معرفی بردهای مدار چاپی و انواع مختلف آن‌ها
برد مدار چاپی که با نام برد الکترونیک هم شناخته می‌شود بخشی جدا نشدنی از صنعت امروزی است. بردهایی که انقلاب بزرگی در بخش‌های مختلف بازار به وجود آورده‌اند و این روزها نمی‌توان دستگاه‌های دیجیتال را بدون این بردها تصور کرد. به هر طرف که نگاه کنید حضور پر رنگ بردهای مدار چاپی را احساس می‌کنید. از صنعت نورپردازی گرفته تا دنیای پزشکی و حتی ماشین‌آلات. این بردها باعث شده‌اند که طراحی دستگاه‌های دیجیتال سبک‌تر، جمع و جورتر و همچنین ساده‌تر شود. به علاوه اینکه پیچیدگی دستگاه‌های سیم پیچ قدیمی را ندارند. آیا شما اطلاعات بیشتری در مورد بردهای مدار چاپی دارید؟ با انواع مختلف بردهای الکترونیک آشنا هستید؟ ما در این مطلب قصد داریم تا نگاهی داشته باشیم به این بردها و معرفی انواع گوناگون آن‌ها. اگر قصد دارید وارد دنیای بردهای مدار چاپی شوید پیشنهاد می‌کنیم که این تعاریف ابتدایی را از دست ندهید. همراه ما باشید.
برد مدار چاپی چیست؟
برد مدار چاپی (Printed Circuit Board) که به اختصار به آن‌ها PCB گفته می‌شود صفحاتی اغلب فلزی یا پلاستیکی هستند که به برقراری ارتباط بین قطعات الکترونیکی یک دستگاه کمک می‌کنند. این بردها پایه طراحی و تولید دستگاه‌های الکترونیکی هستند. قطعات الکترونیکی موجود بر روی این بردها از طریق ارتباط با یکدیگر عملکرد مکانیکی و فیزیکی یک دستگاه را ممکن می‌کنند و باعث می‌شوند که مجموعه‌ای از کار شکل بگیرد. این بردها اغلب اوقات از مواد اولیه‌ای مانند فایبرگلاس، اپوکسی کامپوزیت و مواد کامپوزیتی دیگر ساخته می‌شوند. به علاوه اینکه اکثرا تک لایه هستند. اما اگر به وسایل اطرافتان نگاه کنید انواع پیچیده آن‌ها را هم مشاهده می‌کنید. به عنوان مثال کارت‌های گرافیکی یا مادربرد کامپیوترها از جمله بردهای پیچیده چند لایه به حساب می‌آیند.
ساختار بردهای مدار چاپی و اجزای آن
بردهای PCB از قطعات بسیار زیادی تشکیل شده‌اند. همین قطعات هستند که عملکرد یک دستگاه را ممکن می‌کنند. برخی از رایج‌ترین اجزای یک برد PCB عبارت هستند از:
- مقاومت‌ها (Resistors)
- ترانزیستورها (Transistors)
- خازن‌ها (Capacitors)
- سلف‌ها (Inductors)
- مبدل‌ها (Transformers)
- دیودها (Diodes)
- حسگرها (Sensors)
مقاومت‌ها
مقاومت‌ها یا همان Resistorها یکی از مهم‌ترین و اصلی‌ترین اجزای یک PCB هستند. این قطعه جریان الکتریکی را به منظور تولید ولتاژ برای برد تامین کرده و از طرفی میزان توان الکتریکی اضافه را به شکل گرما از دستگاه خارج می‌کند. مقاومت‌ها طیف وسیعی دارند. این قطعات با رنگ‌های مشخصی در بازار شناخته می‌شوند که هر کد رنگی مقاومت آن‌ها را تعیین می‌کند.
ترانزیستورها
ترانزیستورها (Transistors) تقویت‌کننده مدار هستند. این قطعات برای سوئیچ کردن یا کنترل کردن سیگنال‌های الکترونیکی در یک PCB استفاده می‌شوند. این قطعه انواع بسیار مختلفی داشته که یکی از پراستفاده‌ترین آن نوع دوقطبی بوده که از سه پایه مجزا تشکیل شده است. بیس، کلکتور و امیتر سه پین اصلی این تقویت‌کننده هستند.
خازن‌ها
یکی دیگر از بخش‌های حیاتی یک مدار PCB خازن‌ها (Capacitors) هستند. خازن‌ها بعد از مقاومت‌ها به عنوان دومین قطعه مهم یک مدار به حساب می‌آیند. این قطعه موظف بوده تا بار الکتریکی را درون برد حبس کند. از طرفی هر زمان که در بخش دیگری از مدار به نیروی بیشتری نیاز بود این انرژی را آزاد کند.
سلف‌ها
سلف‌ها (Inductors) از نظر ماهیتی شباهت زیادی به خازن‌ها دارند. زمانی که جریان الکتریکی از این بخش عبور می‌کند سلف‌ها آن را به شکل میدان مغناطیسی ذخیره می‌کنند. اغلب اوقات به منظور مسدود کردن یک سیگنال درون برد PCB از سلف‌ها استفاده می‌شود.
مبدل‌ها
مبدل‌ها یا همان ترانسفورماتورها معمولا به کمک کاهش یا افزایش ولتاژ انرژی الکتریکی را از یک مدار به مدار دیگر منتقل می‌کنند.
دیودها
دیود (Diodes) در مدار به جریان الکتریکی اجازه داده تا تنها در یک جهت حرکت کند و در جهت دیگر جریان نداشته باشد. در صورتی که بخواهید جریان را در جهت اشتباه مسدود کنید می‌توانید از دیود کمک بگیرید. دقت کنید که جریان در جهت اشتباه می‌تواند به برد و دستگاه آسیب جدی وارد کند.
حسگرها
حسگرها (Sensors) همان طور که از نامشان مشخص است تغییرات برد در شرایط مختلف محیطی را شناسایی می‌کند. در نهایت سیگنال الکتریکی مناسب برای چنین شرایطی را تولید کرده و آن را به دیگر بخش‌های مدار ارسال می‌کند. دقت کنید که حسگرها ابتدا پارامتر فیزیکی را تشخیص داده و سپس آن را به سیگنال الکتریکی مدار تبدیل می‌کنند. از این پارامترهای فیزیکی می‌توانیم به گرما، نور و صدا اشاره کنیم.
انواع مختلف بردهای مدار چاپی کدام‌اند؟
بردهای مدار چاپی PCB بر اساس تعداد لایه‌هایی که دارند و همچنین نوع ساخت آن‌ها به چند نوع مختلف تقسیم می‌شوند. از رایج‌ترین بردهای مدار چاپی موجود در بازار می‌توانیم به موارد زیر اشاره کنیم:
- بردهای متال
- بردهای سرامیکی
- بردهای چند لایه
- بردهای دو طرفه
- بردهای یک طرفه
- بردهای انعطاف‌پذیر
- بردهای مدار چاپی سخت
- بردهای مدار چاپی سخت-انعطاف‌پذیر
بردهای متال
بردهای متال (Metal-Core) از یک ورقه فلزی در لایه هسته استفاده می‌کنند که اغلب از جنس آلومینیوم است. این کار باعث شده که استحکام برد بیشتر شود. به علاوه اینکه در زمینه اتلاف انرژی هم بهینه‌تر عمل کند. فرآیند ساخت بردهای متال با فرآیند ساخت بردهای سخت کاملا متفاوت است. از این بردها اغلب در تابلوهای روشنایی بزرگ و به طور کلی کاربردهای صنعتی استفاده می‌شود. در این بردها فلز ضخیم اغلب یک سمت PCB را می‌پوشاند.
بردهای سرامیکی
بردهای سرامیکی (Ceramic) یکی از نادرترین بردهای PCB هستند. از این نوع اغلب در شرایطی که به رسانایی حرارتی بالا نیاز است استفاده می‌شود. خاصیت جالب نوع سرامیکی این است که می‌تواند گرمای زیاد را از اجزای خود دفع کند و آسیبی به قطعات وارد نشود.
بردهای چند لایه
بردهای چند لایه (Multi-layer) می‌توانند از نوع یک طرفه یا دو طرفه باشند. این بردها به دلیل دارا بودن هادی بر روی لایه‌های داخلی مدار سیگنال‌های الکتریکی را به اجزای مدار منتقل می‌کنند. به علاوه اینکه لایه‌های داخلی ممکن است صفحه رسانا باشند. این بردها از نظر اندازه‌ای جمع و جورتر هستند، نسبت به مدل‌های دیگر قوی‌تر هستند، به علاوه اینکه برای مدارهای پرسرعت گزینه بسیار خوبی به حساب می‌آیند. بیشتر اوقات در ساخت لپ‌تاپ‌ها، تلفن‌های هوشمند همراه، تجهیزات پزشکی، ردیاب‌ها و… از این نوع استفاده می‌شود.
بردهای دو طرفه
همان‌طور که از نام بردهای دو طرفه (Double-Sided) مشخص بوده این نوع دارای تجهیزاتی در هر دو قسمت بالا و پایین است. به علاوه اینکه هر قسمت به عنوان یک لایه مجزا تعریف می‌شود. سوراخ‌هایی که بر روی مدار تعبیه شده‌اند کمک می‌کنند تا یک طرف به سمت دیگر متصل شود و با هم در ارتباط باشند. این بردها فشرده هستند و تراکم مدار در آن‌ها بیشتر است. به علاوه اینکه در سیستم‌های الکترونیکی پیشرفته مورد استفاده قرار می‌گیرند.
بردهای یک طرفه
یکی دیگر از انواع مختلف بردهای PCB نوع یک طرفه (Single-sided) آن است. در این مدل قطعات تنها بر روی یک طرف نصب شده‌اند. سطح پشتی، سطحی که هیچ قطعه‌ای بر روی آن نصب نیست معمولا با یک لایه مسی لحیم شده است. این بردها تنها یک لایه رسانا دارند. در نتیجه برای طراحی‌هایی که چگالی کمتری دارند مناسب هستند. فرآیند ساخت بردهای یک طرفه کم هزینه‌تر و مقرون به صرفه است. به علاوه اینکه تعمیرات آن‌ها آسان بوده و از نظر طراحی بسیار ساده هستند.
بردهای انعطاف‌پذیر
بردهای انعطاف‌پذیر (Flex PCB) کاملا از مواد منعطف مانند پلی آمید ساخته شده‌اند. قطعات استفاده شده در این بردها مشابه به بردهای سخت بوده، با این تفاوت که در بردهای سخت خبری از انعطاف‌پذیری نیست. برعکس، در حین استفاده از بردهای Flex می‌توان آن‌ها را به شکل دلخواه تغییر داد. از این بردها اغلب در ساخت LCDها، سلول‌ها خورشیدی، صنایع خودروسازی و همچنین محصولات الکترونیکی پیچیده استفاده می‌شود. از مزیت این بردها می‌توانیم به مدیریت حرارت و صرفه‌جویی در فضا اشاره کنیم. به علاوه اینکه این بردها برای مدارهای با سرعت بالا یک انتخاب مناسب هستند.
بردهای مدار چاپی سخت
در مقابل بردهای انعطاف‌پذیر بردهای سخت (Rigid) را داریم. همان‌طور که از نام این مدل پیداست این بردها برخلاف بردهای منعطف خم یا تا نمی‌شوند. مواد اولیه ساخت صفحات این بردها سخت و سفت بوده که استحکام مدار را بالا می‌برد. از بردهای سخت در ساخت قطعات پزشکی، کامپیوترها، تلفن‌ها، تبلت‌ها و… استفاده می‌شود. این بردها مقرون به صرفه هستند و نویز الکترونیکی کمتری تولید می‌کنند. به علاوه اینکه کاملا فشرده و جمع و جور هستند.
بردهای مدار چاپی سخت-انعطاف‌پذیر
بردهای سخت-انعطاف‌پذیر (Rigid-Flex) ترکیبی از دو نوع برد هستند. در نتیجه ویژگی و قابلیت هر دو مدل را دارد. این بردها می‌توانند به صورت 360 درجه خم شوند و وزن کمی دارند. از طرفی در برابر ضربه بسیار مقاوم هستند. از آن جایی که طراحی این بردها فشرده بوده و وزن کمی هم دارند می‌توان در گستره وسیعی از صنعت استفاده شوند، بخصوص صنایع حساسی مانند پزشکی و هوافضا. دقت کنید که در ساخت این مدل چند لایه انعطاف‌پذیر و سخت بر روی یکدیگر قرار می‌گیرند.
مزیت بردهای مدار چاپی PCB
- تولید بردهای مدار چاپی انبوه هزینه کمتری دارد.
- با تعمیر بردهای PCB می‌توان دوباره از آن‌ها استفاده کرد.
- قطعات و اجزای این بردها به راحتی قابل دسترس هستند.
- دوام و ماندگاری بالایی نسبت به سیستم‌های سیم پیچی قدیمی دارند.
- نویز الکترونیکی تولید شده توسط این بردها بسیار کم و ناچیز است.
- این بردها طراحی فشرده‌ای دارند و از نظر مصرف فضا و حجم صرفه‌جویی می‌کنند.
- از آن جایی که تمامی قطعات بر روی برد لحیم می‌شوند در نتیجه احتمال شل شدن قطعات به هیچ عنوان وجود ندارد.
- در صورت آسیب‌دیدگی، عیب یابی و تعمیر این بردها بسیار آسان و سریع انجام می‌شود.
همین مزایا باعث شده که بردهای PCB تجهیزاتی قابل اطمینان در صنعت محسوب شوند و در بخش‌های مختلفی از آن‌ها کمک گرفته می‌شود.
طراحی و تولید بردهای مدار چاپی
بردهایی که می‌بینید همگی بعد از پشت سر گذاشتن مراحل و فرآیندهای مختلف طراحی و تولید به دستان می‌رسند. برای اینکه یک برد PCB طراحی کنید باید دانش زمینه‌ای در مورد قطعات الکترونیک و انواع بردها داشته باشید. به علاوه اینکه به یکی از نرم افزارهای طراحی PCB هم تسلط کافی داشته باشید. برای طراحی بردهای مدار چاپی باید قبل از هر چیز نیازهای کاربر و همچنین انتظاراتی که از دستگاه دارید را بررسی کنید. سپس می‌توانید به سراغ طراحی شماتیک آن بروید.
مراحلی که برای طراحی و تولید بردهای PCB باید دنبال کنید شامل موارد زیر می‌شوند:
- مهندسی رابط کاربری
- طراحی شماتیک
- انتخاب مواد اولیه و طراحی لایه‌ها
- قرار دادن اجزای مدار
- برقراری ارتباط بین اجزای قرار گرفته بر روی مدار
- بررسی طرح و تایید اعتبار آن
- آماده‌سازی برای ارسال به خط تولید
نکات پایانی پیرامون بردهای مدار چاپی و انواع آن‌ها
همان‌طور که دیدید بردهای PCB بخشی جدا نشدنی از صنعت امروزی هستند. این بردها در لوازم کوچک و بزرگ بسیاری مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای اینکه بتوانید درک خوبی از این بردها داشته باشید باید ابتدا بخش‌های مختلف آن را به خوبی بشناسید. سپس می‌توانید در صورتی که به طراحی آن‌ها علاقه دارید وارد مسیر طراحی شوید. مهندسین الکترونیکی که مهارت طراحی بردهای PCB را دارند با فرصت‌های شغلی بسیار خوبی مواجه می‌شوند. اگر در زمینه ماهیت بردهای PCB ابهامی دارید می‌توانید با کارشناسان ما در تماس باشید یا سوالات خود را در بخش دیدگاه‌ها با ما در میان بگذارید.
سوالات متداول
- در چه زمینه‌هایی می‌توان از بردهای مدار چاپی PCB استفاده کرد؟
از جمله صنایعی که از بردهای PCB استفاده می‌کنند می‌توانیم به دستگاه‌های پزشکی، ماشین‌آلات صنعتی، نورپردازی، صنعت خودروسازی و هوافضا اشاره کنیم.
- کدام قسمت از مدار می‌تواند جریان را به مدار دیگر انتقال دهد؟
مبدل‌ها می‌توانند با افزایش یا کاهش جریان الکتریکی آن را به مدار دیگر انتقال دهند.
- یکی از محبوب‌ترین نرم‌افزارهای طراحی بردهای PCB کدام است؟
یکی از محبوب‌ترین و پراستفاده‌ترین نرم‌افزارهای طراحی بردهای الکترونیک نرم افزار Altium Designer است.
منبع : ablcircuits – pcbcart
