اگر این مقاله را میخوانید، احتمالاً در حال طراحی یا توسعه یک محصول الکترونیکی هستید و میدانید که قلب تپنده هر دستگاه الکترونیکی، برد مدار چاپی (PCB) است. این تختههای سبز، قهوهای یا آبی، صرفاً یک قطعه نیستند؛ آنها شاهکار مهندسی هستند که قطعات الکترونیکی را با نظمی دقیق به یکدیگر متصل میکنند و مغز هر سیستم دیجیتال را تشکیل میدهند.
تنوع شگفتانگیزی در دنیای PCBها وجود دارد؛ از بردهای ساده در اسباببازیها تا بردهای پیچیده چندلایه در ابرکامپیوترها. انتخاب نوع، جنس و ساختار مناسب PCB، مستقیماً بر عملکرد، دوام و هزینه نهایی محصول شما تأثیر میگذارد.
در این راهنمای جامع، به عنوان یک مرجع تخصصی، انواع برد مدار چاپی را بر اساس مهمترین معیارهای فنی و ساختاری معرفی خواهیم کرد تا بتوانید با دانش کامل، بهترین انتخاب را برای پروژه خود داشته باشید.
برد مدار چاپی (PCB) یک ساختار پشتیبان است که برای اتصال قطعات الکترونیکی به یکدیگر در یک دستگاه استفاده میشود. این برد از یک لایه عایق (سابستریت یا فیبر) ساخته شده که با مسیرهای رسانای نازک (معمولاً مس) پوشانده شده است. این مسیرها به جای سیمکشیهای دستوپاگیر، یک مسیر الکتریکی دقیق و پایدار بین قطعات نصبشده ایجاد میکنند. طراحی دقیق و تولید باکیفیت PCB، تضمینکننده عملکرد صحیح، کاهش نویز و طول عمر دستگاه الکترونیکی است.
لایه های برد مدار چاپی
هر برد مدار چاپی، صرف نظر از تعداد لایههای مسی، از چهار جزء کلیدی تشکیل شده است که عملکرد و دوام آن را تضمین میکنند:
سابستریت یا فیبر (Substrate):
لایه میانی و اصلی برد است که از مواد نارسانا (دیالکتریک) مانند فایبرگلاس (FR-4)، فنولیک یا پلیایمید ساخته میشود. این لایه استحکام مکانیکی برد را فراهم کرده و مهمتر از آن، از اتصال کوتاه بین لایههای رسانا جلوگیری میکند.
مس یا لایه رسانا (Copper Layer):
این لایه به شکل ورقههای نازک مس بر روی سابستریت لمینت شده و پس از فرآیند اچینگ، تبدیل به مسیرها (Tracks)، پدها (Pads) و نواحی مسطح (Planes) میشود که وظیفه انتقال سیگنالها و قدرت را بر عهده دارند.
ماسک لحیم (Soldermask):
یک لایه پلیمر محافظ است که کل سطح برد، به جز پدهایی که قرار است لحیم شوند، را میپوشاند. این لایه (که معمولاً به رنگ سبز، قرمز یا آبی دیده میشود) از اکسید شدن مسیرهای مسی و ایجاد اتصال کوتاه ناخواسته در حین لحیمکاری جلوگیری میکند.
لایه چاپ یا سیلکاسکرین (Silkscreen):
لایه نهایی است که با جوهر اپوکسی (معمولاً سفید) روی ماسک لحیم چاپ میشود. وظیفه آن نشان دادن اطلاعات ضروری مانند شماره قطعات (Reference Designators)، لوگوها، علائم هشدار دهنده و خطوط راهنمای جهتگیری قطعات است.
انواع برد مدار چاپی PCB
بردهای مدار چاپی بر اساس چندین معیار فنی مهم دستهبندی میشوند. در اینجا، ما مهمترین انواع PCB را بر اساس ساختار/انعطافپذیری و جنس/متریال بررسی میکنیم:
۱. انواع PCB بر اساس ساختار و انعطافپذیری
این دستهبندی، اساس طراحی فیزیکی و کاربردی PCB را مشخص میکند.
برد مدار چاپی صلب (Rigid PCB)
این نوع بردهای رایج، پس از ساخت نهایی، کاملاً سخت و غیرقابل انعطاف باقی میمانند. آنها ستون فقرات اکثر تجهیزات الکترونیکی هستند و خود به سه زیرگروه تقسیم میشوند:
تک لایه (Single-Sided): سادهترین و ارزانترین نوع، با یک لایه مس در یک طرف. مناسب مدارهای سادهای که به تراکم پایین سیمکشی نیاز دارند.
دو لایه (Double-Sided): دارای دو لایه مس در بالا و پایین سابستریت که توسط سوراخهای فلزکاری شده (Via) به هم متصل میشوند. این نوع، رایجترین و پرکاربردترین PCB در صنعت است.
چند لایه (Multi-Layer): شامل سه یا بیشتر (تا ۲۰ لایه یا بیشتر) لایه مس که توسط لایههای دیالکتریک از هم جدا شدهاند. این بردها برای دستگاههای پیچیده، فرکانسهای بالا، و مدارهایی با تراکم بالای قطعات ضروری هستند.
برد مدار چاپی انعطافپذیر (Flex PCB)
این بردها از یک فیلم پلیمری نازک مانند پلیایمید (Polyimide – PI) به جای فایبرگلاس سخت ساخته میشوند. ویژگی کلیدی آنها توانایی خم شدن، تا شدن و تغییر شکل است.
کاربرد: دستگاههای پوشیدنی، دوربینها، تلفنهای همراه و هر جایی که فضا محدود است یا نیاز به حرکت مکانیکی وجود دارد.
برد مدار چاپی منعطف-صلب (Rigid-Flex PCB)
این نوع، ترکیبی از هر دو ساختار صلب و انعطافپذیر است. بخشهای صلب برای نصب قطعات سنگین و اتصالدهندهها استفاده میشوند، در حالی که بخشهای انعطافپذیر، این بخشهای صلب را به یکدیگر متصل میکنند.
مزیت: حذف کانکتورها، کاهش وزن، و افزایش قابلیت اطمینان در محیطهای با لرزش بالا (مانند هوافضا).
۲. انواع PCB بر اساس جنس و متریال (Substrate)
جنس سابستریت (فیبر) مهمترین عامل تعیینکننده قیمت، عملکرد حرارتی، و قابلیت استفاده در فرکانسهای بالا است. در اینجا، انواع متریالهای پرکاربرد را به همراه محصولات مرتبط معرفی میکنیم:
۳. انواع PCB بر اساس پوشش نهایی سطح (Surface Finish)
سطح مس در معرض هوا به سرعت اکسید میشود و لحیمکاری را دشوار میکند. پوشش نهایی (Surface Finish) روی پدها اعمال میشود تا از مس در برابر اکسیداسیون محافظت کند و سطح مناسبی برای لحیمکاری فراهم آورد.
HASL (Hot Air Solder Leveling):
توضیحات: یک لایه از قلع/سرب مذاب یا قلع بدون سرب، روی سطح برد اسپری میشود. این روش ارزانترین و پرکاربردترین پوشش است. البته ممکن است سطح کاملاً صاف نباشد.
ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold):
توضیحات: ابتدا یک لایه نیکل و سپس یک لایه بسیار نازک طلا اعمال میشود. این پوشش، بسیار مسطح است و برای پکیجهای با پین بسیار ریز (Fine Pitch) و فناوری HDI (اتصال با تراکم بالا) بهترین گزینه محسوب میشود.
غوطهوری نقره (Immersion Silver) / غوطهوری قلع (Immersion Tin):
توضیحات: گزینههای میانرده که سطحی مسطح و جوشپذیری (Solderability) خوبی ارائه میدهند و از نظر قیمت از ENIG مناسبتر هستند.
نتیجهگیری و راهنمای انتخاب
انتخاب درست نوع و جنس برد مدار چاپی، سنگ بنای موفقیت پروژه شماست.
برای پروژههای آموزشی، نمونهسازی اولیه و مدارهای ساده با فرکانس پایین، استفاده از فیبرهای فنولیک (FR1/XPC) به دلیل هزینه پایین مناسب است.
برای اکثر دستگاههای الکترونیکی مصرفی و صنعتی با کیفیت استاندارد، PCBهای دورو و چند لایه با سابستریت FR-4 بهترین تعادل بین قیمت، عملکرد و دوام را ارائه میدهند.
برای مدارهای LED پرتوان یا سیستمهایی که تولید حرارت بالا دارند، به سراغ PCB آلومینیومی بروید.
برای ارتباطات نسل پنجم (5G)، تجهیزات راداری و مدارهای حساس فرکانس بالا، استفاده از متریالهای تخصصی مانند فیبر مدار چاپی راجرز الزامی است.
آیا آمادهاید تا پروژه خود را به مرحله تولید برسانید؟
همین حالا میتوانید برای ثبت سفارش با مشخصات فنی دلخواه و استعلام قیمت دقیق، با متخصصان آرامیس الکترونیک تماس بگیرید.
سوالات متداول
۱. تفاوت اصلی بین FR4 و فیبر استخوانی (فنولیک) چیست؟
تفاوت اصلی در جنس مواد است. FR4 از فایبرگلاس و رزین اپوکسی ساخته شده که بسیار مستحکمتر و مقاوم در برابر حرارت است. فیبر استخوانی (فنولیک) از کاغذ و رزین فنولیک ساخته شده، ارزانتر است اما شکنندهتر بوده و در دمای بالا عملکرد ضعیفتری دارد.
۲. PCB چند لایه در چه پروژههایی ضروری است؟
PCBهای چند لایه برای پروژههایی با تراکم قطعات بالا، مدارهای فرکانس بالا ( High-Speed)، و مدارهایی که نیاز به لایههای اختصاصی برای تغذیه و زمین (Power & Ground Planes) برای کاهش نویز دارند (مانند مادربرد کامپیوترها، سرورها و تجهیزات شبکه) ضروری هستند.