اگر شما هم در حوزه الکترونیک فعالیت دارید و یا به تازگی وارد این حوزه شده اید شاید برای شما سوال شده باشد :
که برد مدار چاپی یا همان PCB چیست ؟
از چه جنسی ساخته شده است ؟
کاربرد و انواع آن ها شامل چه مواردی می شود؟
در ادامه راجع به تمامی این سوالات راجع به همه چیز درباره برد مدار چاپی از صفر تا صد صحبت خواهیم کرد تا ابهامات شما بصورت کامل رفع گردد .
فهرست مطالب
برد مدار چاپی (PCB) چیست؟
برد pcb چیست؟در ابتدا باید به شما بگوییم فیبر مدار چاپی با نام هایی همچون برد مدارچاپی ، پی سی بی (PCB) و برد الکترونیکی نیز شناخته می شود .
برد مدار چاپی یک قطعه پر کاربرد الکترونیکی است که در اکثر دستگاهای الکترونیکی قابل مشاهده می باشد و بصورت خلاصه و ساده می توان گفت PCB یک برد فیبر مدار چاپی است از مجموعه ای از لایههای مسی و هستههای دیالکتریک یا نارسانا ساخته و از دو بخش اصلی لایه مسی و هسته فیبر مدار چاپی تشکیل شده است. که به رنگ های سبز ، نارنجی ، آبی تهیه می گردد تا بر روی آن قطعات دیگر همچون مقاومت ، خازن ، تراشه و…. بر حسب مداری که طراحی شده است بر روی آن قرار گیرد.در واقع فیبر مدارچاپی به واسطه جنس و ویژگیهایی که دارد، میتواند بستری را برای اتصال قطعات مختلف از طریق ترک (مسیرهای مسی رسانا بین قطعات) یا Track فراهم کند و به همین دلیل این قطعات را در تمام لوازم الکترونیکی مشاهده میکنید.
PCB مخفف چیست؟
PCB مخفف عبارت Printed Circuit Board به مفهوم برد (یا تخته) مدارچاپی می باشد. شما میتوانید یک PCB در یخچال، در کیس کامپیوتر، در داخل موبایلتون، در کارت گرافیک و … مشاهده کنید .
تاریخچه برد مدار چاپی
قبل از به وجود آمدن برد pcb، قطعات در یک جعبه قرار می گرفتند و پایه های آن ها به وسیله سیم به هم متصل می شدند. مسیرهای ارتباطی بین پایه های قطعات الکترونیکی طولانی بوده و از سیم های مسی زیادی برای اتصال پایه های قطعات به یکدیگر استفاده می شدند.
در اوایل قرن 20 میلادی فردی به نام آلبرت هانسون، که یک مخترع آلمانی است، یک کار جالب انجام داد که میتوان آن را جرقه ساخت PCB دانست.
او یک روکش رسانا فویل را به صورت مسطح بر روی یک برد که عایق بود، در حالت عمودی قرار داد. البته در لایههای چندتایی. این کار توانست یک مسیر رسانای الکتریکی را ایجاد کند.
یکسال بعد این مسیر توسط ادیسون در پیش گرفته شد، او از روشهای شیمیایی برای قرار دادن یک هادی روی کاغذ کتانی (عمل آبکاری) را امتحان کرد.
بعد از سالها در تاریخ 1913 میلادی، روشی برای چاپ و قلم زنی را در کشور انگلستان اختراع و ثبت نمود. این نوع اختراعها به صورت پله پله در جاهای مختلف انجام شده بود مثلا:
در تاریخ ۱۹۱۳ مکس اسکوپ در کشور آمریکا اختراعی را از طریق یک ماسک الگو، توانست فلز اسپری شعله را روی برد پیاده کند.
در سال ۱۹۲۷ چارلز دورکاس یک ترفند را برای آبکاری پترنهای مدار ایجاد کرد.
در سال ۱۹۴۳ این نوع تکنولوژی مشوقی شد تا ایالات متحده از آن برای جنگ جهانی دوم برای تجهیزات نظامی استفاده کند.
بنابراین باید نسبت اینکه مخترع PCB کیست را به آمریکا نسبت داد که آن را از سال 1948برای کاربردهای تجاری افشا و آشکار نمود. اگر شما به وسایل قدیمی پیش از سالهای 1950 بازگردید، مشاهده میکنید که در لوازم الکترونیکی از PCB استفاده نشده است. از همان سال به بعد، در آمریکا و سپس در انگلستان، پروسههای مونتاژ خودکار به کار گرفته شدند.
برد مدار چاپی یکی از قطعات الکترونیکی اصلی در دنیای امروز است و از دهه 1940 به عنوان یک فناوری اصلی در صنعت الکترونیک مورد استفاده قرار گرفته است.
در آن زمان، فیبر بردها از بخش های چوبی یا مواد مشابه ساخته شده بودند.
در دهه 1950، تخته فیبر مدرن با استفاده از مواد کامپوزیتی تولید شد شدند و این مواد بهترین جایگزین برای فیبر بردهای چوبی شناخته شدند.
در اوایل دهه 1960، تخته فیبر با ظهور موادی مانند فایبرگلاس به طور قابل توجهی بهبود یافت.
در دهه 1970 با ظهور فناوری تراشه های یکپارچه، تخته های فیبر به عنوان یکی از اجزای اصلی در تولید تراشه های یکپارچه مورد استفاده قرار گرفت.
از آن زمان، بردهای مدار چاپی فیبر پیشرفت های زیادی در زمینه های مختلف از جمله طراحی، ساخت، پیوند و تعمیر داشته اند و به طور گسترده در صنایع مختلف مانند الکترونیک، کامپیوتر و ارتباطات استفاده می شوند.
کاربرد فیبر برد مدار چاپی چیست ؟
در قسمت قبل گفتیم که پی سی بی چیست و فیبر مدارچاپی میتواند یک بستر مناسب را برای اتصال قطعات الکترونیکی فراهم کند که فیبر مدار چاپی یا برد الکترونیکی یک ورق تخت مانند است، که قطعات بر روی آن مونتاژ و لحیم شده اند. در واقع برد PCB حجم اتصالات مسی را برای ما کاهش میدهد.
همه لوازم برقی و الکترونیکی که در اطراف ما وجود دارند یا در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند برای کار کردن نیاز به بردهای الکترونیکی دارند از این ساخت و طراحی برد الکترونیک بسیار مهم و کاربردی می باشد.
بالا رفتن سرعت تولید ، عملکرد بهتر ، به حداقل رسیدن خطا در زمان ساخت، کم شدن حجم مدار یا کوچک تر شدن اندازه مدارها، زیباتر شدن مدار، آسان تر شدن مونتاژ قطعات و عیب یابی راحت ترازجمله عواملی است که باعث مزیت های فیبر برد مدار چاپی می شود .
- صنایع نظامی: استفاده از تجهیزات الکترونیکی به خصوص در زمینه ساخت بردهای الکترونیکی، پهبادها، رباتهای جنگی، سامانههای پدافندی و … کاربرد دارد.
- صنایع لوازم خانگی: بدون شک اگر وسایل خانه شما خراب شده باشد، اگر پوشش آنها را باز کرده باشید، به خوبی میتوانید فیبر مدارچاپی را مشاهده نمایید.
- کاربرد برد مدار چاپی در تجهیزات پزشکی : تجهیزات پزشکی به دلیل اهمیت بالا و همینطور ظرافت در ساخت دستگاه های آن جزو دسته محصولاتی است که برای کار کردن درست و صحیحی نیاز به برد های الکترونیکی دارند.یا می توان گفت که تمام تجهیزات پزشکی که در حوزه لوازم و تجهیزات تشخیصی و درمانی بسیار پیشرفته در صنایع پزشکی مانند دستگاه های قابل کاشت ، تجهیزات آزمایشگاهی و تجهیزات تصویربرداری ساخته و مورد استفاده قرار می گیرد از بردهای مدار چاپی در ساختار آنها استفاده شده است.
- لوازم صوتی و تصویری: واضح است که استفاده ازاین تجهیزات برای ساخت رادیوها، آنتنها، تلویزیونها، کامپیوترها به شدت به کار میرود، به طوریکه شما میتوانید ابعاد بسیار بزرگی را در ساخت این وسایل از فیبرهای مدارچاپی مشاهده کنید.
- موبایل و تجهیزات جانبی: استفاده از فیبرهای مدارچاپی در موبایل و تجهیزات جانبی بخشی از اجزای این دستگاهها است. موبایل میتواند از بخشهای مختلفی مانند lcd، باتری، دوربین و … تشکیل شود اما تمام این بخشها روی فیبر مدارچاپی داخلی بهم متصل میشوند.
- کاربرد فیبر مدار چاپی در خودرو سازی :از دیگر کاربرد برد مدار چاپی می توان به استفاده در خودروسازی اساره کرد.خودروهایی که در سال های اخیر ساخته می شوند بسیار هوشمند هستند و حتی خودشان قادر به پارک کردن ،رانندگی هستند و این نشان دهنده پیشرفت در این حوضه و آینده خودروسازی و به همین ترتیب سایر صنایع هستیم .استفاده از بردهای الکترونیکی در خودروها، کشتی ها، هواپیماها و انواع فضاپیما بسیار رایج می باشد زیرا خودرو های الان دارای امکاناتی هستند که استفاده از برد مدار چاپی در آنها ضروری می باشد.
| SERIAL | ITEM | TECHNICAL DATA |
|---|---|---|
| 1 | Board Type | Rigid Board, RF |
| 2 | Material | FR4 Standard TG155 °C, ROGERS, TEFLON |
| 3 | Layers | 1-8 Layers Pcb Prototype |
| 4 | Max Board Size | 400mm * 600mm |
| 5 | Board Thickness | 0.25mm – 3.20mm |
| 6 | Min line Width | 0.15 mm |
| 7 | Min Space Width | 0.1 mm |
| 8 | Min Hole Size | 0.2 mm |
| 9 | Min Annular Ring | 0.15mm |
| 10 | Copper Thickness | 35um – 70um |
| 11 | Inner Layer Copper Thickness | 18um ,35um |
| 12 | Solder Mask Color | Green, Black, White, Blue, Red, Yellow |
| 13 | Silkscreen (Legend) Color | White, Black, Yellow |
| 14 | Surface Finishing | HASL – Hot Air Solder Leveling ENIG – Electro less Nickel / Immersion Gold |
| 15 | Electrical Test | Yes |
| 16 | AOI (Automatic Optical Inspection) Test | Yes |
| 17 | Min Core Thickness For Multilayer | 0.25 mm |
| 18 | FR4 TG 140 °C Prepreg Specification For Multi layer | 106 RC 71.5% 57um 1080 RC 62% 76um 2113 RC 56% 100um 2116 RC 53% 130um 7628 RC 43% 200um |
بخش های مختلف برد PCB
در پاسخ به سوالاتی مثل :برد الکترونیکی چیست؟ و از چه بخش هایی تشکیل شده است ؟! کافی است در ادامه با ما همراه باشید
- pad : pad صفحهای مسی است که قسمت پایین قطعات برروی آن قرار گرفته و لحیم می شوند. وظیفه پد ها ثابت کردن قطعات بر روی PCB است.
- Trace: در PCB قطعات به کمک سیم ها متصل نمی شوند. تمامی قطعات بهوسیله مسیرهایی از جنس مس به یکدیگر متصل می شوند. این بخش مسی PCB که به منظور اتصال تمامی قطعات بکار می رود بعنوان trace (مسیر الکترون) شناخته می شود. شکل زیر یک ترک را نشان میدهد.
- layers: توجه به کابرد، هزینه و فضای موجود برای مدار، کاربر می تواند تعداد لایه های PCB را انتخاب کند. ساده ترین و پرکاربردترین PCB تک لایه است. برای مدارات بسیار بزرگ و پیچیده PCB های دولایه و چندلایه کاربرد بیشتری دارند. امروزه در PCBهای چندلایه ، 10 تا 12 لایه می توانند به یکدیگر متصل شوند که ارتباط بین قطعات در لایه های مختلف، بسیار اهمیت دارد.
- silk layer: این لایه به منظور چاپ خط، متن و هر طرح دیگری برروی سطح PCB مورد استفاده قرار می گیرد. معمولا، به منظور چاپ صفحه، جوهر اپوکسی مورد استفاده قرار می گیرد. این لایه را می توان برحسب نیاز کاربر در لایه بالای و یا پایینی PCB قرار داد که در این صورت با نام های silk screen TOP و silk screen BOTTOMشناخته می شود.
- Top and Bottom Layer: تمامی قطعات در لایه بالایی PCB نصب می گردند. بطور کلی این لایه به رنگ سبز است. در لایه پایینی PCB تمامی قطعات از طریق سوراخ ها و قسمت های پایه مانند قطعات لحیم می گردند. گاهی اوقات لایه بالایی و پایینی PCB با لایه سبز رنگی به نام solder mask پوشانده می شوند.
- solder mask: یک لایه اضافی در بالای لایه مسی قرار دارد که solder mask نامیده می شود. این لایه معمولا به رنگ سبز است اما می تواند رنگ های دیگری نیز داشته باشد. این لایه عایقی به منظور جلوگیری از تماس تصادفی padها با سایر مواد رسانای دیگر برروی PCB مورد استفاده قرار می گیرد.
برد مدار چاپی سبز چیست؟
قسمت سبز رنگ روی برد مدار چاپی به عنوان یک لایه محافظتی شناخته میشود و به عنوان (Solder Mask) نیز معروف است. این لایه معمولاً از رزین سخت شده با یک ماده رنگی تشکیل شده و بر روی برد مدار چاپی اعمال میشود.
وظیفه اصلی این قسمت سبز رنگ، محافظت از مس موجود در برد مدار چاپی در برابر عوامل خارجی مانند رطوبت، گرد و غبار و برخی ترکیبات شیمیایی است. این لایه همچنین نقاط تماس مسها (پدها) را برای لحیمکاری میپوشاند و از اتصالات ناخواسته میان اجزای مداری جلوگیری میکند.
استفاده از لایه سبز یکی از مراحل مهم در تولید و محافظت از بردهای مدار چاپی است تا کیفیت و عمر مفید آنها را بهبود بخشد.
رنگ سبز بر روی برد مدار چاپی به عنوان (Solder Mask) برای چند دلیل استفاده میشود:
تشخیص و مشخصی: رنگ سبز به عنوان رنگ استاندارد برای لایه استفاده میشود. این میتواند به تشخیص سریع از دیگر لایهها و مؤلفههای برد کمک کند.
مشکلات دیداری: سبز یک رنگ طبیعی و مطلوب برای چشم انسان است و به راحتی قابل تشخیص است. این به عنوان یک استاندارد صنعتی برای تولید بردهای مدار چاپی انتخاب شده است.
شفافیت: لایه سبز عمدتاً شفاف است و به مسها و مسیرهای مداری زیر آن اجازه میدهد که دیده شوند. این خصوصیت میتواند در مراحل تست و تشخیص اشکال در برد مفید باشد.
سبکترین رنگ: از نظر وزن مواد مورد استفاده و همچنین میزان حرارتی که در فرآیند تولید انتقال میدهد، سبز یکی از سبکترین رنگهای لایه است.
تضاد: با توجه به تضاد بین رنگ سبز و مسهای مداری، اشکال و خطاهای ممکن در برد مدار چاپی به راحتی تشخیص داده میشوند.
به طور کلی، رنگ سبز برای لایه ها در بردهای مدار چاپی به دلایل مختلف فنی و انسانی انتخاب معمولی است.
برد مدار چاپی سبز چندین کاربرد مختلف دارند و در انواع صنایع مورد استفاده قرار میگیرند. برخی از کاربردهای رایج بردهای مدار چاپی سبز عبارتند از:
الکترونیک مصرفی: بردهای مدار چاپی سبز در دستگاههای الکترونیکی مصرفی مانند تلویزیونها، رادیوها، رایانهها و تلفنها مورد استفاده قرار میگیرند.
صنعت خودرو: در خودروها، بردهای مدار چاپی سبز برای کنترل سیستمهای الکترونیکی نظیر سیستمهای جلوبندی، موتور و ایمنی مورد استفاده قرار میگیرند.
ابزارهای پزشکی: بردهای مدار چاپی سبز در ابزارهای پزشکی مانند دستگاههای اندازهگیری، دستگاههای تصویربرداری پزشکی و تجهیزات جراحی استفاده میشوند.
تجهیزات صنعتی: در تجهیزات صنعتی مانند ماشینآلات تولیدی، سیستمهای کنترل و نظارت از بردهای مدار چاپی سبز استفاده میشود.
سیستمهای ارتباطی: در تجهیزات مرتبط با ارتباطات مانند مودمها، روترها، و تجهیزات شبکههای ارتباطی، بردهای مدار چاپی سبز بسیار رایج هستند.
انرژی تجدیدپذیر: در سیستمها و تجهیزات مرتبط با انرژیهای تجدیدپذیر مانند توربینهای بادی و خورشیدی، بردهای مدار چاپی برای کنترل و نظارت بر سیستمها به کار میروند.
اتوماسیون صنعتی: بردهای مدار چاپی در صنایعی که نیاز به اتوماسیون و کنترل دقیق دارند، مانند خطوط تولید و پردازش، بسیار مورد استفاده قرار میگیرند.
بردهای مدار چاپی سبز به عنوان یک عنصر کلیدی در تکنولوژیهای مدرن از اهمیت بسیاری برخوردارند و در انواع صنایع بهبود و کاربرد دارند.