ما هي لوحة الدوائر المطبوعة في الحاسوب؟
ما هي لوحة الدوائر المطبوعة في الحاسوب؟



يُطلق مسمّى الدارة المطبوعة التقليدية على كاردات الدارات العازلة الرفيعة، حيث يتم تصنيعها في أغلب الأوقات من Fiberglass، وتكون سماكتها تقريباً 1.6مم، ويتم تركيبها على أحد وجهيها المركبات الإلكترونية المتكاملة والمنفصلة ذات التماسات Pins المثبتة والملحومة عبر ثقوب نافذة إلى الجهة الثانية، وتكون الثقوب مغطاة بطبقة رفيعة من النحاس المغطى بالقصدير، ممّا يتيح التوصيل الكهربائي على كلا الجهتين، الأمر الذي يؤدي إلى الحصول على الدارة الإلكترونية الفيزيائية، كما يمكن التمييز بين أنواع كثيرة من بطاقات الدارات وهي:



بطاقات الدارات التي تحتوي على مجموعة من الطبقات PCB Multi-layer: تحتوي الطبقة على موصلات نحاسية مشبوكة مع بعضها البعض بثقوب بينية Vias، وتستخدم الطبقات الإضافية للتوصيلات المطلوبة بين المركبات الإلكترونية الأكثر صعوبة، كما تستخدم لتوزيع خطوط التغذية بشكل أحسن.



بطاقات الدارات المرنة Flexible PCB: حيث يعتمد هذا النوع من الكاردات على تقنية خاصة تستخدم بشكل واسع في مجالات مثل: الطبقات الرقيقة للكيبورد، وتحتوي هذه الطبقات على مركبات إلكترونية وموصلات كهربائية، وبطاقات الدارات ذات التصاميم الحرجة كتلك التي تستخدم في الكاميرات.



بدأت عملية صناعة كاردات الدارات مع إرسال مورس Morse أوائل المسجات التلغرافية من خلال أحد أنفاق مدينة نيويورك في تاريخ 1844م. ومع اكتشاف التلغراف والهاتف والراديو فيما بعد، ودخولها حلبة الحياة اليومية ظهرت الحاجة إلى توصيل هذه التجهيزات، فظهرت الدارات المطبوعة بشكلها التقليدي.



قدم ألبرت هانسون Albert Hanson الألماني الساكن في لندن براءة اكتشاف لكيبلز مطبوعة في تاريخ 1903. مع أنها ليست كاردات دارات حقيقية، إلا أن طريقته سمحت بظهور أشكال معدنية ناقلة من خلال الطباعة ثم إلصاقها على ورق عازل.



وهكذا قام هانسون بتصميم دارات باستعمال نواقل على كلا وجهي العازل مضيفاً ثقوباً تتيح له بشبك نواقله العلوية والسفلية بشكل انتقائي، تصف براءة الاختراع هذه فكرة بطاقة الدارات ذات الوجهين وذات الثقوب النافذة.



وقدم العالم أديسون في تاريخ 1904 رسالة في هذا المجال تحتوي على مجموعة من الأفكار: بُنيت على فكرته الأولى وهي أسس الأغشية التخينة وبُنيت تقنية الطلي Plating على فكرته الثانية.



قدم آرثر بيري Arthur Berry براءة اكتشاف تصف عملية صناعة دارات لمسخنات كهربائية، تحتوي حفراً للمعدن، وذلك في تاريخ 1913. كما وصف باسيست Bassist إنشاء الصفائح الناقلة بالترسيب الكهربائي للنحاس على صفيحة عازلة. وكما وضح المخترع ماكس سكوب Max Schoop عمليات الترذيذ المعدني في تاريخ 1918. وفي تاريخ 1923 استخدم المخترع سيمور Seymour طرائق الطباعة والطلي. وأدخل فرانز Franz إلى الجهود الماضية مبدأ الدارة المرنة ثلاثية الأبعاد.



وفي تاريخ 1983 طور Doug Haney وأصحابة مواد قابلة للبلمرة باستخدام الأشعة فوق البنفسجية وهي تقنية طبع تسمح بنقل الهيئات إلى بطاقات الدارات. وظهرت تقنيات التوصيل عالية الكثافة High Density Interconnect خلال التسعينيات، وتأكدت خطوط التوصيل الدقيقة Fine Lines وثقوب التوصيل البينية الميكروية Microvias. وهكذا تلاحمت الجهود وتطورت المعارف والخبرات حتى وصلت تقانات تصنيع بطاقات الدارات إلى ما وصلت إليه الآن.



ولنتمكن من الحصول على بطاقات الدارات هناك مرحلتان: الأولى هي مرحلة التصميم، والثانية هي مرحلة التصنيع، في مرحلة التصميم يحتاج المصممون إلى كمبيوترات شخصية PC، محملة ببرمجيات التصميم بمساندة الحاسوب مثل أوركاد ORCAD.



تبدأ مرحلة تصميم مخطط Layout لبطاقة الدارات من مخطط الدارة Circuit Diagram التي تدخل إلى الكمبيوتر باستخدام مصحح المخططات الكهربائية Schematics Capture. وتعطي هذه البرمجيات في النهاية مستندات توصيف النَّص الضرورية لمرحلة التصنيع، وتعطي كذلك المخططات الكهربائية المطلوبة للتوثيق، توجد مجموعة قضايا في التصميم الوضعي للدارة مرتبطة بما يعرف بقوة الإشارة أو تكاملها Signal Integrity.



فقد توجد مثلاً شروط صعبة جداً على متطلبات التباطئ لبعض الإشارات، ومن المفروض تحقيق خواص ممانعة محددة لإشارات مختلفة، بما فيها الشروط المتعلقة بقيم المكثفات والمستندات الطفيلية، وقد يكون من المهم تخفيف أثر الإشعاع الكهرمغنطيسي والتداخل والضجيج لإشارات ثانية أو لأجزاء من الدارة بأكملها.



توجد عموماً عدد من العوامل التي تؤثر في عملية التصميم ومنها: ما هو نوع الدارة هل هي رقمية أم تمثيلية أم مختلطة؟ وأيضاً ما هو تردد العمل الأعظمي؟ هل هنالك احتياجات للتحكم بالممانعة؟ هل يوجد حاجة للتحكم بالتأخير وأطوال الموصلات؟ ماذا عن العناصر الطفيلية ومدى تأثيرها على الدارة؟ هل هناك خطوط توصيل من المفترض حجبها؟ كل هذه الأمور يجب أن يأخذها المصمم في عين الاعتبار، بعد ذلك يتم التأكد والتحقق من صحة تصميم الأفلام اللازمة لعملية التصنيع.