PCB چیست؟ معرفی کامل انواع برد مدار چاپی

برد مدار چاپی (Printed Circuit Board) یا به اختصار (PCB) یکی از اجزا اساسی در طراحی و ساخت دستگاه‌های جدید و مدرن هستند. این مدار‌ها به عنوان بستر‌های الکتریکی برا اتصال و نگهداری و برقراری ارتباط اجزا مختلف الکترونیکی کار می‌کند. از گوشی‌های هوشمند تا کامپیوتر‌ها و حتی لوازم خانگی، مدارهای چاپی در تمامی نقشی اساسی ایفا می‌کنند. برای طراحی این مدارها به نرم افزار نیاز است؛ یکی از محبوب ترین نرم افزارها (مثل آلتیوم دیزاینر) است که بسیار محبوب است. در این مقاله به بررسی مدارهای چاپی، فرایند طراحی، انواع آن‌ها، ساخت و کاربرد‌های آن میپردازیم.

برد مدار چاپی (Printed Circuit Board)

یک بستر الکتریکی برای اتصال و پشتیبانی اجزای الکترونیکی طراحی می‌شود. برد مدار چاپی یک بستر عایق است که بر روی آن مسیرهایی الکترونیکی با استفاده از مواد‌های ‌هادی مانند: مس ایجاد می‌شود. این مسیر به گونه ای هستند که بتوانند اجزای الکترونیکی مانند: مقاومت، خازن، ترانزیستور و میکرو کنترلر‌ را به یکدیگر متصل کنند. جنس این مدارها به صورت معمول از جنس فیبر شیشه‌ای یا پلاستیک ساخته می‌شوند و دارای ویژگی‌ها عایق الکتریکی بالایی هستند.

تاریخچه مدار چاپی (PCB)

در قرن بیستم با ابداع (Paul Eisler) برد مدار چاپی به وجود آمد. او در سال ۱۹۳۶ اولین (PCB) را بر روی رادیوها طراحی کرد. در جنگ جهانی دوم به طور گسترده در تجهیزات نظامی مورد استفاده قرار می‌گرفت. در دهه ۱۹۵۰ شاهد تولید انبوه (PCB) بود که با استفاده از ماشین آلات خودکار و نرم افزار‌های CAD در دهه‌های بعدی همراه شد. از ۱۹۷۰ به بعد تکنیک‌های جدیدی مانند: SMT، HDI معرفی شدند که امکان طراحی مدار‌های پیشرفته تر و کوچک تر را فراهم کردند. و امروزه (PCB) نقش عظیمی در صنعت الکترونیکی ایفا کرده‌اند و کاربرد‌های گوناگونی دارند.

انواع مدار چاپی

برد مدار چاپی را می‌توان بر اساس چندین معیار مختلف مانند: تعداد لایه، نوع مواد استفاده شده، روش تولید، کاربرد و سختی و انعطاف تقسیم بندی کرد‌. برای طراحی این مدار‌ها نیاز به آموزش آلتیوم دیزاینر دارید چرا که این نرم افزار به شما کمک میکند تا با طرح‌های سه بعدی و غیره کاره شما با راحتی و سرعت بیشتری انجام شود. در ادامه مقاله به بررسی انواع رایج برد مدار چاپی اشاره شده است:

مدارهای یک لایه (Single Sided PCB)

این نوع مدار چاپی تنها یک طرف بستر دارای مسیر‌های الکتریکی ساده است که به طور معمول در پروژه‌ها کوچک قابل استفاده است. از مزایا این (PCB) می‌توان به سادگی در طراحی و هزینه پایین و ساده بودن سرعت تولید و مونتاژ سریع تر این مدار‌ها اشاره کرد. البته محدودیت‌هایی مانند: کمبود فضا کافی برای قرار دادن اجزای بیشتر و کاهش عملکرد نیز دارد . این مدار‌ها معمولا در دستگاه‌های الکترونیکی ساده یا قدیمی مانند: رادیو یا دستگاه‌های آموزشی و آزمایشگاهی و یا محصولات مصرفی با هزینه پایین مورد استفاده قرار میگیرد.

مدار‌های دو لایه (Double Sided PCB)

مدارهای دو لایه دارای دو طرف بستر هستند که هر دو طرف دارای مسیر الکتریکی هستند. این نوع برد مدار چاپی اجازه می‌دهد تا اجزا بیشتری در فضا کمتری قرار بگیرند و اتصال این اجزا با یکدیگر با سوراخ‌های متصل کننده (vias) انجام می‌شود. این مدار‌ها دارای دو صفحه ‌هادی و پیچیدگی بیشتری نسبت به مدار یک لایه دارند و هزینه تولید بالاتری نیز به خود اختصاص می‌دهند اما کارایی آنها بیشتر است. این نوع مدار برای پروژه‌ها متوسط و بزرگ مناسب است.

مدار‌های چند لایه (Multilayer PCB)

مدار‌های چند لایه، دارای چندین لایه از مدار‌های الکتریکی هستند که بین آنها لایه‌های عایق قرار دارد. این نوع (PCB) برای طراحی‌‌های پیچیده و دستگاه‌هایی که نیاز به عملکرد‌های بالایی دارند مورد نیاز و استفاده قرار می‌گیرد. از مزایا این مدار نسبت به سایر مدارها می‌توان به کاهش تداخل الکتریکی و افزایش قابلیت و ایجاد اطمینان بیشتر نیز اشاره کرد.

مدارهای انعطاف پذیر (Flexible PCB)

این نوع برد مدار چاپی، از مواد انعطاف پذیری ساخته شده‌اند و توانایی خم شدن به شکل‌های مختلف را نیز دارند. این ویژگی این مدار را برای استفاده در دستگاه‌هایی نیاز به حمل و نقل یا فضای محدود دارند نیز ایده ‌آل میکند. مدارهای انعطاف‌ پذیر به طور معمول در گوشی‌های هوشمند، تجهیزات پزشکی، خودروسازی و سیستم‌های ارتباطی مانند: آنتن مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مدار‌های سخت و نرم ( Rigid Flex PCB)

این نوع مدار ترکیبی از مدار‌های سخت و انعطاف پذیر است. بخش‌های از مدار سخت و بخش‌هایی هم نیز انعطاف پذیرهستند. این طراحی اجازه می‌دهد تا در فضا‌های محدود عملکردی بالا و قابلیت انعطاف پذیری را هم داشته باشد.

فرآیند طراحی و ساخت (PCB)

فرآیند طراحی و ساخت برد مدار چاپی؛ شامل مراحل متعدد و گوناگونی است. ابتدا نیاز‌ها و مشخصات پروژه بررسی و تعیین می‌شود. سپس طراحی شماتیک با استفاده از نرم افزار‌های تخصصی مانند: نرم افزار آلتیوم دیزاینر انجام می‌شود. در مرحله بعد طرح (PCB) ایجاد می‌شود و مسیر‌های ‌هادی رسم می‌شود. پس از تولید فایل‌های Gerber و Bom ساخت (PCB) آغاز می‌شود که شامل برش لایه‌ها، چاپ الگو و آبکاری است.

سپس قطعات مورد نیاز بر روی بورد نصب و لحیم کاری می‌شوند. در نهایت، مدار تست شده و برا اطمینان از کیفیت بسته‌ بندی و تحویل داده می‌شود. این فرآیند به دقت و توجه به جزئیات و نکات نیاز دارد تا محصول نهایی محصولی با کیفیت و مناسب باشد.

کاربرد مدار‌های چاپی (PCB)

برد مدار چاپی به عنوان یکی از اجزای اساسی در طراحی و ساخت دستگاه‌های الکترونیکی مدرن، کاربرد‌های گسترده‌ای دارد. این مدار به عنوان بستر‌های اتصال و پشتیبانی برای قطعات الکترونیکی تهیه شده و عمل می‌کند و به آسان سازی جریان بین آن‌ها کمک می‌کند. از کاربرد‌های (PCB) می‌توان به استفاده در تلفن‌های هوشمند، تلویزیون، رایانه‌، دستگاه‌های خانگی، صنایع خودرو سازی و پزشکی نیز نقشی حیاتی دارند. با پیشرفت فناوری در مدار‌های چاپی انعطاف پذیر باعث تولید محصولاتی پیچیده و کارآمدتر شدند. به طور کلی برد مدار چاپی در روزمره‌های ما مورد استفاده در اکثر لوازم الکترونیکی قرار می‌گیرد.

نتیجه گیری

برد مدار چاپی (PCB) بخش بزرگی از دنیای الکترونیک امروزه را تشکیل می‌دهد و با توجه به انواع مختلف آن‌ها و پیشرفت این مدار‌ها کاربرد گسترده‌ای در صنعت و غیره دارند. از ساده‌ترین طراحی‌ها تا پیچیده ترین‌آن‌ها؛ نقش مهمی بر روی این مدار‌ها در تولید و کنترل دستگاه‌ها دارند که این نشان ‌دهنده مقدار تاثیر گذاری و مهم بودن این مدار‌ها است. با پیشرفت در هر حوزه‌ای انتظار می‌رود که در این صنعت هم پیشرفت‌های زیادی انجام‌ شود که باعث رشد و نو‌ آوری شود.

استفاده از نرم افزارهای مدرن و ابزارهای شبیه ‌سازی، نه تنها به کاهش زمان و کاهش هزینه‌های تولید کمک می‌کند. بلکه امکان کشف و رفع مشکلات به وجود آمده قبل از تولید نهایی را نیز فراهم می‌کند. همچنین با مشاهده روند رو به رشد تکنولوژی‌های نوظهور و جدید، اهمیت طراحی PCB بیشتر از قبل به چشم آمده و نمایان شده است. در نهایت توجه به جزئیات در طراحی PCB از انتخاب مواد اولیه مناسب تا رعایت استاندارد‌ها کیفی برای ساخت می‌تواند تاثیر قابل توجهی بر عملکرد نهایی محصول داشته باشد. به همین دلیل سرمایه گذاری در این حوزه و بروز‌رسانی دانش برای تمام فعالان این این حوزه مهم و مفید است.