برد PCB چیست؟

برد مدار چاپی pcb يا Printed Circuit Board، مجموعه الکترونیکی از هادی‌های مسی است جهت ایجاد اتصالات الکتریکی بین قطعات. بردهای مدار چاپی پشتیبانی مکانیکی برای قطعات الکترونیکی را فراهم میکنند تا بتوان دستگاه را در یک محفظه نصب کرد. PCBها متشکل از چندين لايه مس هستند که ما پس از دريافت آن اجزا و طرح‌بندي مورد نظرمان را روي آن اجرا ميکنيم.

لايه هاي مسي که برد را تشکيل ميدهند از طريق يکسري عايق نارسانا از یکدیگر جدا ميشوند. انواع قطعات الکترونيکي مثل خازن، مقاومت، ديود، اي سي، ترانزيستور و … روي آن نصب ميشوند تا بوسيله يکسري اتصالات ظريف با يکديگر ارتباط برقرار کنند و بتوانند پروژه نهايي ما را اجر کنند. هر وسيله الکتريکي با هر سايز و اندازه داراي يک برد است که بسته به نوع کارکرد آن وسيله و نظر مشتري طراحي آن متفاوت ميگردد.

تلوزيون، يخچال، دستگاه هاي پزشکي، صنعت خودروسازي، ساخت کارت گرافيک و مادربرد تنها بخشي از وسايل پرکاربرد اطراف ما هستند که داراي برد مدار چاپی pcb می‌باشند.

تاریخچه PCB

در سال 1903، مخترع آلمانی با نام آلبرت هانسون طی فرآیندی که اگرچه یک روش سخت بود توانست وسیله ایی را که برد مدار چاپی واقعی هم نبود اختراع و آنرا ثبت کند. بدین صورت که ورق‌های نازک فلزی هادی را که برش خورده بودند به روی کاغذ‌های پارافینی یا کاغذهایی شبیه به آن چسباند. در واقع یک طرح هادی فلزی را به روی یک بستر غیرهادی ایجاد کرد.
در طول دهه‌ها با گسترش دانش الکترونیک در نهایت PCB به وجود آمد که ابتدا در رادیو و بعد در بیسیم کاربرد آن به وضوح دیده شد. با توسعه این صنعت و افزایش تقاضا به مرور در ساخت وسایل برقی همچون تلویزیون و صنایع نظامی این نوع برد به کار گرفته شد.

تا قبل از به وجود آمدن اين وسیله پرکاربرد، قطعات در يک جعبه قرار ميگرفتند و بوسیله سيم‌هاي مسي پايه آنها به يکديگر متصل ميشد. بعد از گذشت زمان ممکن بود بر اثر پوسيدگي عايق سيم ها از بين برود و خرابي‌هاي متعددي در سطح برد ايجاد گردد. امروزه با پیشرفت تکنولوژی انواع PCB در ابعاد مختلف و بسته به نیاز مشتری با نرم افزارهای قوی طراحی و تولید میگردند.

نقش و اهمیت pcb در اتصالات الکتریکی

در گذشته قطعات الکتریکی با تعداد زیادی سیم به یکدیگر متصل میشدند این موضوع مشکلات زیادی را به وجود می آورد. پس از ابداع برد های مدار چاپی بسیاری از نیاز های ما در این حوزه بدون استفاده از اتصالات پرحجم و اضافی برطرف شد و برد های مدار چاپی به راحتی توانستند جای سیم های مختلف را بگیرند. این کار با جاری سازی مس در تمام سطح برد صورت میگیرد ، همین عمل موجب می شود تا بتوانیم تعداد زیادی قطعه را در سطح کوچکی از برد قرار دهیم .علاوه بر آن وجود چنین قابلیتی موجب میشود تا نصب قطعات مختلف راحت تر صورت بگیرد و به جای اینکه از سیم های زیادی برای ارتباط قطعات با یکدیگر استفاده شود با استفاده از شبکه اتصال مسی ، ارتباط ها به وجود بیایند .

لایه‌های مختلف برد مدار چاپی هر کدام وظایف خاص خود را دارند و به‌گونه‌ای طراحی و قرار می‌گیرند که بهترین عملکرد الکتریکی و مکانیکی را فراهم آورند. در زیر بخش‌های مختلف لایه‌های PCB و طریقه قرارگیری آن‌ها روی یکدیگر توضیح داده شده است:

بخش‌های مختلف لایه‌های PCB

بخش های مختلف برد الکترونیکی شامل موارد زیر می باشد.

1. لایه‌های سیگنال Signal Layers

• این لایه‌ها مسیرهای الکتریکی را حمل می‌کنند که سیگنال‌های مختلف را در برد منتقل می‌کنند.
• شامل لایه‌های بالایی (Top Layer) و پایینی ( ( Bottom Layer و همچنین لایه‌های داخلی در بردهای چند لایه.

2. لایه‌های زمین (Ground Layers)

• لایه‌هایی که به عنوان زمین(GND)عمل می‌کنند و برای جلوگیری از نویز و ایجاد مرجع ولتاژ ثابت استفاده می‌شوند.
• معمولاً یک یا چند لایه کامل به زمین اختصاص داده می‌شود.

3. لایه‌های تغذیه (Power Layers)

• لایه‌هایی که ولتاژ تغذیه((VCCرا به اجزای مختلف مدار می‌رسانند.
• این لایه‌ها نیز معمولاً کامل هستند تا جریان کافی و پایدار فراهم کنند.

4. لایه‌های دی‌الکتریک (Dielectric Layers)

• لایه‌های عایق که بین لایه‌های مسی قرار می‌گیرند تا از اتصالات کوتاه جلوگیری کنند.
• مواد معمولاً شامل FR-4)فایبرگلاس با رزین اپوکسی) است.

5. لایه‌های ماسک لحیم‌کاری (Solder Mask)

• لایه‌ای که بر روی مسیرها و پدهای مسی اعمال می‌شود تا از اکسیداسیون و ایجاد اتصالات ناخواسته جلوگیری کند.
• معمولاً به رنگ سبز است، اما ممکن است به رنگ‌های دیگری نیز وجود داشته باشد.

6. لایه‌های سیلک‌اسکرین (Silkscreen Layers)

• لایه‌ای که شامل علائم، نمادها و متن‌هایی است که به شناسایی قطعات و مسیرها کمک می‌کند.
• معمولاً به رنگ سفید است و بر روی لایه‌های بالایی و پایینی اعمال می‌شود.

7. لایه‌های پوشش‌دهی نهایی (Surface Finish)

• لایه‌ای که سطح پدها و مسیرها را برای اتصال بهتر با قطعات و جلوگیری از اکسیداسیون پوشش می‌دهد.
• مواد معمول شامل لحیم، طلا، نیکل یا نقره هستند.

طریقه قرارگیری لایه‌ها روی یکدیگر

در یک برد چند لایه (Multilayer PCB)، لایه‌ها به‌صورت مشخصی روی یکدیگر قرار می‌گیرند. ساختار معمولی یک برد چند لایه به صورت زیر است:

1. Top Solder Mask: لایه ماسک لحیم‌کاری بالایی که برای حفاظت از مسیرهای بالایی استفاده می‌شود.
2. Top Silkscreen: لایه سیلک‌اسکرین بالایی که شامل علائم و متن‌های شناسایی است.
3. Top Copper: لایه مسی بالایی که مسیرهای الکتریکی را حمل می‌کند.
4. Prepreg/Dielectric Layer: لایه دی‌الکتریک که لایه‌های مسی را از هم جدا می‌کند.
5. Inner Layer 1: لایه مسی داخلی که ممکن است برای سیگنال‌ها، زمین یا تغذیه استفاده شود.
6. Core/Dielectric Layer: لایه دی‌الکتریک مرکزی که لایه‌های داخلی را از هم جدا می‌کند.
7. Inner Layer 2: لایه مسی داخلی دیگر که ممکن است برای سیگنال‌ها، زمین یا تغذیه استفاده شود.
8. Prepreg/Dielectric Layer: لایه دی‌الکتریک که لایه‌های مسی را از هم جدا می‌کند.
9. Bottom Copper: لایه مسی پایینی که مسیرهای الکتریکی را حمل می‌کند.
10. Bottom Silkscreen: لایه سیلک‌اسکرین پایینی که شامل علائم و متن‌های شناسایی است.
11. Bottom Solder Mask: لایه ماسک لحیم‌کاری پایینی که برای حفاظت از مسیرهای پایینی استفاده می‌شود.

 فرآیند لمینیت کردن PCB چیست ؟

لمینیت کردن به معنای اتصال لایه‌های مختلف به یکدیگر است. این فرآیند شامل مراحل زیر است:

1. چیدمان لایه‌ها: لایه‌های مختلف به ترتیب بر روی یکدیگر چیده می‌شوند. این ترتیب باید دقیقاً رعایت شود تا عملکرد برد به درستی انجام شود.
2. فشار و حرارت: لایه‌ها تحت فشار و حرارت قرار می‌گیرند تا به هم متصل شوند. این کار معمولاً در یک دستگاه لمینیتور انجام می‌شود.
3. خنک‌کردن: پس از اعمال فشار و حرارت، بردها خنک می‌شوند تا لایه‌ها به هم بچسبند و ساختار برد پایدار شود.

این فرآیندها و ساختارها تضمین می‌کنند که بردهای PCB به درستی ساخته شده و عملکرد مطلوبی دارند.

انواع برد الکترونیکی چیست ؟

• تک لایه
• دولایه
• چند لایه
• انعطاف پذیر یا Flexi
• منعطف- سخت چند لایه یا Flexi-Rigi

مزیت استفاده از برد مدار چاپی

• صرفه جویی در وقت
• کاهش حجم مدار
• بهبود عملکرد
• صرفه جویی در وقت
• آسان شدن مونتاژ
• عیب یابی راحت تر
• زیباتر شدن مدار
• بالا رفتن سرعت تولید
• سهولت تشخیص و ترمیم
• کاهش خطا در مدت زمان ساخت
• در بعضی مواقع PCB میتواند از بین برنده نویز الکترونیکی باشد

کاربرد های pcb چیست؟

زمانی که در مورد بردهای الکتریکی صحبت میکنیم ممکن است ابتدا فکر کنید که این برد ها فقط در کامپیوتر کاربرد دارند . اما باید به این موضوع اشاره کنیم که امروزه بردهای الکتریکی تقریبا کل زندگی ما را فرا گرفته و در جای جای اطراف ما مورد استفاده قرار میگیرد . اما اگر بخواهیم در مورد کاربرد های آن بیشتر صحبت کنیم باید به صنایع بی شماری مثل صنایع نظامی، دفاعی ، پزشکی ، خودرو ، مخابرات و.. اشاره کنیم . در ادامه به نقش برد های الکتریکی در صنایع نام برده شده می پردازیم.

1. صنایع نظامی و دفاعی

Pcb در این صنعت کاربرد های گسترده ای دارد که از موارد استفاده از آن میتوان به استفاده از برد های الکتریکی در حوزه های زیر اشاره کرد

• وسائل نقلیه بدون سرنشین
• سیستم های رباتیک
• ناو ها
• سیستم های امنیتی
• زیر دریایی ها
• دستگاه های ارتباطی و…

2. کاربرد پزشکی

ازمثال های دیگر کاربرد برد الکتریکی میتوان به استفاده گسترده آن در صنعت پزشکی اشاره کرد . که از نمونه های آن موارد نام برده شده زیر است .

• دستگاه های دماسنج
• دستگاه های اندازه گیری فشار و قند خون
• مانیتور های پزشکی
• سیستم های تصویر برداری مانند MRI و سی تی اسکن
• اکسیژن سنج

3. خودرو سازی

یکی دیگر از کاربرد های گسترده PCB نقش مهم آن در صنعت خودرو سازی است . زیرا که برد های الکتریکی در بخش های مختلف خودرو مورد استفاده قرار میگیرند . مثال های زیر را میتوان از جمله بخش هایی که PCB در آن کاربرد دارد ، نام برد .

• موقعیت یابی یا GPS
• بخش های صوتی و تصویری
• سیستم کنترل امنیت
• انتقال اطلاعات
• رایانه های پردازنده

4. صنایع مخابرات

از کاربرد های PCB در این صنعت میتوان به موارد زیر اشاره کرد .

• ماهواره ها
• سرور ها
• سیستم های صوتی
• نمایشگر ها
• وسیله های ارتباط از راه دور

مراحل ساخت PCB

طراحی و ساخت برد های الکترونیکی از مراحل متفاوت و کاملا جدا از یکدیگر می باشد که در ادامه توضیحات تکمیلی خدمت شما تقدیم شده است.

ایران کامپو از شناخته شده ترین شرکت های مونتاژ برد الکترونیکی در ایران، برای کسب اطلاعات بیشتر روی لینک کلیک کنید.

طراحی برد

از ابتدایی ترین بخش های ساخت برد الکتریکی ، طراحی آن در نرم افزارهای مربوطه مثل آلتیوم دیزاینر می باشد . برای این کار متخصصان این حوزه با در نظر گرفتن کارکرد برد ، نسبت به طراحی آن اقدام میکنند. طراحی برد های الکتریکی بایستی از دقت و توجه زیادی برخوردار باشند ، زیرا که در نظر گرفتن شرایط برد و طراحی آن به صورت بهینه ، هزینه ی تولید را به

مقدار قابل توجهی کاهش میدهد. از جمله عواملی که یک طراح باید به آن دقت کند ، در نظر گرفتن امکان تولید برد ، مسیریابی و نحوه قرار گیری مولفه ها و دیگر موارد مربوطه است . در واقع طراحی هوشمندانه برد میتواند ما را در بسیاری از مراحل راهنمایی و هدایت کند و در مواجهه با رقبا برتری بخشد . مراحل طراحی برد شامل گام های زیر می باشد .

• نیاز سنجی و کاربرد
• شماتیک برد
• تعیین لایه ها

برای کسب اطلاعات بیشتر و سفارش طراحی برد مدار چاپی یا همان طراحی PCB اینجا را کلیک کنید.

چاپ برد چیست ؟

مرحله بعدی پس از طراحی برد الکتریکی ، چاپ طرح روی فیبر ویا برد خام می باشد . چاپ برد از روش های مختلفی امکان پذیر است که باید با توجه به تعداد برد مورد نیاز ، کاربرد آن ، زمان در دسترس و قطعات و همچنین تعداد لایه های برد نسبت به انتخاب بهترین آن ها اقدام کرد . چاپ برد با استفاده از فایل Gerber که در مرحله قبلی طراحی شده بود صورت میگیرد. چاپ برد از طریق روش های مختلفی انجام پذیر است که از پرکاربرد ترین روش ها میتوان به چاپ با استفاده از نور ماوراء بنفش ، ماژیک ضد اسید و لمینت اشاره کرد . در این بین کارخانه ها بیشتر از لمینت برای چاپ برد های خود استفاده میکنند . لمینت ورق های نازکی هستند که نسبت به نور حساس هستند و در اثر تابش نور تغییر رنگ میدهند. البته که باید توجه داشت هزینه استفاده از این روش به دلیل مواد به کار برده شده زیاد است و فقط در تیراژ بالا به صرفه خواهد بود و برای ساخت برد در تعداد پایین ، بهتر است روش های به صرفه تر مانند استفاده از ماژیک ضد اسید را به کار ببریم.

همه چیز درباره تولید و ساخت برد مدار چاپی و راهنمای ثبت سفارش را در اینجا مشاهده کنید.

اتچینگ (Etching)

پس از چاپ برد مرحله اتچینگ است ، در این مرحله مس های اضافی پاک شده تا فقط مسیرهای اصلی مسی باقی بمانند . این کار از بروز اختلال و اتصال های نادرست و اضافی جلوگیری می کند و باعث تمیز شدن و بهبود وضعیت ظاهری برد ما می شود.

سوراخ کاری

با توجه به نقشه برد و قطعاتی که باید بر روی برد قرار گیرد ، محل قرار گیری قطعات DIP را مشخص کرده و نسبت به سوراخ کردن و ایجاد حفره در آن قسمت اقدام میکنیم . زیرا اینگونه قطعات پس از جای گذاری ، باید برای تثبیت لحیم شوند . قطعات DIP در برد های تک لایه و دولایه کاربرد بیشتری دارند و با بیشتر شدن تعداد لایه ها کاربرد کمتری پیدا میکنند.

آبکاری حفره ها

حفره های ایجاد شده در مرحله قبل با لایه نازکی از مس پوشانده میشوند ، این امر موجب بهبود اتصال الکتریکی میشود و از بروز قطعی و اختلال جلوگیری می کند.

تست و کنترل کیفیت

پس از پایان یافتن مراحل ساخت و مونتاژ ، برد ما برای تست به قسمت کنترل کیفیت انتقال پیدا میکند ، کنترل کیفیت به صورت چشمی و یا به صورت اتوماتیک و با استفاده از دستگاه AOI امکان پذیر است . در این مرحله اتصالات برد مورد بررسی قرار گرفته و در صورت وجود مشکل به خط تولید بازگردانده میشود تا نقص های برد اصلاح شود . این بخش باعث افزایش کیفیت و جلوگیری از آسیب های آتی میشود.

شستشو و پاک کردن برد از آلودگی ها

پس از تایید pcb توسط بخش کنترل کیفیت ، لازم است که برد از آلودگی هایی که در مراحل ساخت روی آن قرار گرفته پاک شود . برای این کارلازم است برد را با روش هایی مانند ، استفاده از یخ خشک (گاز CO2 ) ، حمام التراسونیک ، متانول و یا دیگر روش های مربوطه تمیز کنیم . در این میان بهترین روش استفاده از یخ خشک است که علاوه بر شستشو بدون آسیب رساندن به برد ، از قابلیت های دیگری برخوردار است.

همه چیز درباره شستشو انواع برد های الکترونیک و مزایا شستشو PCB با گاز co2 را در اینجا مشاهده کنید.

چالش ها و راه حل ها

طراحی و ساخت برد های مدار چاپی (PCB) با چالش های متعددی رو به روست . در ادامه به برخی از این مشکلات پرداخته ایم و تلاش کردیم با ارائه راه حل های مربوطه به شما کمک کنیم .

تداخل الکترومغناطیسی

تداخل الکترومغناطیسی از جمله مشکلاتی است که میتواند منجر به خرابی یا اشکال در عملکرد برد شود .
راه حل ها :

• کاهش نویز با استفاده از فیلتر ها
• تغذیه جداگانه و استفاده کردن از لایه های زمین
• ایجاد فاصله در بین خطوط سیگنال حساس با خطوط سیگنال فرکانس بالا

خطاهای طراحی و تولید

این گونه خطاها می توانند باعث عملکرد نادرست یا عدم عملکرد برد ما بشوند
راه حل ها :

• با استفاده از ابزار های شبیه سازی ، قبل از ساخت برد نسبت به عملکرد آن اطمینان حاصل کنید .
• سفارش دهی و همکاری با شرکت هایی که از عملکرد آن ها اطمینان خاطر کسب کرده ایم .

عدم تطابق امپدانس

این مشکل میتواند باعث کاهش کیفیت سیگنال و بازتاب آن بشود .
راه حل ها :

• طراحی با امپدانس کنترل شده و مشخص
• به کار بردن مواد با خصوصیات الکتریکی مناسب
• بررسی امپدانس بااستفاده از ابزارهای شبیه ساز

آینده برد های الکترونیکی

به احتمال زیاد در آینده شاهد برد هایی بسیار کوچکتر و پیشرفته تر خواهیم بود که در ادامه با عواملی که باعث ارتقا بردهای الکتریکی می شود بیشتر آشنایی پیدا می کنیم .

1. استفاده از مواد پیشرفته

استفاده از مواد پیشرفته مانند گرافن و مواد دو بعدی در کاهش سایز برد های ما بسیار موثرند ؛ این مواد به علت دارا بودن ویژگی های الکتریکی خاص توانایی ارتقا برد های ما را از نظر ابعادی و هدایت الکتریکی دارند.

2. چاپ سه بعدی

از دیگر مواردی که در آینده نزدیک میتواند هزینه های مارا حداقل کند استفاده از پرینتر های سه بعدی است . این فناوری امکان سفارشی سازی و تغییر را با هزینه بسیار کمتر را دارد و همچنین سرعت تولید مارا تا حد زیادی افزایش میدهد.

3. نانو الکترونیک

فناوری نانو از جمله فناوری های روز دنیا است که به سرعت در صنعت های مختلف راه یافته است و به زودی در این صنعت نیز اثر خود را افزایش میدهد . نانو فناوری های میتواند در انتقال بهتر داده ها و همچنین در کاهش سایز قطعات بسیار موثر عمل کند.

4. هوش مصنوعی و برد های یادگیرنده

از دیگر تکنولوژی هایی که امروزه صنعت های بسیاری را متحول کرده است میتوان به هوش مصنوعی و موارد مربوطه اشاره کرد . با گسترش قابلیت های این تکنولوژی ، شاهد به وجود آمدن برد های هوشمند و یادگیرنده با قابلیت ارتقا در حوزه های مختلف خواهیم بود که این امر به نوبه خود موجب ایجاد تحول اساسی در این صنعت می باشد.