Table of Contents

لماذا يُحدد اختيار المواد الكيميائية PCB قابلية الاختراق

وفي الأجهزة الإلكترونية الحديثة، تُكسب أو تُفقد المعركة ضد التدخل الكهرومغناطيسي قبل بيع عنصر واحد، ولا يكتفي مجلس الدائرة المطبوعة بتشكيل دعم آلي، بل هو عنصر كهربائي حرج يُشكل سلوكاً إشاراً، أو إصابته، أو أنماطاً إشعاعية.

أسس القدرة على المنافسة المغناطيسية في تصميم مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور

ويشمل هذا البرنامج هدفين متكاملين هما: مراقبة الانبعاثات (الأجهزة المشعّة أو التي تُنفّذ من الجهاز) وتحسين الحصانة (القابلية لتحمل التدخل الخارجي) وتتصرف المواد التي تستخدم مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور بوصفها الوسيلة التي تُرسل من خلالها إشارات عالية التردد، وتؤثر خصائصها على ما يلي:

  • سرعة النشر بالعلامات وسلامتها
  • مراقبة الإغراق ومطابقة
  • التقريب بين الأثار والطائرات
  • الصمود وتكوين الموجات الثابتة
  • التحلل الحراري الذي يؤثر بشكل غير مباشر على الانبعاثات الناجمة عن فقدان درجة الحرارة

وتشترط الهيئات التنظيمية مثل لجنة الاتصالات الاتحادية بالولايات المتحدة وعلامة الاتحاد الأوروبي أن تستوفي المنتجات الإلكترونية حدوداً صارمة للانبعاثات، وفي حين يساعد تصميم الرش وأجهزة الكشف على الرش، فإن أساس التصنيف البيئي المشترك يبدأ مع الطرف الفرعي لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور، ففهم البارامترات الأساسية للمواد ضروري لاتخاذ قرارات مستنيرة.

أهم المواد التي تؤثر على البيئة البحرية

وقبل مقارنة مواد محددة، من المهم فهم الخصائص المادية التي تحكم السلوك الكهرومغناطيسي.

Dielectric Constant (Dk)

DFLctric constant, or relative permittivity, determines how much electric field energy is stored in the material. It influences characteristic impedance and signal velocity. A high Dk slows signal propagation, which can cause timing issues in digital circuits. More importantly, variations in Dk across the board or across frequency bands cause impedance discontinuity, leading to reflections and increased E-MI.

مصانع التشريح (د) أو المفقودات

ويصف عامل التفكك مدى فقدان الطاقة كدفئة في الديليكتي، ويعني ارتفاع مستوى الدي في ارتفاع درجة الحرارة وزيادة توليد الحرارة داخل الاستراتيجية الفرعية، وبالنسبة للتصميمات العالية التردد، فإن الخسائر المتواضعة قد تسوء لأن الإشارات المخففة تتطلب تيارات دفع أعلى، وزيادة الضوضاء المشعية.

السلوك الحراري

(ب) إن معدل الحرارة هو عدو للأداء الكهرومغناطيسي الثابت، ومع ارتفاع درجة الحرارة، فإن معدل الديليكتري الثابت وفقدان العديد من المواد يتغير، ويؤدي ضعف السلوك الحراري إلى بقع ساخنة محلية، مما يغير الارتحال ويعزز ذروت الانبعاثات المعتمدة على الترددات.

معامل التوسع الحراري

ويتسبب سوء المطابقة بين مواد ثنائي الفينيل متعدد الكلور، وتعقب النحاس، والعناصر المتصاعدة في الإجهاد الميكانيكي أثناء التدوير الحراري، وفي الحالات القصوى، يمكن لهذا الإجهاد أن يزيل طبقات أو قوارير، ويخلق هوائيات غير مقصودة وتدهوراً في EMC.

مقاومة السطح واستيعاب الواصل

(أ) يؤدي استيعاب الصواريخ إلى تغيير الخواص التغذوية لجهاز فرعي، وهو ما يزيد في كثير من الأحيان من الديك وDf بشكل غير متوقع، مما يؤدي إلى تيارات منحرفة وشديدة التسرب، يمكن أن تقترن ضوضاء في دوائر حساسة.() أما المواد ذات الاستيعاب المنخفض للرطوبة (مثلاً، مركبات PTFE-Fminates، متعددة الأطراف) فتُفضَّل بالنسبة إلى البيئات الرطية.()

المواد المشتركة من ثنائي الفينيل متعدد الكلور وأدائها من خلال الرصد البيئي

ويجب أن يوازن اختيار المواد بين الأداء الكهربائي والإدارة الحرارية والقابلية للتصنيع والتكلفة، ويضاف إلى ذلك تحليل موسع للمقاطعات الفرعية النموذجية المستخدمة في تصميمات حساسة من نوع EMC.

FR-4 (Standard Epoxy Glas Laminate)

ولا تزال المادة 4 من قانون الإبلاغ المالي هي أكثر المواد التي تُستخدم في مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور نظراً لتدني تكلفتها، وحسن القوة الميكانيكية، والمعرفة في النسيج، غير أن خصائصها الكهربائية بعيدة عن المستوى المثالي للشركة:

  • Dielectric constant:] Ranges from 4.2 to 4.8, different with frequency and resin percentage. This variation makes precise impedance control difficult above 1 GHz.
  • Loss tangent:] 0.02 أو أعلى، مما يؤدي إلى ارتفاع كبير في ترددات الإشارة.
  • Thermal conductivity:] Low (~0.3 W/m·K), requiring careful thermal management.
  • Moisture absorption:] Can cause large temps in electrical properties.

ورغم هذه القيود، فإن معيار الإبلاغ الإجمالي 4 مقبول بالنسبة للدوائر الرقمية المنخفضة التردد والمتوسط السرعة (أقل من 1 جيهرتز) حيث يمكن التحكم في الانبعاثات الناشئة عن طريق وسائل أخرى مثل التصفير والدرع، وبالنسبة للتطبيقات العالية السرعة أو الترددات الترددية، فإن معيار الإبلاغ الموحد 4 هو مصدر مشترك للفشل في التصنيفات البيئية.

ارتفاع التردد (الروجرات، إيسولا، تاكونيتش)

وهذه المواد مصممة لتصنيف خصائص كهربائية متسقة عبر الترددات ودرجات الحرارة، وهي الخيار غير المقصود لترددات التحلل، والموجات الدقيقة، واللوحات الرقمية العالية السرعة.

  • (Rogers RO4000 series (e.g., RO4350B, RO4003C):] Hydrocarbon ceramic laminates with low Dk (~3.5) and very low Df (~0.0015). They offer excellent dimensional stability and low moisture absorption. Their low loss tangents reduce signal degradation and E
  • Rogers RT/duroid 6000 series:] PTFE-based laminates for even higher frequencies (up to 77 GHz). Dk is as low as 2.1, Df below 0.001. They areميكانيكيly soft and require special handling but provide the best EMC performance for millimeter-wave designs.
  • Isola I-Tera MT40:] A low-loss laminate targeting high-speed digital and RF, with Dk:3.5 and Df ~0.003. It bridges the cost gap between standard FR-4 and instalment PTFE materials.

ويقلل استخدام هذه المواد من الانبعاثات المشعّة عن طريق الحفاظ على الانزلاق المستمر، وتخفيض انعكاسات الإشارات، وتقليل التدفئة الديليكتري إلى أدنى حد. وكثيرا ما تظهر مقارنة رسم الخرائط في العين فتحات واضحة للعين عند 10 غب/ز فقط عندما تستخدم الفيتامينات العالية التردد.]

PTFE (Polytetrafluoroethylene) Based Laminates

وتوفر هذه الفئة، التي يعرفها عادة اسم التجارة تيفلون، أدنى عامل ثابت وتشتت في الديكليات بين المواد العضوية، حيث تبلغ مساحتها 2.1 ودال عند مستوى منخفض يصل إلى 0.0002، أفضل لتطبيقات عالية التردد فوق 10 جيهرتز، غير أن PTFE مكلفة، ومن الصعب على الآلات (وهذه معدات لينة وتوسع فيها بدرجة حرارية) وتعاني من ضعف في مستويات المعالجة في لوحات متعددة.

Ceramic Substrates (Alumina, LTCC, AlN)

وتمنح هذه المراكز الفرعية التي تتخذ من أراض زراعية أعلى من السمية الحرارية وممتلكات ديليكية مستقرة للغاية، ولها حرف Dk (Al2O3) حوالي 9-10 وخسائر منخفضة جداً، وتسمح شركة LTC (الأساطير ذات التأثير الحرفي المنخفض) ببنيات متعددة المستويات ذات تأثيرات سلبية مثبتة، وهذه الترددات الفرعية شائعة في أجهزة الترميز العالية القوة، والالكترونيات العسكرية.

مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور - كربونات المميتة - خام الفرعية معزولة

وتستخدم مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور في شكل مادة ألمنيوم أو قاعية ذات طبقة ديليكتريية رقيقة، وميزتها الأساسية هي القدرة الحرارية - النواة اللمائية - يمكن أن تصل إلى 2-4 دبليو/م/م ك، وهو ما هو أفضل بكثير من FR-4، وفي حين أن طبقة الديكليات المملوءة بالجزئات الخزفية قد تكون خسائر أعلى من الظواهر العضوية البدائية.

How Material Selection Directly Influences EMI

وبالإضافة إلى المعايير الأساسية، يؤثر الاختيار المادي على البيئة الكهرومغناطيسية بطرق محددة عديدة.

مراقبة الإغراق والتفكير

(د) في شكل واجهات رقمية عالية السرعة (مثلاً، و3، و2، و2، و2، و2، و3، و2، و3، و2، و5، و5، و5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،4،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،4،4،4،5،5،4،5،5،5،4،4،4،5،4،4،4،5،5،5،5،5،5،5،5،5،4،4،4،5،5،4،4،4،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،5،4،

فقدان الديليكتري ونزاهة الإشارة

وتخفف المواد العالية التردد من ارتفاع مستويات التردد في الإشارات الرقمية، وتنتج عن ذلك بطء معدلات الحواف وزيادة الملوِّثات، وقد يزيد المصممون من سرعة الدفع الحالية، مما يؤدي بدوره إلى إحداث حلقات كبيرة وميادين مغناطيسية أقوى، وتزيد هذه الحلقة من الضوضاء، ويحافظ استخدام المواد المنخفضة الضياع على سلامة الإشارات دون وجود قدرة على الدفع، مما يقلل مباشرة من سرعة تشغيل الطاقة الكهربائية.

تصميم نظام " الإنقاذ "

ويمكن أن يكون مجلس تنسيق البرنامج نفسه بمثابة جهاز فرز في بعض الترددات، كما أن السميك الديليكتري، وديك، وطائرة النحاس يحددان أساليب التردد، كما أن عدم كفاية المواد يمكن أن يخلق صدمات على مستوى سطح الأرض تضخيم الضوضاء التي تجرى أو تشعبها على ترددات محددة، كما أن ارتفاع مستويات الحرارة في طبقة الديزل (أقل من زاكسس) يساعد على زيادة مستويات الحرارة.

فعالية الدرع في المحاماة

فبعض المواد توفر الحماية المبنية عن طريق المواسير أو المعاطف السطحية، مثلا، يمكن أن توفر المواد الفرعية المجهزة بالكربون أو المزودة بنيكل النيكل فعالية حمائية متوسطة (20-40 دي بي) دون نحاس إضافي، وتستخدم هذه المواد في أجهزة الاستشعار بالسيارات والصناعية التي تحد فيها قيود الحجم الدروع الخارجية، غير أن فعالية الدرع تتوقف على وسمكة المشغلين.

اعتبارات التصميم لتحقيق الاستخدام الأمثل للحركة من خلال اختيار المواد

ولا يشكل اختيار المواد المناسبة إلا جزءاً من المعادلة، فالممارسات التالية تعظيم مزايا أي من الشركات الفرعية التابعة للشركة.

استخدام خطة أرضية مخصصة مع الديليكت المتماسك

إن وجود طائرة أرضية صلبة مجاورة لطبقات الإشارة هو أكثر الطرق فعالية للسيطرة على الإمتناع والحد من منطقة الحلقة، ويجب أن يكون للديكلوت بين طبقة الإشارة والطائرة الأرضية سميك موحد وديك. وباستخدام نموذج رقيق (مثل 5 مل) مع وجود هيمنة عالية التردد، يتحكم بشدة في الإشتعال ويقلل من الإشعاع.

الحد الأدنى من وقف إنتاج المواد

ويمكن أن يؤدي تركيب مواد مختلفة في نفس المجموعة (مثلاً، FR-4 الأساسي مع روجرز) إلى نشوء تحديات في مجال سوء فهم وتصنيع تكنولوجيا المناخ، كما أنه يخلق خطوات غير مباشرة عند الحدود المادية، وإذا ما طُلبت الوجبات الهجينة، فإن جميع البارامترات المادية متطابقة جيداً، ولا سيما Dk و CTE.

النظر في مسار التردد في العملية

وبالنسبة للتصميمات التي تعمل تحت ٥٠٠ ميغاهيرتز، كثيرا ما تكون هذه المادة مقبولة إذا اتبعت ممارسات تخطيط متأنية، فبين ٥٠٠ ميغاهرتز و ٢ جيهرتز، وهي هيمنة متوسطة عالية التردد مثل روجرز ٤٠٠٣ جيم أو إيسولا ٣٧٠ م.

ينبغي أن تشمل الإدارة الحرارية الآثار الكهرمغنطيسية

ويمكن أن تصبح مصارف الحرارة والزوارق مصادر تابعة لشركة EMI إذا لم تكن مصممة على النحو الصحيح.

Prototyping and Verification

وقبل الالتزام بإنتاج الحجم، ينبغي أن تخضع مجالس النماذج الأولية التي تستخدم المواد المقصودة لفحص الامتثال قبل الامتثال من جانب الجماعة الأوروبية، وأن تستخدم محللا طيفياً مع اختبار ميداني قريب لتحديد البقع الساخنة، وأن تقارن مستويات الانبعاثات من المواد ذات الترددات العالية والمتكافئة على نفس المخطط لقياس حجم التحسن، ويمكن أن تبرر هذه البيانات ارتفاع تكلفة الإعانات.

الامتثال التنظيمي وتجارة التكاليف

فإجتماع الجزء الخامس عشر من الاتفاقية الإطارية بشأن التلوث الناجم عن السفن أو عن حقوق الملكية الفكرية، أو تحديدها في إطار الدورة الثانية والثلاثين للرابطة، كثيرا ما يُجبر على استخدام مواد أفضل، غير أنه ليس من الضروري دائما استخدام أكثر المواد تكلفة، وقد يؤدي اتباع نهج منهجي إلى تقييم هوامش الانبعاثات من المحاكاة والنماذج الأولية، وإذا كانت الهوامش ضيقة، فإن رفع مستوى الانبعاثات من المستوى الرابع إلى درجة حرارة متوسطة (مثلا، أيروسولا دي 104) يمكن أن يوفر تحسينا بمقياسا بمقياسا بمقياسا أعلى.

الموارد الخارجية لمعايير الامتثال: ]

الاتجاهات المستقبلية في المواد الكيميائية من مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور

فالدفعة نحو 5 جي، والاتصالات مع تيراهرتز، والرادار الآلي تتسارع في الابتكار المادي، وتوفر البوليمر البلوري السائل خصائص مرنة منخفضة الخسارة، وتوضع الألغام من الدرجة الأوتوماتيكية لتصمد - 40 درجة مئوية إلى 150 درجة مئوية، مع الحفاظ على استقرار الديك.

خاتمة

إن اختيار المواد من نوع PCB ليس باعتقاد بعد في تصميمات شركة EMC - بل هو قرار أساسي يؤثر على سلامة الإشارات والإشعاع والامتثال، إذ أن المقاييس الديموغرافية الثابتة والمتمثلة في فقدان الدم، والسلوك الحراري، والاستقرار الميكانيكي للمنتجات الفرعية، يجب أن تشكل مباشرة السلوك الكهرمغنطيسية للمنتج النهائي، وفي حين أن الترددات 4 تظل قابلة للتطبيق بالنسبة للتصميمات الرقمية المنخفضة التردد والمزودة بالتكلفة.