اگر این مقاله را می‌خوانید، شاید بدانید که چیزی به نام “برد الکترونیکی” وجود دارد و احتمالاً در مورد آن شنیده یا با آن کار کرده‌اید. اما برای کسانی که اطلاعات زیادی در این زمینه ندارند، می‌خواهیم یک مقدمه جذاب ارائه دهیم.
برد الکترونیکی یا برد مدار چاپی، در جهان دیجیتال و الکترونیک حیات دارند. این تخته معجزه‌آسا قادر است قطعات الکترونیکی را به یکدیگر متصل کند و به عبارت ساده، مغز هر دستگاه الکترونیکی را تشکیل دهد. به وسیله‌ی مسیرهای رسانا و تعداد بی‌شماری از اتصالات الکتریکی، این بردها قادر به انجام عملیات پیچیده‌ای هستند.
شاید سوال ایجاد شود که چرا بردهای مدار چاپی متنوع هستند ؟این بردها به اشکال و اندازه‌های مختلف طراحی می‌شوند. برخی از آنها به خصوص برای دستگاه‌های معینی طراحی شده‌اند و نقش کلیدی در عملکرد آن دستگاه دارند.
در این مقاله، ما به شما انواع برد مدار چاپی را معرفی خواهیم کرد و جزئیاتی در مورد هر یک از آنها ارائه می‌دهیم.
انواع برد های الکترونیکی
انواع بردهای الکترونیکی جامع و مفصل هستند. در زیر به برخی از مهمترین انواع آنها اشاره می‌کنم:
بردهای مفصلی (Breadboards): این نوع بردها برای توصیه و آزمایش مدارهای الکترونیکی بدون نیاز به جوشکاری یا اتصالات دائمی به کار می‌روند. آنها دارای سوراخ‌هایی هستند که شما می‌توانید قطعات الکترونیکی را در آنها قرار دهید و اتصالات را از طریق سیم‌های اتصالی ایجاد کنید.
بردهای PCB (Printed Circuit Board): این نوع بردها از یک ماده معمولاً فیبرگلاس یا سرامیک ساخته می‌شوند و اتصالات الکتریکی به صورت مدارچاپی بر روی برد ایجاد می‌شود. آنها برای ساخت مدارهای دائمی و ساخت دستگاه‌های الکترونیکی استفاده می‌شوند.
استپر برد (Stepper Board) : یک نوع برد الکترونیکی است که برای کنترل موتور‌های استپر (Stepper Motors) به کار می‌رود. این برد به ارتقاء دقت و کنترل موتورها در برنامه‌ها و پروژه‌های الکترونیکی مختلف کمک می‌کند. موتور‌های استپر تا زمانی که پالس‌های الکتریکی به آنها ارسال شود، به صورت گام به گام حرکت می‌کنند و می‌توانند به طور دقیق موقعیت‌های مختلف را کنترل کنند. استفاده از استرپ بردها به کاربران امکان می‌دهد الگوها و حرکت‌های پیچیده‌تر را بسیار دقیق ایجاد کنند.
بردهای آردوئینو (Arduino Boards): این بردها برای توسعه و آزمایش پروژه‌های الکترونیکی و رباتیک با استفاده از پلتفرم آردوئینو طراحی شده‌اند. آنها از واحد پردازنده میکروکنترلر، ورودی/خروجی‌های دیجیتال و آنالوگ و اتصالات مخصوصی برخوردارند.
بردهای Raspberry Pi: این بردها از سیستم‌های کامپیوتری کوچک با امکانات متنوع مثل ورودی/خروجی HDMI و USB برخوردارند. آنها به عنوان کامپیوترهای توسعه‌پذیر برای پروژه‌های مختلف و IoT (اینترنت اشیاء) مورد استفاده قرار می‌گیرند.
بردهای توسعه میکروکنترلری (Microcontroller Development Boards): این بردها معمولاً از میکروکنترلرهای مختلفی مثل Arduino، ESP8266، یا STM32 استفاده می‌کنند. آنها برای توسعه و آزمایش پروژه‌هایی که نیاز به کنترل واحدهای کوچک الکترونیکی دارند، مفیدند.
بردهای FPGA (Field-Programmable Gate Array): این بردها به برنامه‌ریزی و تنظیم مدارهای دیجیتال به وسیله‌ی کاربر امکان می‌دهند. آنها برای پروژه‌هایی با پردازش داده‌های پیچیده و اتصالات دقیق مورد استفاده قرار می‌گیرند.
بردهای IoT (اینترنت اشیاء): این بردها از اتصال به اینترنت برای جمع‌آوری داده‌ها و کنترل دستگاه‌های مختلف استفاده می‌کنند. آنها ابزاری مفید برای توسعه پروژه‌های مرتبط با IoT هستند.
بردهای پردازنده‌های نسل بعدی (Next-Generation Processor Boards): این بردها از پردازنده‌های قدرتمند و قابل تنظیم برای پروژه‌هایی با نیاز به پردازش بسیار بالا استفاده می‌کنند.
هر یک از این انواع برد مدار چاپی PCB وظایف و کاربردهای خود را دارند و انتخاب برد مناسب بستگی به پروژه و نیاز شما دارد.
انواع برد مدار چاپی
قطعات برد مدار چاپی ممکن است با استفاده از مواد مختلفی ساخته شود، اما در اینجا به برخی از انواع رایج آنها اشاره خواهیم کرد:
PCB های تک لایه: در این نوع PCB، همه اجزاء در یک لایه قرار دارند. این نوع PCB برای پروژه های ساده و بدون پیچیدگی مناسب است.
PCB های دو لایه: در این نوع PCB، اجزاء در دو لایه قرار دارند که به وسیله پیچیدن مسیرهای مناسب از طریق لایه های مختلف، به یکدیگر متصل شده اند.
PCB های چند لایه: این نوع PCB شامل سه یا بیشترین لایه هاست و در آنها از لایه های بینی استفاده می شود که به وسیله چسب مسیرها را به هم متصل می کنند. این نوع PCB برای پروژه های پیچیده تر مناسب است.
PCB های ارزان: در این نوع PCB، از مواد ارزان و ضخیم استفاده می شود که باعث کاهش هزینه تولید می شود. اما این نوع PCB ها برای پروژه های با فرکانس بالا مناسب نیستند.
PCB های پرسرعت: این نوع PCB برای پروژه هایی با فرکانس بالا مناسب است. در این نوع PCB از موادی با خاصیت دی الکتریک بالا برای جلوگیری از از دست دادن انرژی در مسیرها استفاده می شود.
PCB های قابل انعطاف: در این نوع PCB ها می توانند به راحتی تغییر شکل دهند و از آنها می توان در دستگاه های قابل انعطاف استفاده کرد. این PCB ها به طور عمده از مواد نرم و قابل انعطاف ساخته می شوند و به دلیل ظرفیت برقی کمتر، برای پروژه های کوچکتر مناسب هستند.
PCB های بدون سرب: در این نوع PCB از سرب به عنوان ماده اتصال استفاده نمی شود. به جای آن از موادی مانند طلا و نقره استفاده می شود که باعث کاهش آلودگی محیط زیست می شود. این نوع PCB ها همچنین برای پروژه های با فرکانس بالا مناسب هستند.
PCB های شفاف: در این نوع PCB از مواد شفاف مانند پلی کربنات استفاده می شود و به دلیل شفافیت، برای استفاده در دستگاه هایی که قابلیت دیدن داشتن اجزاء درون آنها مهم است، مناسب هستند.
فیبر فایبر گلاس: فیبر فایبر گلاس یکی از مهمترین و پرکاربردترین نوع فیبرهای مورد استفاده در PCB ها است. این نوع فیبر از الیاف شیشه‌ای ساخته شده و دارای خواص بسیاری مانند مقاومت در برابر حرارت و شوک مکانیکی، استحکام بالا و مقاومت در برابر رطوبت و شیمیایی‌ها است.
فیبر دورو: دورو PCB ها به عنوان یک PCB دو لایه شناخته می‌شوند. این PCB ها دارای لایه های مسی روی هر دو طرف فیبر هستند و به کمک تکنیک حفره سوراخی ساخته می‌شوند. این نوع PCB ها برای پروژه هایی با تعداد قطعات کم مناسب هستند.
فیبر فنولیک: فنلیک یکی دیگر از مهمترین نوع فیبرهای مورد استفاده در PCB ها است. این فیبر از الیاف با روکش پلی‌امید ساخته شده و دارای خواصی مانند مقاومت در برابر سایش، حرارت و شوک مکانیکی است. فنلیک نیز مانند فیبر گلاس برای پروژه های با تعداد قطعات بالا و عمر طولانی مناسب است.
از طرفی، می‌توان به یک نوع دیگر از PCB با عنوان فایبر (یا FR4) اشاره کرد که از مخلوطی از فیبر گلاس و رزین اپوکسی ساخته می‌شود و بسیار مقاوم و قابل انعطاف است. این نوع PCB برای پروژه‌هایی با تعداد قطعات متوسط تا بالا و مصرف برق متوسط مناسب است.
فیبرمدار چاپی راجرز : فیبر مدار چاپی (PCB) راجرز یک نوع خاص از PCB است که از ماده‌ای با نام “Rogers Corporation” ساخته شده است. این نوع PCB برای کاربردهای خاصی مانند ارتباطات بی سیم و RF (Radio Frequency) استفاده می‌شود.
ماده‌ای که برای ساخت فیبر مدار چاپی راجرز استفاده می‌شود، دارای خواص الکتریکی و مغناطیسی خاصی است که به طور خاص برای ارتباطات RF مناسب است. این PCB ها دارای مقاومت بالا در برابر شوک حرارتی و فشار مکانیکی هستند و قابلیت انطباق با فرکانس‌های بالا را دارا هستند.
همچنین، فیبر مدار چاپی راجرز دارای ویژگی‌هایی مانند پایداری دی‌الکتریک و کاهش تلفات (loss tangent) پایین است که در ارتباطات RF بسیار مهم هستند. به دلیل این خصوصیات، فیبر مدار چاپی راجرز برای ساخت انواع دستگاه‌ها و تجهیزاتی مانند آنتن‌ها، تقویت‌کننده‌ها، فیلترها و اجزای مرتبط با ارتباطات بی سیم، استفاده می‌شود.
فیبر آلومینیومی :فیبر الومینیومی یا فیبر مس‌پوش‌شده با الومینیوم (Aluminum-Clad Copper or ACC) یک نوع فیبر مدار چاپی (PCB) است که در آن پایه فیبر نوری معمولاً با لایه نازکی از آلومینیوم پوشیده شده است. این نوع PCB ها به دلیل مقاومت بالا در برابر حرارت و فشار مکانیکی، ویژگی‌های الکتریکی خوب و قابلیت تحمل فرکانس‌های بالا، برای کاربردهایی که نیاز به انتقال سیگنال‌های با فرکانس بالا دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
در فیبر الومینیومی، لایه آلومینیوم بر روی پایه فیبر نوری به وسیله روش‌های مختلفی اعم از روش پوشش دهی شیمیایی، روش اعمال فشار و روش هم‌رسانایی، قرار می‌گیرد. با این کار، می‌توان ویژگی‌های مغناطیسی و حرارتی بهبود یافته ای را به دست آورد که به طور خاص برای ارتباطات RF مناسب است. از طرفی، فیبر الومینیومی قابلیت انعطاف داشته و می‌تواند در ساخت تجهیزاتی مانند آنتن‌ها، فیلترها، تقویت‌کننده‌ها و اجزای دیگر مرتبط با ارتباطات بی‌سیم استفاده شود.
لایه های برد مدار چاپی
اگر از سطح مقطع به یک PCB نگاه کنیم لایه های آن شامل 4 بخش اصلی می شوند:
Silkscreen .1 ( لایه چاپ سفید رنگ روی برد به Silkscreen معروف است.از این ابزار برای نوشتن روی بردها و به عنوان راهنمایی برای لحیم کردن قطعات روی مدار استفاده می شود.)
Soldermask .2 ( حضور لایه های مسی روی سطح بالایی برد باعث می شود به راحتی آسیب ببیند از این رو باید روی PCB یک لایه محافظ کشیده شود.علت نامگذاری این لایه این است که کار اول آن حفاظت برد در برابر لحیم کاری (Soldering) است.)
Copper .3 (این لایه در واقع همان خطوط (Track) های طراحی شده مدار هستند که بین قطعات (به جای سیم در مدارات دستی و آزمایشی) کشیده شده اند)
Substrate .4 (لایه میانی، فیبر یا ماده تشکیل دهنده PCB و در واقع لایه استقامتی آن است که باید از مواد نارسانا بوده و دی الکتریکی قوی باشد که
جریان از لایه بالا به لایه پایین، با توجه به ضخامت خیلی کم برد عبور نکند.)