راهنمای طراحی بردهای مدار چاپی با کیفیت
این روزها به هر طرف که نگاه کنید حداقل یک وسیله الکترونیکی می‌بینید که در ساخت آن‌ها از بردهای مدار چاپی (printed circuit boards) استفاده شده است. از لوازم سرگرمی گرفته تا کامپیوترهای قابل حمل و لوازم دیجیتال. این بردها کمک کرده تا لوازم و اجزای الکترونیکی داخل دستگاه به روشی مدیریت‌شده و سازماندهی شده به یکدیگر متصل شوند و با هم در ارتباط باشند. در واقع این بردهای الکترونیک هستند که عملکرد دستگاه‌های امروزی را ممکن می‌کنند. بدون این بردها این وسایل و تجهیزات تنها لوازمی بی‌جان و ناکارآمد هستند. در یک کلام می‌توان گفت که دستگاه‌هایی که هر روز با آن‌ها کار می‌کنیم بدون وجود PCBها چیزی برای ارائه کردن ندارند. ما در این مطلب قصد داریم بیشتر در مورد راهنمای طراحی بردهای مدار چاپی با کیفیت صحبت کنیم، راهنمایی که بیشتر روی صحبتش با مهندسین الکترونیک و طراح است. همراه ما باشید.
اهمیت دانش طراحی بردهای الکترونیک
طراحی بردهای مدار چاپی درست مانند یک هنر است. هنری که در آن مهندس طراح یک برد خالی را به یک اثر کاربردی تبدیل می‌کند. درست مانند نقاشی که یک بوم سفید رنگ را به یک کار منحصر به فرد بدل می‌کند.
در نتیجه این موضوع اهمیت دانش طراحی بردهای الکترونیک برای مهندسین را نشان می‌دهد. تمامی مهندسین الکترونیک در مسیر شغلی خود باید در یک مقطعی دست به کار طراحی شوند و بردهای مورد نیازشان را خودشان بسازند. البته که دانش طراحی بردهای الکترونیک دانش گسترده و وسیعی بوده و تنها نمی‌توان با بسنده کردن به آموزش‌های تئوری و آکادمی مشغول این کار شد. بلکه پشت این کار سال‌ها تجربه و مطالعه قرار گرفته است. با این حال هنوز هم کار نشد ندارد و می‌توان با پشتکار و صبر در این زمینه مهارت کافی بدست آورد. موضوعی که بیشتر از هر چیزی باید به آن دقت کنید اهمیت و نقش اساسی مراحل طراحی، استراتژی‌ها، مستندات و استانداردهای این کار است.
شما تنها زمانی می‌توانید یک مدار الکترونیکی کارآمد طراحی کنید که آگاهی کاملی از برخی فاکتورها داشته باشید. فاکتورهایی مانند عملکردهای ضروری PCB، شرایطی که قرار است مدار در آن قرار بگیرد، اتصالات لازم با مدارهای دیگر و از همه مهم‌تر نیاز کسب و کار.
شرایط محیطی که مدار الکترونیکی قرار است در آن قرار بگیرد، بخصوص از نظر دما و حرارت مسئله بسیار مهمی بوده که باید در فرآیند طراحی آن را مد نظر قرار داد. زیرا در این صورت می‌توانید از مواد و تجهیزات اولیه‌ای که متناسب و سازگار با چنین دمایی بوده استفاده کنید.
مهم‌ترین فاکتورهایی که مهندسان در زمینه طراحی باید بدانند
در طراحی بردهای مدار چاپی باید از صفر شروع کنید و به سراغ اصول و استانداردهای اولیه بروید. همان‌طور که بالاتر هم گفتیم در فرآیند طراحی مهم‌ترین نکته‌ای که باید به آن پایبند بمانید همین اصول، ترتیب و استانداردها هستند. با این حال مطالعه، دقت، کسب دانش و تجربه هم بی‌تاثیر نیستند. در ادامه برخی از مهم‌ترین عواملی که در یک طراحی موفق به شما کمک می‌کنند را بررسی می‌کنیم. همچنان با ما باشید.
آگاهی و دانش در زمینه الکترونیک
بدون شک برای اینکه بتوانید مدارهای PCB را طراحی کنید باید حتما دانش و پس زمینه‌ای در زمینه قطعات و اجزای الکترونیکی داشته باشید. اینکه هر قطعه کجا و چطور بهترین عملکرد را دارد تا با توجه به همین مسئله در جای مناسب از آن‌ها استفاده کنید. بدون آگاهی از چنین دانشی مطمئن باشید که فرآیند طراحی بسیار طولانی و خسته‌کننده خواهد بود، حتی سخت‌تر از چیزی که تصورش را می‌کنید. به این خاطر که شما مجبور خواهید بود در طی فرآیند طراحی مسائل جدید بسیاری را یاد بگیرید. در نتیجه اگر می‌خواهید در کارتان موفق باشید پیشنهاد می‌کنیم که در زمینه الکترونیکی دانش خود را تکمیل کنید.
آگاهی از دانش و اصول ابتدایی مدارهای الکترونیک
اگر می‌خواهید مدارهای با کیفیت و کاربردی طراحی کنید باید در زمینه مدارهای الکترونیک، اجزای مدار، نحوه عملکرد هر قطعه، دوام و قدرت آن‌ها و همچنین سازگاری آن‌ها در شرایط مختلف دانش کافی داشته باشید. این یعنی باید با تراک‌ها، پدها، وایاها، منابع تغذیه مختلف، خازن‌ها و… آشنایی داشته باشید. به علاوه اینکه هر چقدر شما درک بهتری از فرآیند اولیه تولید داشته باشید طراح بهتری هم خواهید شد. این باعث شده که به ساز و کار تولید و طراحی تسلط داشته باشید. در واقع هر گونه دست‌انداز و خطا در فرآیند را بهتر بشناسید و راه حل مناسبی برای برطرف کردن آن ارائه دهید.
تسلط به نرم افزارهای طراحی مدارهای چاپی
سال‌هاست که به لطف تکنولوژی طراحی مدارهای چاپی به کمک نرم افزارهای طراحی انجام می‌شود. نرم افزارهایی که به منظور طراحی این بردها در بازار موجود هستند روند طراحی را سریع‌تر و البته راحت‌تر می‌کنند. مسئله این است که نیازی نیست شما آشنایی کاملی به تمامی نرم افزارها داشته باشید. البته همان‌طور که شاید خودتان هم بدانید هر کدام از این نرم افزارها به منظور طراحی گروهی خاص از بردها ساخته شده‌اند. بهترین کاری که می‌توانید بکنید این است که یکی از همین نرم افزارهای طراحی که استفاده بیشتری دارند و همچنین طیف گسترده‌تری از مدارها را پوشش می‌دهند را انتخاب کرده و آن را یاد بگیرید.
اگر می‌خواهید با این نرم افزارها کار کنید باید نحوه ترسیم شماتیک برد، درک قرارگیری اجزا، مطالعه طرح‌بندی، ساخت کتابخانه، تولید طرح‌های Gerber و همچنین بررسی طرح با استفاده از ابزارهای موجود در نرم افزار را یاد بگیرید.
نحوه ساز و کار لایه‌های مختلف مدار
همان‌طور که می‌دانید در صورت نیاز می‌توان بسته به شرایط مدارهای الکترونیک را به صورت چند لایه طراحی و تولید کرد. برای اینکه بتوانید مدارهای چند لایه طراحی کنید باید درک کاملی از لایه‌های مدار داشته باشید. لایه‌های چندتایی مدار هر کدام از مس و عایق تشکیل شده‌اند. این لایه‌ها به نحوی کنار هم چیده می‌شوند که دستگاه مورد نظر بتواند در آن واحد با چند مدار کار کند. بنابراین آگاهی از نحوه ساز و کار مدارهای چند لایه یک عامل اساسی در طراحی به حساب می‌آید.
آشنایی با قوانین طراحی مدارهای چاپی
طراحی مدارهای PCB درست مانند بسیاری از ساز و کارهای دیگر صنعت دارای قوانین و اصول مشخصی است. برای اینکه بتوانید در این مسیر موفق باشید باید از این اصول آگاهی کافی داشته باشید. قوانین طراحی PCB گستره بسیار وسیعی دارند. از قوانین کلی گرفته تا قوانین کاهش نویز، قوانین یکپارچگی سیگنال‌ها، قوانین حرارتی و قوانین یکپارچگی توان مدارها. علاوه بر این‌ها قوانین الزامات آزمایشی و محدودیت‌های ساخت و تولید هم از دیگر قوانین ابتدایی طراحی به حساب می‌آیند.
آشنایی با طراحی سه بعدی و مکانیکی
یکی از قابلیت‌های جذاب و البته کاربردی نرم افزارهای طراحی PCB ارائه طرح نهایی به شکل سه بعدی است. این قابلیت باعث شده که شما طرح پایانی و نتیجه کار را ببینید. از طرفی برای اینکه بتوانید در نهایت تولید بی‌نقصی داشته باشید باید مشکلات مربوط به این طرح‌های سه بعدی را شناسایی و برطرف کنید. این مسئله باعث صرفه جویی در زمان و هزینه می‌شود.
توانایی بررسی کامل طراحی
بعد از اتمام طراحی آخرین مرحله به بررسی کامل طرح اختصاص داده می‌شود. بعد از اینکه طراحی کار پایان یافت وقت آن است که بخش‌ها و جز به جز آن را بررسی کنید تا مطمئن شوید ایرادی برای تولید و ساخت نهایی نداشته باشد. این فرآیند اغلب شامل سه مرحله می‌شود که در هر کدام قسمت‌های مشخصی از طرح بررسی می‌شوند. به علاوه اینکه در فرآیند بررسی افراد زیادی نقش دارند:
- بررسی توسط مهندس طراح
- بررسی توسط مهندس سخت افزار
- بررسی توسط مهندس یا مشاور تولید
در طی این مراحل علاوه بر ساختار مدار، ظاهر آن از نظر زیبایی‌شنایی هم مورد بررسی قرار می‌گیرد تا تضمین شود تمام استانداردهای طراحی و ساخت رعایت شده‌اند. بنابراین شما در نهایت مداری طراحی و تولید می‌کنید که متناسب با نیازهای دستگاه و مصرف‌کننده است.
نکات پایانی پیرامون طراحی مدارهای الکترونیک با کیفیت
همان‌طور که دیدید برای اینکه بتوانید بهترین و کارآمدترین مدار PCB را طراحی کنید باید در زمینه‌های مختلفی تجربه و دانش کسب کنید. از زمینه نرم افزاری گرفته تا بخش‌های سخت افزاری و عیب یابی. شما می‌توانید با صبر و پشتکار کافی در بخش‌های مختلف دانش مورد نیازتان را بیشتر کنید. البته که تمام این‌ها به تجربه و گذشت سال‌ها مطالعه و تحقیق نیاز دارد، اما مطمئن باشید که نشدنی نیست. اگر در این زمینه به اطلاعات بیشتری نیاز دارید آخرین مطالب بلاگ مجموعه را دنبال کنید. همچنین می‌توانید با کارشناسان ما در ارتباط باشید.
سوالات متداول
- چرا مهندسین طراح PCB باید دانش نرم افزاری سه بعدی داشته باشند؟
دانش نرم افزاری کمک کرده تا طرح نهایی را به صورت تجسمی و کاملا بصری تهیه کنند. به علاوه اینکه بخش‌های مختلف مدار را مورد بررسی و عیب یابی قرار دهند. این مسئله در زمان و هزینه تولید صرفه جویی می‌کند.
- چطور می‌توان یک طرح با کیفیت تولید کرد؟
برای اینکه بتوانید طرح‌هایی با کیفیت به خط تولید بفرستید باید همیشه و در هر شرایطی به اصول، استانداردها و قوانین طراحی بردهای الکترونیک پایبند باشید.
- عدم آگاهی در زمینه الکترونیک منجر به چه چیزی می‌شود؟
اگر در زمینه الکترونیک و شناخت قطعات و اجزای آن اطلاعات کافی نداشته باشید فرآیند طراحی برایتان زمانبر و خسته‌کننده می‌شود. آگاهی در این زمینه باعث شده که طرح‌هایی بهتر و کارآمدتر تهیه کنید.
منبع : circuits-central
