PCB یا برد مدار چاپی، یک جزء بسیار اساسی و پراستفاده در صنعت برق است که برای اتصال و ایجاد پیوند بین قطعات الکترونیکی استفاده می شود. برد مدار چاپی در کنترل جریان الکتریکی و ایجاد مسیرهای مناسب برای انتقال اطلاعات نیز نقش بسزایی دارد. معمولاً از نرم افزارهای مهندسی مانند Altium Designer، Eagle PCB، KiCad و OrCAD در طراحی برد الکترونیکی استفاده می شود. این نرم افزارها به مهندسان امکان می دهند تا طرح مدارهای الکترونیکی را به صورت دیجیتالی ایجاد کرده و مسیرهای رسانا را روی صفحه برد مشخص کنند. سپس فایل های طراحی برد پی سی بی به تولید کنندگان این قطعات ارسال می شود تا برد مدار چاپی واقعی تولید شود. در ادامه این مطلب از وبلاگ عمران نیرو قصد داریم اطلاعات کاربردی و بیشتری درباره برد مدار چاپی و کاربردهای آن در صنعت برق ارائه کنیم.
فهرست مطالب
- تاریخچه برد مدار چاپی
- انواع برد PCB
- بخش های مختلف برد مدار الکترونیکی
- نرم افزارهای طراحی برد پی سی بی
- انواع روش های ساخت برد مدار چاپی
- کاربرد برد PCB
- سخن پایانی
تاریخچه برد مدار چاپی
در دهه ۱۹۲۰ بردهای مدار چاپی در ابتدا به عنوان یک روش برای اتصال قطعات الکترونیکی در تلفن‌ها و رادیوها به کار گرفته شدند. در این دوران، برد مدار چاپی بدون نیاز به دستگاه خاصی تولید می شد و فرآیند کشیدن سیم‌ها بر روی یک صفحه مبله به کمک لحیم و قطعات الکترونیکی انجام میشد. دهه ۱۹۴۰ با پیشرفت تکنولوژی و نیاز به سیستم‌های پیچیده‌تر همراه بود. ایده استفاده از روش چاپ بر روی فیبرگلاس به عنوان پایه بردهای مدار چاپی در این دهه مطرح شد. این روش باعث افزایش سرعت و دقت تولید و اتصال قطعات الکترونیکی شد.در دهه 1950، فناوری مس و مواد هادی به عنوان لایه‌های پوششی بر روی بردهای مدار چاپی معرفی شدند. این لایه‌ها به عنوان منابع اتصال الکتریکی بین قطعات الکترونیکی عمل می‌کنند و تداخلات الکترومغناطیسی را کاهش می‌دهند.
با آغاز دهه ۱۹۶۰، تکنولوژی تراشه‌های نیمه‌هادی (Integrated Circuits) و مینیاتوریزاسیون الکترونیک به تدریج برای تولید بردهای مدار چاپی استفاده شد. این تغییرات منجر به کاهش اندازه و وزن بردها، افزایش تعداد قطعات الکترونیکی در یک برد و بهبود عملکرد سیستم‌های الکترونیکی شد و از بعد از سال ۱۹۷۰، با پیشرفت تکنولوژی مینیاتوریزاسیون و تراشه‌های مجتمع، تولید بردهای مدار چاپی چندلایه گسترش یافت. در این بردها، لایه‌های مختلفی از مواد مانند مس و فیبرگلاس استفاده شده و اتصالات بین لایه‌ها به کمک سوراخ‌کاری و مواد هادی صورت می‌گیرد.
انواع برد PCB
بردهای PCB براساس ویژگی‌های مختلفی که دارند به چند دسته تقسیم می‌شوند که اصلی‌ترین آنها عبارتند از:
1) بردهای یک لایه (Single-layer PCB)
در این نوع بردها، تمام اتصالات و مسیرهای الکتریکی روی یک لایه واحد قرار دارند. این نوع بردها برای سیستم های ساده و با پیچیدگی کم استفاده می شوند و قابلیت تولید ارزانتری نسبت به بردهای چند لایه دارند.
2) بردهای دو لایه (Double-layer PCB)
در بردهای دو لایه، مسیرها و اتصالات الکتریکی روی دو لایه متفاوت قرار دارند. لایه های مسی از طریق منافذ و پایه ها به هم متصل می شوند. این نوع بردها برای سیستم هایی با پیچیدگی متوسط استفاده می شوند و در برخی از موارد از لحیم کاری دو طرفه (Double-sided Soldering) استفاده می کنند.
3) بردهای چند لایه (Multi-layer PCB)
بردهای چند لایه شامل سه یا بیشتر لایه هستند که درون آنها مسیرها و اتصالات الکتریکی قرار دارند. این لایه ها توسط لایه های آیزولاسیونی از یکدیگر جدا می شوند. بردهای چند لایه به عنوان گزینه ای پیچیده تر برای سیستم های الکترونیکی با تراکم بالا و پیچیدگی زیاد استفاده می شوند. این نوع بردها قابلیت انتقال حرارت و کاهش تداخلات الکترومغناطیسی را نیز دارند.
همچنین دیگر دسته‌بندی‌های بردهای مدار چاپی شامل موارد زیر می‌شوند:
1- انواع برد مدار چاپی بر اساس سیستم مونتاژ
1-1) بردهای مونتاژ سطحی (Surface Mount Technology - SMT)
در این نوع بردها، قطعات الکترونیکی به صورت سطحی، به جای استفاده از سردیوس (leads) برای اتصال قطعات روی سطح برد مونتاژ می شوند. این نوع مونتاژ عموماً در بردهای چند لایه استفاده می شود و به دلیل تراکم بالا و کوچکی قطعات، امکان تولید سیستم های کوچک و سبک را فراهم می کند.
2-1) بردهای مونتاژ سوراخی (Through-Hole Technology - THT)
در این نوع بردها، قطعات الکترونیکی از طریق سوراخ های موجود در برد وارد می شوند و با استفاده از پین ها و لحیم کاری، به برد متصل می شوند. قطعات THT دارای پین های بلند هستند که از سوراخ های مسی در برد عبور می کنند و در سمت مخالف برد لحیم می شوند. این نوع مونتاژ اغلب بر روی بردهای یک یا دو لایه استفاده می شود و در برخی از موارد که نیاز به استحکام مکانیکی بالا یا قابلیت تحمل جریان بالا است، استفاده می شود. برای مثال، قطعاتی که نیاز به پایه های قوی برای محکم شدن در مکان خاص دارند، معمولاً از مونتاژ سوراخی استفاده می کنند.
در عمل، بردها ممکن است همزمان از هر دو نوع سیستم مونتاژ استفاده کنند. برای نمونه،قطعات SMT قادر به اتصال به یک لایه برد هستند، در حالی که قطعات THT از زیر بردها وارد می‌شوند و به سمت مقابل لحیم می‌شوند.. این استفاده از هر دو نوع مونتاژ به عنوان مونتاژ هیبریدی شناخته می شود.
همچنین، بردهای مدار چاپی می‌توانند با توجه به نوع استفاده و نیازهای خاص مدار، انواع دیگری داشته باشند. هر نوع برد مدار چاپی ممکن است نیازمند فرآیندها و تکنولوژی‌های خاصی برای تولید و تجمیع باشد و برای کاربردهای خاصی استفاده شوند که در ادامه به معرفی بعضی از آنها خواهیم پرداخت.
2- بردهای اعتبارسنجی (Validation PCB)
بردهای اعتبار سنجی برای آزمایش و اعتبارسنجی عملکرد قطعات یا سیستم های الکترونیکی قبل از تولید نهایی و استفاده در محیط های دیگر کاربرد دارند.
3- بردهای سریع (High-speed PCB)
بردهای سریع برای سیستم های الکترونیکی با سیگنال‌های با سرعت بالا طراحی می‌شوند. طراحی و تنظیمات خاصی برای کاهش تداخلات الکترومغناطیسی و افت جریان در این نوع بردها اعمال می‌شود.
4- بردهای چاپی سرامیکی (Ceramic PCB)
این نوع بردها از مواد سرامیکی به جای مواد آیزولاتوری معمول استفاده می‌کنند. بردهای سرامیکی دارای خواص حرارتی و مکانیکی بالا هستند و به‌طور عمده در برنامه‌هایی که نیاز به تحمل دماهای بالا دارند، استفاده می‌شوند.
بخش های مختلف برد مدار الکترونیکی
بردهای مدار چاپی (PCB) معمولاً از اجزای متنوعی تشکیل شده‌اند که هر یک وظایف و نقش‌های خاصی در عملکرد کلی برد دارند. اجزای اصلی یک برد PCB شامل موارد زیر هستند:
1) لایه‌های مس
بردهای چند لایه شامل لایه‌های مسی هستند که بین لایه‌های غیرمسی قرار می‌گیرند. این لایه‌ها برای ایجاد مسیرهای الکتریکی و اتصالات بین قطعات الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
2) پدها (Pads)
پدها نقاطی هستند که قطعات الکترونیکی به آنها لحیم می‌شوند. هر قطعه الکترونیکی دارای پایه‌ها یا پین‌هایی است که به پدها متصل می‌شوند.
3) مسیرها (Traces)
مسیرها خطوط مسی هستند که اتصالات بین پدها و قطعات الکترونیکی را فراهم می‌کنند. مسیرها برای انتقال سیگنال‌ها و اتصالات الکتریکی به درستی طراحی و مسیردهی می‌شوند.
4) پلت‌فرم لحیم (Solder Mask)
پلت‌فرم لحیم لایه‌ی محافظی است که روی لایه‌های مسی بردها قرار می‌گیرد و از تماس غیرمطلوب بین مسیرها و قطعات الکترونیکی با لحیم جلوگیری می‌کند. همچنین، از اکسیداسیون و آسیب به مس‌ها در فرآیند لحیم کاری نیز جلوگیری می‌کند.
5) شکاف بین لایه‌ها (Via)
شکاف‌ها یا ویاها، اتصالات بین لایه‌های مسی بردها را فراهم می‌کنند. آنها به طور عمده به دو نوع تقسیم می‌شوند: شکاف تراورس (Through Via ) که از طریق تمام لایه‌ها عبور می‌کند و شکاف القایی ( (Blind Via که فقط به بخشی از لایه‌ها متصل است.
6) لایه محافظ (Silkscreen)
لایه محافظ حاوی نشانه‌ها، متن‌ها، شماره‌گذاری قطعات و سایر اطلاعات مربوط به طراحی و قطعات برد است. این لایه بر روی بخش بیرونی برد قرار می‌گیرد و معمولاً با رنگ سفید یا مشکی نمایش داده می‌شود.
نرم افزارهای طراحی برد پی سی بی
چندین نرم‌افزار مشهور برای ایجاد طرح‌های بردهای مدار چاپی (PCB) وجود دارند.. در زیر، به برخی از محبوب‌ترین نرم‌افزارهای طراحی PCB اشاره می‌کنیم
- OrCAD
OrCAD یک سری از نرم‌افزارهای طراحی PCB است که توسط شرکت Cadence Design Systems ارائه می‌شود. این سری شامل ابزارهای متنوعی برای طراحی بردهای مدار چاپی، شبیه‌سازی، تحلیل و ترکیب سیستم‌های الکترونیکی است.
- Eagle
Eagle یک نرم‌افزار طراحی PCB قدرتمند است که توسط شرکت Autodesk توسعه می‌یابد. این نرم‌افزار دارای واسط کاربری ساده و قابل فهم است و برای پروژه‌های کوچک و متوسط مناسب است.
- KiCad
KiCad یک نرم‌افزار طراحی PCB متن‌باز و رایگان است. این نرم‌افزار ابزارهای کاملی برای طراحی بردهای مدار چاپی، شبیه‌سازی، طراحی تراشه‌های مجتمع و ساخت برد را ارائه می‌دهد. KiCad برای طراحانی که به دنبال یک گزینه رایگان هستند و پروژه‌های کوچک و متوسط را می‌سازند، مناسب است.
- Proteus
Proteus یک نرم‌افزار طراحی PCB است که همراه با ابزارهای شبیه‌سازی الکترونیکی قدرتمندی ارائه می‌شود. این نرم‌افزار برای طراحی، شبیه‌سازی و تحلیل سیستم‌های الکترونیکی مناسب است.
انواع روش‌های ساخت برد مدار چاپی
بردهای مدار چاپی (PCB) به طور رایج با استفاده از روش‌های گوناگون ساخته می‌شوند. در زیر، به برخی از روش‌های پرکاربرد ساخت بردهای PCB اشاره می‌کنیم:
1) روش حکاکی (Etching)
در این روش، ابتدا یک لایه نازکی از موادی مانند مس روی یک شیشه اپوکسی ((Fiberglass گذاشته می‌شود. سپس الگوی مدار مورد نظر را بر روی لایه مس کشیده و محل‌هایی که نیاز به حذف مس دارند را با استفاده از مواد شیمیایی از بین می‌برند. در نهایت، مس موجود در محل‌های خالی حذف می‌شود و الگوی مدار بر روی برد باقی می‌ماند.
2) روش نقاشی با استفاده از قلم جوهری ((Inkjet Printing
در این روش، الگوی مدار به صورت دیجیتالی برنامه‌ریزی می‌شود و سپس با استفاده از پرینتر جوهری، مواد هادی بر روی برد چاپ می‌شوند. سپس برد درون یک محیط حاوی مواد شیمیایی قرار داده می‌شود تا مواد هادی جامد شود و برد نهایی ساخته شود.
3) روش حفره‌کاری ((Through-Hole Plating
در این روش، ابتدا یک برد چندلایه ساخته می‌شود که دارای لایه‌های متعدد از مواد مختلف مانند مس و فیبرگلاس است. سپس با استفاده از دستگاه حفره‌کاری، سوراخ‌های کوچک در برد ایجاد می‌شوند. این سوراخ‌ها سپس با استفاده از مواد هادی پر می‌شوند تا ارتباط بین لایه‌های مختلف برقرار شود. در نهایت، مواد هادی اضافی حذف می‌شوند و برد نهایی ساخته می‌شود.
4) روش SMT (Surface Mount Technology)
در این روش، قطعات الکترونیکی بر روی سطح برد قرار می‌گیرند و با استفاده از سریع‌ترین و دقیق‌ترین ماشین‌آلات، قطعات به برد جوش داده می‌شوند. این روش به طور گسترده در تولید انبوه بردهای مدار چاپی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
کاربرد برد PCB
بردهای مدار چاپی (PCB) در حوزه‌های صنعت الکترونیک و مهندسی برق بسیار متداول و پرکاربرد هستند.. زیرا آنها اتصالات الکتریکی بین قطعات الکترونیکی را فراهم می‌کنند و مدارهای الکترونیکی را در یک بستر فیزیکی سازماندهی می‌کنند. برخی از مهم‌ترین کاربردهای PCB شامل موارد زیر هستند:
- صنعت مخابرات
PCB در تجهیزات مخابراتی مانند مودم‌ها، روترها، تلفن‌های همراه و تجهیزات شبکه استفاده می‌شوند. آنها سیگنال‌های الکتریکی را منتقل می‌کنند و امکان ارتباطات بی‌سیم و باسیم را فراهم می‌کنند.
- صنعت خودروسازی
PCB در خودروها برای کنترل سیستم‌های الکترونیکی از جمله سیستم‌های راهنمایی و ناوبری، سیستم‌های صوتی، سیستم‌های تزریق سوخت و سیستم‌های کنترل موتور مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- الکترونیک مصرفی
PCB در تلویزیون‌ها، رادیوها، دستگاه‌های پخش موسیقی، دوربین‌ها و دستگاه‌های الکترونیکی مصرفی دیگر استفاده می‌شوند.
- صنعت پزشکی
در تجهیزات پزشکی مانند دستگاه‌های تصویربرداری (MRI و (CT Scan، دستگاه‌های مانیتورینگ پارامترهای حیاتی، دستگاه‌های نظامیکاشتی و سایر تجهیزات پزشکی PCB استفاده می‌شود.
- صنعت صوتی و تصویری
در دستگاه‌های صوتی و تصویری مانند اسپیکرها، آمپلی‌فایرها، دستگاه‌های پخش ویدیو و سایر تجهیزات صوتی و تصویری، PCB استفاده می‌شود.
- صنعت رایانه و تکنولوژی اطلاعات
PCB در کامپیوترها، لپتاپ‌ها، سرورها، قطعات حافظه، کارت‌های گرافیک و سایر قطعات الکترونیکی مرتبط با صنعت رایانه و تکنولوژی اطلاعات استفاده می‌شود. همچنین، PCB در بسیاری از صنایع دیگر نظیر صنعت هوا و فضا، صنعت نظامی، صنعت انرژی و صنعت ماشین‌آلات نیز کاربرد دارند.
سخن پایانی
استفاده از PCB به دلیل ساختار سازماندهی شده،امکان تعمیر و تغییرات آسان در مدارها، افزایش کارایی و پایداری سیستم‌ها، کاهش اشکالات اتصالات و تداخلات الکترومغناطیسی، افزایش سرعت انتقال داده و کاهش هزینه‌ها را فراهم می‌کند. شرکت عمران نیرو با دارا بودن سابقه و تجربه بالا در حوزه قطعات الکترونیکی، آماده خدمت به مشتریانی است که در زمینه برق صنعتی فعالیت دارند. برای کسب اطلاعات بیشتر و گرفتن مشاوره درباره قطعات الکترونیکی با مشاورین و متخصصین عمران نیرو در تماس باشید.
0 دیدگاه
دیدگاهی در رابطه با این نوشته به ثبت نرسیده است.
شما اولین نفر باشید.