מהו PWB?
לוח חיווט מודפס (PWB), הידוע יותר בשם לוח מעגלים מודפס (PCB), הוא מרכיב בסיסי במכשירים אלקטרוניים.
הוא מספק פלטפורמה להרכבה וחיבור של רכיבים אלקטרוניים ליצירת מעגלים פונקציונליים.
הלוח מורכב מחומר מצע לא מוליך, פיברגלס מחוזק בשרף אפוקסי, עליו נחרטות או “מודפסות” שכבות דקות
של פסי נחושת מוליכים.
מסלולי נחושת אלו יוצרים את מסלולי המעגל המאפשרים זרימת חשמל בין רכיבים.
הפריסה והעיצוב של מסלולים אלה חיוניים להבטחת תפקוד תקין של המכשיר האלקטרוני.
לוחות PWB מגיעים בסוגים ובתצורות שונות, כולל לוחות חד-צדדיים, דו-צדדיים ורב-שכבתיים,
בהתאם למורכבות המעגלים הנדרשים.
הם נמצאים בשימוש נרחב בהמון מכשירים אלקטרוניים, החל ממוצרי אלקטרוניקה פשוטים כמו מחשבונים ושלטים רחוקים
ועד למערכות מורכבות כמו מחשבים, סמארטפונים ומכשירים רפואיים.
למה PWB משמש?
לוחות PWB הידועים כלוחות מעגלים מודפסים (PCB), משמשים במגוון רחב של מכשירים ויישומים אלקטרוניים.
להלן כמה מטרות ויישומים מרכזיים של PWB:
התקנים אלקטרוניים : PWB משמשים כבסיס להרכבת רכיבים אלקטרוניים כגון מעגלים משולבים, נגדים,
קבלים והתקנים אקטיביים ופסיביים אחרים.
הם מספקים את הקישוריות הדרושה בין רכיבים, ומאפשרים להם לתפקד כמערכת אלקטרונית מגובשת.
אלקטרוניקה לצרכן : PWB נמצאים בשימוש נרחב במוצרי אלקטרוניקה כגון סמארטפונים, טאבלטים, מחשבים ניידים,
טלוויזיות, מצלמות דיגיטליות ומכשירי חשמל ביתיים כמו מיקרוגלים ומכונות כביסה.
תקשורת : PWB הם מרכיבים חיוניים בהתקני תקשורת וציוד כולל נתבים, מודמים, מתגים והתקני רשת.
הם מאפשרים שידור וקליטה של אותות ברשתות תקשורת, רשתות Wi-Fi ומערכות תקשורת סלולריות.
אלקטרוניקה לרכב : PWB הם חלק בלתי נפרד מהתפקוד של כלי רכב מודרניים, כאשר הם משמשים ביחידות בקרת מנוע (ECU),
מערכות מידע בידור, מערכות ניווט, מערכות סיוע לנהג וחיישנים שונים בכל הרכב.
ציוד תעשייתי : PWB ממלאים תפקיד חיוני במכונות תעשייתיות, מערכות אוטומציה, לוחות בקרה, רובוטיקה ומכשור המשמשים בייצור,
בקרת תהליכים ויישומים תעשייתיים אחרים.
מכשירים רפואיים : PWB נמצאים בציוד ובמכשירים רפואיים כגון מכשירי אבחון, מערכות ניטור חולים, מכשירי הדמיה רפואיים
(למשל, מכשירי MRI, סורקי CT) ומכשירים רפואיים הניתנים להשתלה.
תעופה וחלל והגנה : PWB משמשים ביישומי תעופה חלל והגנה, כולל אוויוניקה של מטוסים, מערכות הנחיית טילים,
תקשורת לוויינית, מערכות מכ”ם ואלקטרוניקה ברמה צבאית.
מערכות אנרגיה מתחדשת : PWB משמשים במערכות אנרגיה מתחדשת כגון מהפכים סולאריים, מערכות בקרת טורבינות רוח
ומערכות ניהול סוללות לאחסון אנרגיה.
לוחות PWB הם רכיבים הכרחיים באלקטרוניקה המודרנית, המאפשרים את הפעולה היעילה והאמינה של מגוון עצום
של מכשירים אלקטרוניים בתעשיות ויישומים שונים.
מי צריך PWB?
לוחות PWB הם מרכיבים חיוניים בייצור והרכבה של מכשירים אלקטרוניים.
גופים ותעשיות שונות דורשים PWB לצורך פעילותם.
להלן מספר בעלי עניין מרכזיים שזקוקים ללוחות חיווט מודפסים:
יצרני אלקטרוניקה : חברות שמתכננות, מייצרות ומרכיבות מכשירים אלקטרוניים מסתמכות על PWB
כדי ליצור את המעגלים הדרושים למוצרים שלהן.
זה כולל יצרנים של מוצרי אלקטרוניקה, ציוד טלקומוניקציה, אלקטרוניקה לרכב, מכונות תעשייתיות, מכשור רפואי ועוד.
יצרני ציוד מקורי (OEM) : יצרני OEM בתעשיות שונות רוכשות PWB כדי לשלב במוצרים שלהם.
הם כוללים חברות המייצרות מחשבים, סמארטפונים, מכשירי חשמל ביתיים, חלקי רכב, רכיבי תעופה וחלל
ומערכות אלקטרוניות אחרות.
יצרני חוזה אלקטרוניקה (CEM) : יצרני חוזים מתמחים בייצור מכלולים אלקטרוניים מטעם חברות אחרות.
הם דורשים מ-PWB למלא את צורכי ההרכבה של לקוחותיהם, ומספקים שירותים כגון ייצור PCB,
מקורות רכיבים, הרכבה ובדיקות.
ארגוני מחקר ופיתוח (מו”פ) : מוסדות מחקר, אוניברסיטאות וחברות העוסקות בפעילויות מו”פ זקוקות ל-PWB
לצורך יצירת אב טיפוס, בדיקה ופיתוח מוצרים וטכנולוגיות אלקטרוניות חדשות.
שירותי תחזוקה ותיקונים : חנויות תיקונים ומתקני תחזוקה צריכים PWB כדי להחליף מעגלים פגומים במכשירים אלקטרוניים.
ייתכן שהם גם צריכים PWB לשיפוץ או שדרוג ציוד ישן יותר.
חובבי עשה זאת בעצמך : אנשים המעוניינים באלקטרוניקה כתחביב או עבור פרויקטים אישיים רוכשים PWB
כדי לבנות מעגלים מותאמים אישית, אבות טיפוס או גאדג’טים אלקטרוניים.
סוכנויות ממשלתיות וקבלנים ביטחוניים : סוכנויות ממשלתיות וקבלנים ביטחוניים רוכשים PWB עבור יישומים שונים,
כולל אלקטרוניקה צבאית, מערכות תעופה וחלל, ציוד מעקב והתקני תקשורת.
ספקי שירותי טלקומוניקציה : חברות טלקומוניקציה וספקי שירותים דורשים PWB לציוד רשת, נתבים, מתגים,
תחנות בסיס ורכיבי תשתית אחרים המשמשים ברשתות טלקומוניקציה.
מגזר האנרגיה והשירותים : חברות העוסקות בייצור, הפצה וניהול אנרגיה זקוקות ל-PWB עבור מערכות בקרה, ציוד ניטור,
ממירי חשמל ומכשירים אלקטרוניים אחרים המשמשים במערכות אנרגיה מתחדשת, רשתות חכמות ותשתיות שירות.
לוחות PWB מבוקשים במגוון רחב של תעשיות ויישומים, ומשמשים כמרכיבי יסוד ליצירת מוצרים ומערכות אלקטרוניות.
סוגי PWB
לוחות PWB מגיעים בסוגים ובתצורות שונות כדי להתאים ליישומים ולדרישות שונות.
להלן כמה מהסוגים העיקריים:
Single-Sided PCB:
ל-PCB חד צדדיים יש עקבות מוליכים רק בצד אחד של הלוח.
רכיבים מורכבים בצד אחד, בעוד שהצד השני מכיל את העקבות המולחמות.
אלה משמשים במכשירים אלקטרוניים פשוטים עם פחות רכיבים ומעגלים פחות מורכבים.
Double-Sided PCB:
ל-PCB דו-צדדיים יש עקבות מוליכים משני צידי הלוח, המאפשרים צפיפות גבוהה יותר של רכיבים
ועיצובי מעגלים מורכבים יותר.
ניתן להרכיב רכיבים משני הצדדים.
Multi-Layer PCB:
PCB רב-שכבתי מורכב משכבות מרובות של עקבות מוליכים המופרדים על ידי שכבות בידוד (מצעים).
לוחות אלו מספקים גמישות ומרחב מוגברים למעגלים מורכבים על ידי שילוב שכבות פנימיות לניתוב עקבות.
הם משמשים במכשירים אלקטרוניים מתקדמים הדורשים מעגלים בעלי צפיפות גבוהה וביצועים גבוהים,
כגון סמארטפונים, מחשבים ושרתי רשת.
Rigid PCB:
PCB קשיחים הם הסוג הנפוץ ביותר והם עשויים מחומרים לא גמישים כגון פיברגלס או שרף אפוקסי.
הם מספקים תמיכה יציבה לרכיבים אלקטרוניים ומתאימים לרוב היישומים האלקטרוניים.
Flexible PCB:
PCB גמישים, הידועים גם כ-flex PCB, עשויים מחומרים גמישים כגון פוליאמיד.
הם יכולים להתכופף או להתאים כדי להשתלב בחללים צרים או בצורות לא סדירות, מה שהופך אותם לאידיאליים
עבור יישומים שבהם המקום מוגבל או שבהם הלוח צריך להתגמש במהלך השימוש, כגון במכשירים לבישים,
מצלמות ושתלים רפואיים.
Rigid-Flex PCB:
PCB קשיח-גמיש משלבים אלמנטים של PCB קשיחים וגמישים כאחד, ומאפשרים שילוב של חלקים קשיחים וגמישים בתוך לוח אחד.
עיצוב זה מספק את היתרונות של שני הסוגים, ומאפשר צורות תלת מימדיות מורכבות, מורכבות מופחתת של הרכבה ואמינות משופרת.
PCB-גמיש קשיח נמצאים בשימוש נפוץ ביישומים תעופה וחלל, רכב ויישומים רפואיים.
High-Frequency PCB:
PCB בתדר גבוה מתוכננים לפעול בתדרים מעל 1 GHz והם מותאמים לאובדן אות מינימלי והתאמת עכבה.
הם משמשים ביישומים כגון מערכות תקשורת RF, התקני מיקרוגל ומעגלים דיגיטליים במהירות גבוהה.
Metal Core PCB:
ל-PCB ליבת מתכת מוליכה תרמית, עשויה מאלומיניום או נחושת, המסייעת בפיזור חום בצורה יעילה יותר מאשר PCB מסורתי.
הוא משמש בתאורת LED בעלת הספק גבוה, תאורת רכב ואלקטרוניקה כוח, שבהם ניהול תרמי הוא קריטי.
אלו הם כמה מהסוגים העיקריים של PWB, כל אחד מהם מותאם ליישומים ספציפיים ולדרישות ביצועים.
הבחירה בסוג PCB תלויה בגורמים כמו מורכבות המעגל, אילוצי מקום, תנאי סביבה ושיקולי עלות.
מוצרים המכילים PWB
לוחות PWB הם רכיבים בסיסיים המצויים במגוון עצום של מוצרים אלקטרוניים בתעשיות שונות.
להלן כמה דוגמאות למוצרים המכילים PWB:
מוצרי אלקטרוניקה :
סמארטפונים
טאבלטים
מחשבים ניידים
טלוויזיות
קונסולת משחקים
מצלמות דיגיטליות
מכשירי חשמל לבית (מכונות כביסה, מקררים, תנורי מיקרוגל)
ציוד מחשוב ו-IT :
מחשבים נייחים
שרתים
ציוד רשת (נתבים, מתגים)
התקני אחסון נתונים (כונני דיסק קשיח)
אלקטרוניקה לרכב :
יחידות בקרת מנוע (ECU)
מערכות מידע ובידור
מערכות מתקדמות לסיוע לנהג (ADAS)
חיישני רכב ומודולים
אלקטרוניקה תעשייתית :
בקרי לוגיקה ניתנים לתכנות (PLC)
ממשקי אדם-מכונה (HMI)
כונני מנוע ובקרים
רובוטים תעשייתיים ומערכות אוטומציה
מערכות ניטור ובקרה
מכשירים רפואיים :
ציוד אבחון (מכונות אולטרסאונד, מכונות רנטגן)
מערכות ניטור חולים
מכשירי הדמיה רפואיים (מכשירי MRI, סורקי CT)
מכשירים רפואיים מושתלים (קוצבי לב, משאבות אינסולין)
מכשירי טלקומוניקציה :
טלפונים ניידים
תחנות בסיס
מודמים
מתגים ונתבים
ציוד לרשת אופטית
מערכות תעופה וחלל והגנה :
אוויוניקה
מערכות מכ”ם
מערכות תקשורת
מערכות הדרכה וניווט
אלקטרוניקה ברמה צבאית
מערכות אנרגיה מתחדשת :
ממירים סולאריים
מערכות בקרת טורבינות רוח
מערכות ניהול סוללות (BMS)
ממירי חשמל
מוצרי אלקטרוניקה :
מכשירים לבישים (שעונים חכמים, מעקבי כושר)
אוזניות
רמקולים בלוטות’
שלטים
מכשירי אוטומציה ביתית
אלו הן רק כמה דוגמאות למוצרים המכילים לוחות חיווט מודפסים.
סביר להניח שכל מכשיר אלקטרוני הדורש מעגלים כדי לתפקד ישתמש ב-PWB כחלק מהתכנון שלו.
אלטרנטיבה למעגלי PWB
חלופות ללוחות PWB משתנות בהתאם לצרכים, אילוצים והתקדמות טכנולוגית ספציפיים.
הנה כמה חלופות:
Wire-Wrap Technology:
בטכנולוגיית גלישת חוטים, חוטים מבודדים נכרכים סביב עמודים או מסופים על לוח כדי ליצור חיבורים בין רכיבים.
למרות שזו טכניקה ישנה יותר, היא עדיין בשימוש ביישומים מסוימים, במיוחד ביצירת אב טיפוס ותיקונים.
Point-to-Point Construction:
בנייה מנקודה לנקודה כוללת הלחמה ידנית של רכיבים וחוטים ישירות זה לזה ללא שימוש בלוח.
היא נפוצה בשימוש באלקטרוניקה וינטג’ ויכולה לגזול זמן אבל מציעה גמישות וקלות תיקון.
Breadboards:
לוחות לחם הם לוחות אב-טיפוס ניתנים לשימוש חוזר ללא הלחמה עם רשת של חורים שלתוכם ניתן להכניס ולחבר
רכיבים אלקטרוניים באמצעות חוטי מגשר.
הם משמשים עבור אב טיפוס מהיר וניסויים, אך אינם מתאימים להתקנות קבועות בגלל חוסר העמידות שלהם.
Surface-Mount Technology (SMT):
טכנולוגיית הרכבה על פני השטח כוללת הלחמת רכיבים ישירות על פני השטח של המצע, מונעת את הצורך בחורים
ומאפשרת צפיפות רכיבים גבוהה יותר.
SMT נמצאת בשימוש נפוץ בייצור אלקטרוניקה מודרני בשל הקומפקטיות שלה והתאמתה להרכבה אוטומטית.
Chip-on-Board (COB) :
טכנולוגיית Chip-on-Board כרוכה בהרכבה ישירה של שבבי מוליכים למחצה חשופים על גבי מצע וחיבורם באמצעות
הדבקת חוט או הדבקת שבב הפוך.
COB יכולה להציע חיסכון בעלויות, גודל מופחת וביצועים תרמיים משופרים אך דורשת ציוד מיוחד להרכבה.
Flexible and Stretchable Electronics:
אלקטרוניקה גמישה וניתנת למתיחה משתמשת במצעים גמישים כגון פוליאמיד או אלסטומרים, המאפשרים שילוב קונפורמי במשטחים
מעוקלים או לא סדירים.
טכנולוגיות אלו משמשות ביישומים כמו מכשירים לבישים, שתלים רפואיים ותצוגות גמישות.
3D Printed Electronics:
ניתן להשתמש בטכנולוגיית הדפסת תלת מימד כדי להדפיס ישירות עקבות מוליכים ורכיבים אלקטרוניים
על אובייקטים תלת מימדיים, מה שמאפשר שילוב של אלקטרוניקה בגיאומטריות מורכבות ועיצובים מותאמים אישית.
Hybrid Integration:
טכניקות אינטגרציה היברידיות כוללות שילוב של טכנולוגיות הרכבה אלקטרוניות מרובות, כגון הטמעת רכיבים בתוך מצע
או שילוב סוגים שונים של רכיבים על גבי מצע יחיד.
גישה זו מאפשרת התאמה אישית ואופטימיזציה של ביצועים.
Organic Electronics:
אלקטרוניקה אורגנית משתמשת בחומרים אורגניים (על בסיס פחמן) כדי ליצור רכיבים ומעגלים אלקטרוניים.
בעוד שהיא עדיין בפיתוח, אלקטרוניקה אורגנית מציעה יתרונות פוטנציאליים כגון ייצור בעלות נמוכה,
גמישות ותאימות לתהליכי הדפסה בשטח גדול.
חלופות אלו ל-PWB מציעות יתרונות ופשרות שונות מבחינת עלות, מורכבות, ביצועים והתאמה ליישומים ספציפיים.
בחירת הטכנולוגיה תלויה בגורמים כגון הפונקציונליות הנדרשת, מדרגיות ייצור ומגבלות סביבתיות.
שאלות ותשובות בנושא PWB
ש: מהן המגמות המתפתחות בטכנולוגיית PWB?
ת: מגמות מתפתחות בטכנולוגיית PWB כוללות פיתוח של אלקטרוניקה גמישה וניתנת למתיחה,
התקדמות בהדפסת תלת מימד עבור מעגלים אלקטרוניים, שילוב חיישנים וקישוריות אלחוטית,
ושימוש בחומרים ותהליכי ייצור ידידותיים לסביבה.
מגמות אלו שואפות לתת מענה לדרישות השוק המתפתחות למזעור, גמישות וקיימות.
ש: מהם מרכיבי המפתח של PWB?
ת: מרכיבי המפתח של PWB כוללים את חומר המצע ( פיברגלס מחוזק בשרף אפוקסי), עקבות נחושת מוליכות,
מסכת הלחמה לבידוד והגנה, דרך לחיבור שכבות שונות בלוחות רב-שכבתיים, גימור פני השטח להלחמה ועמידות בפני קורוזיה.
ש: כיצד תורמים לוחות PWB למזעור מכשירים אלקטרוניים?
ת: לוחות PWB מאפשרים מזעור מכשירים אלקטרוניים על ידי מתן פלטפורמה קומפקטית להרכבה וחיבור של רכיבים.
ההתקדמות בטכנולוגיית PCB, כגון לוחות רב-שכבתיים ורכיבי הרכבה על פני השטח, מאפשרת צפיפות רכיבים גבוהה יותר
וגורמי צורה קטנים יותר, מה שמוביל להתקנים אלקטרוניים קטנים וניידים יותר.
ש: האם יש דאגות סביבתיות הקשורות ל-PWB?
ת: לוחות PWB יכולים להוות דאגות סביבתיות עקב נוכחותם של חומרים מסוכנים כגון עופרת, מעכבי בעירה ברום וחומרים רעילים אחרים.
נערכים מאמצים לפיתוח חלופות ידידותיות לסביבה ולשיפור תהליכי מיחזור כדי להפחית את החששות הללו ולקדם קיימות בייצור אלקטרוניקה.
ש: כיצד תורמים לוחות PWB לאינטרנט של הדברים (IoT) ולמכשירים חכמים?
ת: לוחות PWB ממלאים תפקיד מכריע ב-IoT ובמכשירים חכמים על ידי מתן תשתית אלקטרונית לחיישנים, מיקרו-בקרים,
מודולי תקשורת אלחוטיים ורכיבים אחרים המאפשרים קישוריות וחילופי נתונים.
הם מאפשרים שילוב של אינטליגנציה וקישוריות לתוך חפצים יומיומיים, ומאפשרים יישומים כגון אוטומציה ביתית,
ניטור תעשייתי וטכנולוגיה לבישה.
