מדוע משתמשים בנייר נחושת בייצור PCB?

לוחות מעגלים מודפסים הם רכיבים הכרחיים של רוב המכשירים החשמליים. ל-PCB של היום יש כמה שכבות: המצע, עקבות, מסכת הלחמה והדפס משי. אחד החומרים החשובים ביותר ב-PCB הוא נחושת, וישנן מספר סיבות מדוע משתמשים בנחושת במקום סגסוגות אחרות כמו אלומיניום או פח.

ממה עשויים PCB?

לפי חברת הרכבת PCB, PCBs עשויים מחומר הנקרא מצע, העשוי מפיברגלס מחוזק בשרף אפוקסי. מעל המצע שכבה של רדיד נחושת הניתנת להדבקה משני הצדדים או רק באחד. לאחר יצירת המצע, היצרנים מניחים עליו את הרכיבים. הם משתמשים במסכת הלחמה והדפס משי יחד עם נגדים, קבלים, טרנזיסטורים, דיודות, שבבי מעגלים ורכיבים מיוחדים אחרים.

מדוע משתמשים בנייר נחושת ב-PCB?

יצרני PCB משתמשים בנחושת מכיוון שיש לה מוליכות חשמלית ותרמית מעולה. כאשר הזרם החשמלי נע יחד עם ה-PCB, הנחושת שומרת על החום שלא יפגע ומלחיץ את שאר ה-PCB. עם סגסוגות אחרות - כמו אלומיניום או פח - ה-PCB עלול להתחמם בצורה לא אחידה ולא לתפקד כראוי.

נחושת היא הסגסוגת המועדפת מכיוון שהיא יכולה לשלוח את האותות החשמליים על פני הלוח ללא כל בעיה לאבד או להאט את החשמל. יעילות העברת החום מאפשרת ליצרנים להתקין גופי קירור קלאסיים על פני השטח. הנחושת עצמה יעילה, שכן אונקיית נחושת יכולה לכסות מטר מרובע של מצע PCB בעובי של 1.4 אלפיות אינץ' או 35 מיקרומטר.

נחושת מוליכה מאוד מכיוון שיש לה אלקטרון חופשי שיכול לנוע מאטום אחד לשני מבלי להאט. מכיוון שהוא נשאר יעיל באותה רמה דקה להפליא כמו ברמות עבות יותר, מעט נחושת מרחיק לכת.

נחושת ומתכות יקרות אחרות המשמשות ב-PCB
רוב האנשים מזהים את ה-PCB כירוקים. אבל בדרך כלל יש להם שלושה צבעים בשכבה החיצונית: זהב, כסף ואדום. יש להם גם נחושת טהורה בתוך ומחוץ ל-PCB. שאר המתכות בלוח המעגלים מופיעות בצבעים שונים. שכבת הזהב היא היקרה ביותר, שכבת הכסף היא בעלת העלות השנייה הגבוהה ביותר, והאדום היא השכבה הזולה ביותר.

שימוש ב-Immersion Gold ב-PCB
נחושת על לוח מעגלים מודפסים

השכבה המצופה זהב משמשת לרסיסים מחברים ורפידות רכיבים. שכבת הזהב הטבילה קיימת כדי למנוע תזוזה של אטומים על פני השטח. השכבה היא לא רק בצבע זהב, אלא היא עשויה מזהב אמיתי. הזהב דק להפליא אבל מספיק כדי להאריך את תוחלת החיים של הרכיבים שצריך להלחם. הזהב מונע מחלקי ההלחמה להחליד לאורך זמן.

שימוש בכסף טבילה ב-PCB
כסף הוא מתכת נוספת המשמשת בייצור PCB. זה זול משמעותית מטבילת זהב. ניתן להשתמש בטבילת כסף במקום טבילת זהב מכיוון שהיא גם עוזרת בקישוריות, והיא מפחיתה את העלות הכוללת של הלוח. טבילת כסף משמשת לעתים קרובות ב-PCB המשמשים במכוניות ובציוד היקפי למחשבים.

למינציה מצופה נחושת ב-PCB
במקום להשתמש בטבילה, משתמשים בנחושת בצורה מצופה. זוהי השכבה האדומה של ה-PCB, והיא המתכת הנפוצה ביותר. ה-PCB עשוי מנחושת בתור המתכת הבסיסית, ויש צורך לגרום למעגלים להתחבר ולדבר זה עם זה ביעילות.

כיצד משתמשים בנייר נחושת ב-PCB?

לנחושת יש מספר שימושים ב-PCB, החל מהלמינציה המצופה בנחושת ועד לעקבות. נחושת חיונית עבור PCBs לעבוד כראוי.

מה זה עקבות PCB?
עקבות PCB היא מה שזה נשמע, נתיב שהמעגל ימשיך בו. המעקב כולל את רשת הנחושת, החיווט והבידוד, כמו גם את הנתיכים והרכיבים המשמשים בלוח.

הדרך הקלה ביותר להבין עקבות היא לחשוב עליו כעל כביש או גשר. כדי להכיל כלי רכב, הרצועה צריכה להיות רחבה מספיק כדי להחזיק לפחות שניים מהם. זה צריך להיות מספיק עבה כדי לא להתמוטט תחת לחץ. הם גם צריכים להיות עשויים מחומרים שיעמדו במשקל של כלי הרכב שנוסעים עליהם. אבל, עקבות עושים את כל זה במידה הרבה יותר קטנה כדי להעביר חשמל ולא מכוניות.

רכיבי PCB Trace
ישנם מספר רכיבים המרכיבים את עקבות ה-PCB. יש להם עבודות שונות שצריך לעשות כדי שהדירקטוריון יעשה את עבודתו בצורה נאותה. יש להשתמש בנחושת כדי לעזור לעקבות לעשות את עבודתם, וללא ה-PCB, לא היו לנו מכשירים חשמליים. דמיינו עולם ללא סמארטפונים, מחשבים ניידים, מכונות קפה ורכבים. זה מה שהיה לנו אם PCBs לא היו משתמשים בנחושת.

עובי עקבות PCB
עיצוב ה-PCB תלוי בעובי הלוח. העובי ישפיע על האיזון וישמור על הרכיבים מחוברים.

רוחב עקבות PCB
רוחב העקבות הוא גם חשוב. זה לא משפיע על האיזון או על החיבור של הרכיבים, אבל זה שומר על העברת הזרם מבלי להתחמם יתר על המידה או לפגוע בלוח.

זרם מעקב PCB
זרם עקבות ה-PCB נחוץ מכיוון שזה מה שהלוח משתמש בו כדי להעביר חשמל דרך הרכיבים והחוטים. נחושת עוזרת לזה לקרות, והאלקטרון החופשי על כל אטום מעביר את הזרם בצורה חלקה על הלוח.

מדוע רדיד נחושת נמצא ב-PCBS

תהליך ייצור PCB
תהליך הכנת PCB זהה. יש חברות שעושות את זה מהר יותר מאחרות, אבל כולן משתמשות יחסית באותו תהליך ובאותם חומרים. אלו השלבים:

הכינו בסיס מפיברגלס ושרף
מניחים את שכבות הנחושת על הבסיס
זהה וקבע את דפוסי הנחושת
שטפו את הלוח באמבטיה
הוסף את מסכת ההלחמה כדי להגן על ה-PCB
הדבק את מסך המשי על ה-PCB
מקמו והלחמו את הנגדים, המעגלים המשולבים, הקבלים ורכיבים אחרים
בדוק את ה-PCB

PCBs צריכים להיות בעלי רכיבים מיוחדים ביותר כדי לתפקד כראוי. אחד המרכיבים החשובים ביותר של PCB הוא נחושת. סגסוגת זו נחוצה כדי להוליך חשמל על המכשירים שבהם יוכנסו ה-PCB. ללא נחושת, המכשירים לא יעבדו כי לחשמל לא תהיה סגסוגת לעבור דרכה.