد فقط إلى طبقات داخلية محددة ولا تخترق جميع الطبقات.
تقنية التوصيل عالي الكثافة (HDI) هي تقنية تستخدم فتحات دقيقة وتقنيات تصنيع متقدمة لتحقيق كثافة وأداء أعلى للدوائر. تتيح تقنية HDI تركيب مكونات أصغر وتوجيهًا أدق، مما ينتج عنه عوامل شكل أصغر ودقة أعلى للإشارة. وتقدم تقنية HDI مزايا عديدة مقارنةً بتقنية PCB التقليدية من حيث التصغير، وتحسين انتشار الإشارة، وتقليل تشوهها، وتحسين وظائفها. كما تتيح تصميمات متعددة الطبقات بفتحات دقيقة متعددة، مما يُقصّر أطوال التوصيلات ويقلل السعة والمحاثة الطفيلية.
تُمكّن تقنية HDI أيضًا من استخدام مواد متطورة، مثل الصفائح عالية التردد والطبقات العازلة الرقيقة، وهي مواد بالغة الأهمية لتطبيقات الترددات الراديوية/الميكروويف. فهي تُحسّن التحكم في المعاوقة، وتُقلل من فقدان الإشارة، وتضمن نقلًا موثوقًا وعالي السرعة للإشارات.

3.3 مواد وعمليات توصيل الطبقات المتداخلة:

يُعد اختيار مواد وتقنيات توصيل الطبقات أمرًا بالغ الأهمية لضمان الأداء الكهربائي الجيد والموثوقية الميكانيكية وسهولة تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة. من بين مواد وتقنيات توصيل الطبقات الشائعة الاستخدام:

أ) النحاس:يُستخدم النحاس على نطاق واسع في الطبقات الموصلة وفتحات لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) نظرًا لكفاءته العالية في التوصيل وقابليته العالية للحام. وعادةً ما يُطلى على الفتحة لتوفير اتصال كهربائي موثوق.
ب) اللحام:تُستخدم تقنيات اللحام، مثل اللحام الموجي أو اللحام بالصهر، غالبًا لإنشاء وصلات كهربائية بين الثقوب العرضية في لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) والمكونات الأخرى. ضع معجون اللحام على الثقوب العرضية، ثم سخّنه لإذابة اللحام وتكوين وصلة متينة.
ج) الطلاء الكهربائي:يتم استخدام تقنيات الطلاء الكهربائي مثل طلاء النحاس غير الكهربائي أو النحاس الكهربائي لطلاء الفتحات لتعزيز التوصيل وضمان التوصيلات الكهربائية الجيدة.
د) الترابط:يتم استخدام تقنيات الترابط، مثل الترابط اللاصق أو الترابط بالضغط الحراري، لربط الهياكل الطبقية معًا وإنشاء ارتباطات متبادلة موثوقة.
هـ) المواد العازلة:يُعد اختيار المادة العازلة لتركيب لوحة الدوائر المطبوعة أمرًا بالغ الأهمية لتوصيلات الطبقات. تُستخدم غالبًا صفائح عالية التردد، مثل صفائح FR-4 أو صفائح Rogers، لضمان سلامة الإشارة وتقليل فقدها.

3.4 التصميم المقطعي والمعنى:

يُحدد تصميم المقطع العرضي للوحة الدوائر المطبوعة الخصائص الكهربائية والميكانيكية للوصلات بين الطبقات. ومن أهم الاعتبارات التي يجب مراعاتها عند تصميم المقطع العرضي ما يلي:

أ) ترتيب الطبقات:يؤثر ترتيب مستويات الإشارة والطاقة والأرضية ضمن مجموعة لوحات الدوائر المطبوعة على سلامة الإشارة والطاقة والتداخل الكهرومغناطيسي (EMI). يساعد التوزيع والمحاذاة الصحيحان لطبقات الإشارة مع مستويات الطاقة والأرضية على تقليل اقتران الضوضاء وضمان مسارات عودة منخفضة المحاثة.
ب) التحكم في المعاوقة:يجب أن يراعي تصميم المقطع العرضي متطلبات المعاوقة المُتحكم بها، خاصةً للإشارات الرقمية عالية السرعة أو إشارات التردد اللاسلكي/الميكروويف. يتطلب ذلك اختيارًا مناسبًا للمواد العازلة وسمكها لتحقيق المعاوقة المميزة المطلوبة.
ج) الإدارة الحرارية:ينبغي أن يُراعي تصميم المقطع العرضي كفاءة تبديد الحرارة والإدارة الحرارية. يُساعد التوزيع الصحيح لمستويات الطاقة والأرضية، والفتحات الحرارية، والمكونات المُزودة بآليات تبريد (مثل مشتتات الحرارة) على تبديد الحرارة والحفاظ على درجات حرارة تشغيل مثالية.
د) الموثوقية الميكانيكية:ينبغي أن يُراعي تصميم المقطع الموثوقية الميكانيكية، خاصةً في التطبيقات التي قد تتعرض لدورات حرارية أو إجهاد ميكانيكي. يُساعد الاختيار السليم للمواد، وتقنيات الترابط، وترتيب التكديس على ضمان سلامة هيكل لوحة الدوائر المطبوعة ومتانتها.

4. إرشادات تصميم لوحة الدوائر المطبوعة المكونة من 16 طبقة

4.1 تخصيص وتوزيع الطبقات:

عند تصميم لوحة دوائر كهربائية مكونة من 16 طبقة، من المهم تخصيص الطبقات وتوزيعها بعناية لتحسين الأداء وسلامة الإشارة. إليك بعض الإرشادات لتخصيص الطبقات.
والتوزيع:

تحديد عدد طبقات الإشارة المطلوبة:
ضع في اعتبارك تعقيد تصميم الدائرة وعدد الإشارات المطلوب توجيهها. خصص طبقات إشارة كافية لاستيعاب جميع الإشارات المطلوبة، مع ضمان مساحة توجيه كافية وتجنب الإفراط في استخدام البيانات.ازدحام. عيّن مستويات الأرض والطاقة:
خصص طبقتين داخليتين على الأقل لسطحي الأرض والطاقة. يساعد سطح الأرض على توفير مرجع ثابت للإشارات ويقلل التداخل الكهرومغناطيسي (EMI). يوفر سطح الطاقة شبكة توزيع طاقة منخفضة المقاومة، مما يساعد على تقليل انخفاض الجهد.
طبقات الإشارة الحساسة المنفصلة:
حسب التطبيق، قد يكون من الضروري فصل طبقات الإشارة الحساسة أو عالية السرعة عن الطبقات المشوشة أو عالية الطاقة لمنع التداخل والتداخل. يمكن تحقيق ذلك بوضع أسطح أرضية أو مستويات طاقة مخصصة بينهما، أو باستخدام طبقات عزل.
توزيع طبقات الإشارة بالتساوي:
وزّع طبقات الإشارة بالتساوي على كامل لوحة التجميع لتقليل التداخل بين الإشارات المتجاورة والحفاظ على سلامة الإشارة. تجنّب وضع طبقات الإشارة جنبًا إلى جنب في نفس منطقة التجميع لتقليل التداخل بينها.
خذ بعين الاعتبار الإشارات عالية التردد:
إذا كان تصميمك يحتوي على إشارات عالية التردد، ففكر في وضع طبقات الإشارة عالية التردد أقرب إلى الطبقات الخارجية لتقليل تأثيرات خطوط النقل وتقليل تأخيرات الانتشار.

4.2 التوجيه وتوجيه الإشارة:

يُعد تصميم التوجيه وتتبع الإشارة أمرًا بالغ الأهمية لضمان سلامة الإشارة وتقليل التداخل. فيما يلي بعض الإرشادات لتصميم وتوجيه الإشارة على لوحات الدوائر ذات الـ 16 طبقة:

استخدم مسارات أوسع لإشارات التيار العالي:
بالنسبة للإشارات التي تحمل تيارًا عاليًا، مثل توصيلات الطاقة والأرض، استخدم مسارات أوسع لتقليل المقاومة وانخفاض الجهد.
مطابقة المعاوقة للإشارات عالية السرعة:
للإشارات عالية السرعة، تأكد من تطابق معاوقة التتبع مع المعاوقة المميزة لخط النقل لمنع الانعكاسات وتوهين الإشارة. استخدم تقنيات تصميم المعاوقة المُتحكم بها، وحسابات عرض التتبع الصحيحة.
تقليل أطوال التتبع ونقاط التقاطع:
حافظ على أقصر أطوال المسارات قدر الإمكان، وقلل عدد نقاط التقاطع لتقليل السعة الطفيلية والمحاثة والتداخل. حسّن توزيع المكونات، واستخدم طبقات توجيه مخصصة لتجنب المسارات الطويلة والمعقدة.
فصل الإشارات عالية السرعة ومنخفضة السرعة:
افصل الإشارات عالية السرعة عن الإشارات منخفضة السرعة لتقليل تأثير الضوضاء عليها. ضع الإشارات عالية السرعة على طبقات إشارات مخصصة، واحفظها بعيدًا عن المكونات عالية الطاقة أو المُصدرة للضوضاء.
استخدم الأزواج التفاضلية للإشارات عالية السرعة:
لتقليل الضوضاء والحفاظ على سلامة الإشارة في الإشارات التفاضلية عالية السرعة، استخدم تقنيات توجيه الأزواج التفاضلية. حافظ على تطابق معاوقة وطول الأزواج التفاضلية لمنع انحراف الإشارة وتداخل الإشارات.

4.3 توزيع طبقة الأرض وطبقة الطاقة:

يُعد التوزيع السليم لمستويات التأريض والطاقة أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق سلامة الطاقة وتقليل التداخل الكهرومغناطيسي. فيما يلي بعض الإرشادات لتوزيع مستويات التأريض والطاقة على لوحات الدوائر ذات الـ 16 طبقة:

تخصيص طائرات أرضية وطاقة مخصصة:
خصص طبقتين داخليتين على الأقل لأرضية مخصصة ومستويات طاقة. يساعد هذا على تقليل حلقات التأريض، وتقليل التداخل الكهرومغناطيسي، وتوفير مسار عودة منخفض المقاومة للإشارات عالية التردد.
مستويات أرضية رقمية وتناظرية منفصلة:
إذا كان التصميم يحتوي على أقسام رقمية وتناظرية، يُنصح بتخصيص أسطح أرضية منفصلة لكل قسم. هذا يُساعد على تقليل اقتران الضوضاء بين الأقسام الرقمية والتناظرية، ويُحسّن من سلامة الإشارة.
ضع الطائرات الأرضية وطائرات الطاقة بالقرب من طائرات الإشارة:
ضع الطائرات الأرضية وطائرات الطاقة بالقرب من طائرات الإشارة التي تغذيها لتقليل مساحة الحلقة وتقليل التقاط الضوضاء.
استخدم مسارات متعددة لطائرات الطاقة:
استخدم عدة فتحات لتوصيل مستويات الطاقة لتوزيع الطاقة بالتساوي وتقليل معاوقة مستوى الطاقة. هذا يساعد على تقليل انخفاض جهد التغذية ويحسن كفاءة الطاقة.
تجنب الرقاب الضيقة في الطائرات ذات القدرة العالية:
تجنب استخدام أعناق ضيقة في مستويات الطاقة، فقد تُسبب ازدحامًا في التيار وزيادة في المقاومة، مما يؤدي إلى انخفاض الجهد وانخفاض كفاءة مستوى الطاقة. استخدم وصلات قوية بين مناطق مستوى الطاقة المختلفة.

4.4 وضع الوسادة الحرارية والفتحة:

يُعدّ وضع الوسادات الحرارية والفتحات بشكل صحيح أمرًا بالغ الأهمية لتبديد الحرارة بفعالية ومنع ارتفاع درجة حرارة المكونات. إليك بعض الإرشادات لوضع الوسادات الحرارية والفتحات على لوحات الدوائر المكونة من 16 طبقة:

ضع الوسادة الحرارية أسفل المكونات المولدة للحرارة:
حدد المكون المُولِّد للحرارة (مثل مُضخِّم طاقة أو دائرة متكاملة عالية القدرة) وضع الوسادة الحرارية أسفله مباشرةً. تُوفِّر هذه الوسادات الحرارية مسارًا حراريًا مباشرًا لنقل الحرارة إلى الطبقة الحرارية الداخلية.
استخدم فتحات حرارية متعددة لتبديد الحرارة:
استخدم فتحات حرارية متعددة لتوصيل الطبقة الحرارية بالطبقة الخارجية لضمان تبديد فعال للحرارة. يمكن وضع هذه الفتحات بشكل متدرج حول الوسادة الحرارية لضمان توزيع الحرارة بالتساوي.
خذ بعين الاعتبار المعاوقة الحرارية وتراكم الطبقات:
عند تصميم الممرات الحرارية، ضع في الاعتبار المعاوقة الحرارية لمادة اللوحة وتراكم الطبقات. قم بتحسين حجم الممر والتباعد لتقليل المقاومة الحرارية وتعظيم تبديد الحرارة.

4.5 وضع المكونات وسلامة الإشارة:

يُعدّ وضع المكونات بشكل صحيح أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على سلامة الإشارة وتقليل التداخل. إليك بعض الإرشادات لوضع المكونات على لوحة دوائر كهربائية مكونة من 16 طبقة:

المكونات المرتبطة بالمجموعة:
مكونات مرتبطة بالمجموعة، تُشكّل جزءًا من النظام الفرعي نفسه أو ذات تفاعلات كهربائية قوية. هذا يُقلّل من طول التتبع ويُقلّل من توهين الإشارة.
احتفظ بالمكونات عالية السرعة بالقرب منك:
ضع المكونات عالية السرعة، مثل المذبذبات عالية التردد أو المتحكمات الدقيقة، بالقرب من بعضها البعض لتقليل أطوال التتبع وضمان سلامة الإشارة المناسبة.
تقليل طول تتبع الإشارات الحرجة:
قلّل طول مسار الإشارات الحرجة لتقليل تأخر الانتشار وتوهين الإشارة. ضع هذه المكونات بالقرب من بعضها قدر الإمكان.
فصل المكونات الحساسة:
افصل المكونات الحساسة للضوضاء، مثل المكونات التناظرية أو أجهزة الاستشعار منخفضة المستوى، عن المكونات عالية الطاقة أو الضوضاء لتقليل التداخل والحفاظ على سلامة الإشارة.
خذ بعين الاعتبار فصل المكثفات:
ضع مكثفات الفصل بالقرب من دبابيس الطاقة لكل مكون قدر الإمكان لتوفير طاقة نظيفة وتقليل تقلبات الجهد. تساعد هذه المكثفات على استقرار مصدر الطاقة وتقليل اقتران الضوضاء.

5. أدوات المحاكاة والتحليل لتصميم المكدس

5.1 برامج النمذجة والمحاكاة ثلاثية الأبعاد:

تُعد برامج النمذجة والمحاكاة ثلاثية الأبعاد أداةً مهمةً لتصميم التراص، إذ تُمكّن المصممين من إنشاء تمثيلات افتراضية لتراص لوحات الدوائر المطبوعة. يُمكّن البرنامج من تصوّر الطبقات والمكونات وتفاعلاتها الفيزيائية. ومن خلال محاكاة التراص، يُمكن للمصممين تحديد المشكلات المحتملة، مثل تداخل الإشارات، والتداخل الكهرومغناطيسي، والقيود الميكانيكية. كما يُساعد البرنامج في التحقق من ترتيب المكونات وتحسين التصميم العام للوحة الدوائر المطبوعة.

5.2 أدوات تحليل سلامة الإشارة:

تُعد أدوات تحليل سلامة الإشارة بالغة الأهمية لتحليل الأداء الكهربائي لمجموعات لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) وتحسينه. تستخدم هذه الأدوات خوارزميات رياضية لمحاكاة سلوك الإشارة وتحليله، بما في ذلك التحكم في المعاوقة، وانعكاسات الإشارة، وربط الضوضاء. من خلال إجراء المحاكاة والتحليل، يمكن للمصممين تحديد مشاكل سلامة الإشارة المحتملة في مرحلة مبكرة من عملية التصميم وإجراء التعديلات اللازمة لضمان نقل إشارة موثوق.

5.3 أدوات التحليل الحراري:

تلعب أدوات التحليل الحراري دورًا هامًا في تصميم المكدسات، وذلك من خلال تحليل وتحسين الإدارة الحرارية للوحات الدوائر المطبوعة. تُحاكي هذه الأدوات تبديد الحرارة وتوزيع درجة الحرارة داخل كل طبقة من طبقات المكدس. ومن خلال النمذجة الدقيقة لمسارات تبديد الطاقة ونقل الحرارة، يمكن للمصممين تحديد النقاط الساخنة، وتحسين توزيع طبقات النحاس والفتحات الحرارية، وضمان التبريد المناسب للمكونات الأساسية.

5.4 التصميم من أجل قابلية التصنيع:

يُعدّ التصميم لضمان قابلية التصنيع جانبًا مهمًا في تصميم التكديس. تتوفر مجموعة متنوعة من أدوات البرمجيات التي تضمن كفاءة تصنيع التكديس المُختار. تُقدّم هذه الأدوات تقييمًا لإمكانية تحقيق التكديس المطلوب، مع مراعاة عوامل مثل توافر المواد، وسمك الطبقة، وعملية التصنيع، وتكلفته. كما تُساعد هذه الأدوات المُصممين على اتخاذ قرارات مدروسة لتحسين التكديس لتبسيط التصنيع، وتقليل مخاطر التأخير، وزيادة الإنتاجية.

6. عملية تصميم لوحات الدوائر المطبوعة المكونة من 16 طبقة خطوة بخطوة

6.1 جمع المتطلبات الأولية:

في هذه الخطوة، اجمع جميع المتطلبات اللازمة لتصميم لوحة الدوائر المطبوعة ذات الـ 16 طبقة. افهم وظيفة لوحة الدوائر المطبوعة، والأداء الكهربائي المطلوب، والقيود الميكانيكية، وأي إرشادات أو معايير تصميم محددة يجب اتباعها.

6.2 تخصيص المكونات وترتيبها:

وفقًا للمتطلبات، وزّع المكونات على لوحة الدوائر المطبوعة وحدد ترتيبها. راعِ عوامل مثل سلامة الإشارة، والاعتبارات الحرارية، والقيود الميكانيكية. صنّف المكونات بناءً على خصائصها الكهربائية، وضعها في أماكن استراتيجية على اللوحة لتقليل التداخل وتحسين تدفق الإشارة.

6.3 تصميم التكديس وتوزيع الطبقات:

حدد تصميم التكديس للوحة الدوائر المطبوعة ذات الـ 16 طبقة. راعِ عوامل مثل ثابت العزل الكهربائي، والموصلية الحرارية، والتكلفة لاختيار المادة المناسبة. خصص مستويات الإشارة والطاقة والأرضية وفقًا للمتطلبات الكهربائية. ضع مستويات الأرض والطاقة بشكل متناظر لضمان توازن التكديس وتحسين سلامة الإشارة.

6.4 توجيه الإشارة وتحسين التوجيه:

في هذه الخطوة، يتم توجيه مسارات الإشارات بين المكونات لضمان التحكم السليم في المعاوقة، وسلامة الإشارة، وتقليل تداخل الإشارات. حسّن التوجيه لتقليل طول الإشارات الحرجة، وتجنب تقاطع المسارات الحساسة، والحفاظ على الفصل بين الإشارات عالية السرعة ومنخفضة السرعة. استخدم أزواجًا تفاضلية وتقنيات توجيه معاوقة مُتحكم بها عند الحاجة.

6.5 التوصيلات بين الطبقات وعبر التنسيب:

خطط لتوزيع فتحات التوصيل بين الطبقات. حدد نوع الفتحة المناسب، مثل الفتحة العابرة أو الفتحة العمياء، بناءً على انتقالات الطبقات وتوصيلات المكونات. حسّن تصميم الفتحة لتقليل انعكاسات الإشارة وانقطاعات المعاوقة، والحفاظ على توزيع متساوٍ على لوحة الدوائر المطبوعة.

6.6 التحقق النهائي من التصميم والمحاكاة:

قبل التصنيع، يتم التحقق النهائي من التصميم وإجراء عمليات المحاكاة. تُستخدم أدوات المحاكاة لتحليل تصاميم لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) للتحقق من سلامة الإشارة، وسلامة الطاقة، والسلوك الحراري، وقابلية التصنيع. تحقق من توافق التصميم مع المتطلبات الأولية، وأجرِ التعديلات اللازمة لتحسين الأداء وضمان قابلية التصنيع.
التعاون والتواصل مع أصحاب المصلحة الآخرين، مثل مهندسي الكهرباء والميكانيكا وفرق التصنيع، طوال عملية التصميم لضمان تلبية جميع المتطلبات وحل المشكلات المحتملة. مراجعة التصاميم وتكرارها بانتظام لدمج الملاحظات والتحسينات.

7. أفضل ممارسات الصناعة ودراسات الحالة

7.1 حالات ناجحة لتصميم PCB مكون من 16 طبقة:

دراسة الحالة 1:نجحت شركة شنتشن كابيل للتكنولوجيا المحدودة في تصميم لوحة دوائر مطبوعة (PCB) من 16 طبقة لمعدات الشبكات عالية السرعة. ومن خلال مراعاة سلامة الإشارة وتوزيع الطاقة بعناية، حققت الشركة أداءً فائقًا وقللت من التداخل الكهرومغناطيسي. ويكمن سر نجاحها في تصميم مُحسّن بالكامل للتسلسل باستخدام تقنية توجيه المعاوقة المُتحكم بها.

دراسة الحالة 2:صممت شركة شنتشن كابيل للتكنولوجيا المحدودة لوحة دوائر مطبوعة (PCB) من 16 طبقة لجهاز طبي معقد. باستخدام مزيج من مكونات التركيب السطحي والتركيب عبر الثقوب، حققوا تصميمًا مدمجًا وقويًا. يضمن التوزيع الدقيق للمكونات والتوجيه الفعال سلامة الإشارة وموثوقيتها الممتازة.

7.2 تعلم من الإخفاقات وتجنب الوقوع في الأخطاء:

دراسة الحالة 1:واجه بعض مصنعي لوحات الدوائر المطبوعة مشاكل في سلامة الإشارة في تصميم لوحات الدوائر المطبوعة المكونة من 16 طبقة لمعدات الاتصالات. وكان سبب الفشل هو عدم مراعاة التحكم في المعاوقة بشكل كافٍ وعدم توزيعها بشكل صحيح على مستوى الأرض. والدرس المستفاد هو تحليل متطلبات سلامة الإشارة بدقة وتطبيق إرشادات تصميم صارمة للتحكم في المعاوقة.

دراسة الحالة 2:واجه بعض مصنعي لوحات الدوائر المطبوعة تحديات في تصنيع لوحاتهم المكونة من 16 طبقة بسبب تعقيد تصميمها. يؤدي الإفراط في استخدام الفتحات العمياء والمكونات المكدسة بكثافة إلى صعوبات في التصنيع والتجميع. الدرس المستفاد هو تحقيق التوازن بين تعقيد التصميم وسهولة التصنيع بالنظر إلى إمكانيات مصنع لوحات الدوائر المطبوعة المختار.

لتجنب الأخطاء والمزالق في تصميم PCB المكون من 16 طبقة، من المهم:

أ. فهم متطلبات وقيود التصميم بشكل كامل.
ب. تكوينات مكدسة تعمل على تحسين سلامة الإشارة وتوزيع الطاقة. ج. توزيع وترتيب المكونات بعناية لتحسين الأداء وتبسيط التصنيع.
د. ضمان استخدام تقنيات التوجيه المناسبة، مثل التحكم في المعاوقة وتجنب الاستخدام المفرط للفتحات العمياء.
هـ. التعاون والتواصل بشكل فعال مع جميع أصحاب المصلحة المشاركين في عملية التصميم، بما في ذلك المهندسين الكهربائيين والميكانيكيين وفرق التصنيع.
و. إجراء التحقق الشامل من التصميم والمحاكاة لتحديد المشكلات المحتملة وتصحيحها قبل التصنيع.