بردهای الکترونیکی و رایج‌ترین باورهای غلط در مورد آن‌ها
دنیای مدرن امروزی به لطف بردهای مدار چاپی یا همان Printed Circuit Boardsها که به اختصار به آن‌ها PCB هم گفته می‌شود پابرجا است. به هر وسیله‌ای در اطرافتان نگاه کنید این بردها را می‌بینید و متوجه عملکرد حیاتی آن‌ها خواهید شد. با اینکه بردهای الکترونیکی استفاده گسترده‌ای دارند اما هنوز هم باورهای اشتباه زیادی در مورد عملکرد و طراحی آن‌ها وجود دارد. ما در ادامه این مطلب قصد داریم تعدادی از این باورهای غلط را بررسی کنیم.
برد مدار چاپی چیست؟
احتمالا تا به حال اسم مادربرد به گوش‌تان خورده است. مادربردها (Motherboard) ساده‌ترین مثال از بردهای PCB هستند.
برد مدار چاپی (Printed Circuit Board) که با نام بردهای الکترونیک هم شناخته می‌شوند یک برد غیررسانا و چند لایه بوده که اغلب از آلیاژ مس تهیه می‌شوند. در این برد تمامی قطعات موجود از طریق یک صفحه مشترک و به کمک یک تکیه‌گاه فیزیکی به یکدیگر متصل شده‌اند. این بردها اغلب از قطعات ریز و درشت بسیاری تشکیل شده‌اند. برای نمونه خازن، مقاومت و IC تعدادی از بخش‌های تشکیل‌دهنده PCBها هستند. این بردها به دلیل حضور همین قطعات می‌توانند قابلیت‌های مکانیکی را برای قطعات الکتریکی فراهم کنند. در این بردها خبری از سیم‌کشی‌های پیچیده نیست و همه تجهیزات به وسیله لحیم‌کاری بر روی برد اصلی نصب شده‌اند. همین موضوع باعث شده که PCBها نسبت به فناوری‌های گذشته حجم کمتر و البته سرعت بهتری داشته باشند.
باورهای غلط در مورد بردهای مدار چاپی
افرادی که در مورد بردهای مدار چاپی اطلاعات کامل و درستی دارند تنها محدود به جوامع حرفه‌ای می‌شوند. به غیر از دست‌اندرکاران این صنعت تعداد انگشت شماری با نحوه عملکرد و انواع مختلف PCBها آشنا هستند. همین دانش کم باعث شده که باورهای نادرست زیادی در مورد بردهای PCB وجود داشته باشد. این دانش پایین و تصورات غلط گاها تاثیر منفی بر روی طراحی و ساخت بردهای جدید و با کیفیت می‌گذارد. در ادامه تعدادی از این باورهای غلط را با هم بررسی می‌کنیم:
بردهای سخت و انعطاف‌پذیر طراحی یکسانی دارند
همان طور که از نام بردهای سخت (Rigid) مشخص بوده این مدل ساختاری جامد-سخت داشته و برعکس بردهای انعطاف‌پذیر (Flexible)، قابل انعطاف نیستند. بردهای سخت و انعطاف‌پذیر با اینکه از نظر عملکرد شباهت‌های بسیاری به هم دارند اما از نظر ساختمانی و ساختار با هم متفاوت هستند. در صورتی که اغلب افراد بر این باور هستند که شماتیک این دو مدل باید یکسان باشد. این تصور کاملا اشتباه است.
دقت کنید که در ساخت بردهای Flexible هدف این بوده تا مدارها تنش‌های مکانی را با خم شدن به حداقل برسانند. این یعنی خم کردن آن‌ها نباید آسیبی به ساختار و ساختمان برد بزند. در حالی که این مسئله در بردهای سخت صدق نمی‌کند.
وایاها (Via-in-pad) به برد مدار آسیب می‌زنند
کلمه Via در بین کاربران فارسی زبان به دو شکل وایا یا ویا شناخته می‌شود که البته هر دو شکل آن درست است. در واقع وایا تلفظ آمریکایی این کلمه و ویا تلفظ بریتانیایی این اصطلاح است. وایاها در واقع همان سوراخ‌های عمودی کوچک بر روی سطح مدار چاپی هستند. هدف از تهیه این سوراخ‌ها این بوده که لایه‌های مختلف مدار با هم ارتباط بگیرند. به علاوه اینکه در کنترل دمای مدار بسیار موثر هستند.
برخی اوقات طراحی و استفاده نادرست از وایاها می‌تواند به مدار آسیب بزند. برای مثال ممکن است منجر به تجمع مواد شیمیایی آبکاری در یک محفظه شود. بر همین اساس بسیاری از کاربران بر این باور هستند که به طور کلی وایاها همیشه به مدار آسیب می‌رسانند، در صورتی که این طور نیست و این باور اشتباه است.
اگر وایاها به درستی در مدار تعبیه و طراحی شوند هیچ مشکلی برای سلامت برد نخواهند داشت، بلکه مزایای بسیاری هم دارند. مسئله کنترل و مدیریت حرارت مدار یکی از مهم‌ترین کاربردهای Via در مدار چاپی است.
در طراحی باید زیبایی بصری مدار در اولویت قرار بگیرد
مهندسین طراحی بردهای الکترونیک در فرآیند طراحی مدارهای چاپی درست مانند یک هنرمند عمل می‌کنند. هنرمندی که یک بوم خالی و سفید رنگ را به یک اثر منحصر به فرد تبدیل می‌کنند. تا جایی که این مهندسین اغلب ظرافت و زیبایی طراحی خود را بیشتر از هر چیز دیگری در اولویت قرار می‌دهند.
واقعیت اما چیز دیگری است. با اینکه زیبایی و نظم در طراحی بردهای مدار چاپی مهم بوده اما به اندازه عملکرد درست این بردها حائز اهمیت نیستند. در واقع طراحان باید در نهایت ببینند که آیا مدارهای تولیدی از قوانین فیزیک پیروی می‌کنند یا خیر؟ امکان ساخت این مدارهای طراحی شده به شکل گسترده وجود دارد یا خیر؟ در نتیجه می‌بینید که زیبایی تنها بخش کوچکی از ماجرا است.
همچنین به یاد داشته باشید طرح‌هایی که بر روی کاغذ خوب به نظر می‌رسند همیشه در دنیای واقعی به خوبی عمل نمی‌کنند. بنابراین باید در فرآیند طراحی محدودیت‌ها، منابع، هزینه‌ها و امکانات را در نظر گرفت.
فرقی نمی‌کند از چه نوع نرم افزار طراحی استفاده کنید
بسیاری از کاربران بر این باور هستند که فرقی نمی‌کند در طراحی بردهای الکترونیکی از چه نرم افزاری استفاده کنید. به این خاطر که این نرم افزارها همگی با هدف و عملکرد یکسانی تعبیه شده‌اند. این باور درست نیست.
دقت کنید تمامی نرم افزارهای طراحی مدار چاپی موجود در بازار با هدف مشخصی تهیه شده‌اند. به عبارتی با هر کدام از این نرم افزارها می‌توانید گروهی خاص از بردها را طراحی کنید. به علاوه اینکه هر کدام از این برنامه‌ها امکانات، قابلیت‌ها و پشتیبانی‌های مشخصی داشته که ممکن است برنامه دیگر این موارد را در اختیارتان قرار ندهد. بنابراین زمانی که قصد تهیه یک برنامه طراحی را دارید حتما اهداف کاری، نوع بردهایی که می‌خواهید طراحی کنید و همچنین انتظارات خود را مشخص کنید تا در نهایت به بهترین گزینه موجود برسید.
اجزا برد را می‌توان در هر نقطه از مدار قرار داد
برخی مهندسین طراحی PCB بر این باورند که می‌توان قطعات را در هر جایی از مدار که دوست دارند قرار دهند، بدون اینکه آسیبی به مدار برسد یا عملکرد آن تغییر کند. این یک سوء تفاهم و باور کاملا اشتباه است.
در حین طراحی مدارهای الکترونیکی آزادی چندانی در انتخاب مکان جایگذاری قطعات ندارید، بلکه جای هر کدام از اجزا از قبل مشخص بوده و تغییر این مکان می‌تواند طرح نهایی را با مشکلات متعددی روبرو کند. این مسئله در طراحی تمامی بردها صدق کرده و باید آن را رعایت کنید.
نکات پایانی پیرامون باورهای اشتباه در مورد بردهای مدار چاپی
همان‌طور که دیدید باورهای اشتباه زیادی در مورد مدارهای چاپی وجود دارد. تنها مطالعه، تحقیق و تجربه می‌تواند به از بین بردن این باورها کمک کند. اگر در این زمینه به اطلاعات بیشتری نیاز دارید می‌توانید با متخصصین ما در ارتباط باشید و آخرین مطالب آموزشی مجله ما را دنبال کنید.
سوالات متداول
- آیا بردهای سخت و انعطاف‌پذیر یکی هستند؟
با اینکه هر دوی این بردها شباهت زیادی به یکدیگر دارند اما از نظر ساختاری و طراحی تفاوت‌های چشمگیری باهم دارند.
- آیا برنامه واحدی برای طراحی تمامی انواع بردهای الکترونیک موجود است؟
خیر، هیچ برنامه واحدی در بازار موجود نیست. بلکه شما باید با توجه به اهدافی که دارید و همچنین نوع بردهایی که می‌خواهید طراحی کنید به سراغ نرم افزارهای در دسترس بروید.
- چه فاکتورهایی سلامت بردهای PCB را به خطر می‌اندازند؟
حرارت بالا، رطوبت و گرد و غبار دشمن اصلی بردهای مدار چاپی هستند. به منظور مدیریت حرارت بر روی این بردها سوراخ‌هایی به اسم Via تعبیه شده که دما را کنترل می‌کند.
منبع : circuits-central – sisoog
