همه چیز در مورد PCB ؟ PCB چیست و چند نوع دارد؟

PCB چیست؟  PCB ، یک برد مدار چاپی متشکل از چند لایه مس میباشد. این لایه ها با عایقی نارسانا از یکدیگر جدا شده اند. در این برد مدارچاپی، همه قطعات الکترونیکی از طریق اتصالات فیزیکی و مسی به یکدیگر متصل می‌شوند. زمانی که یک PCB ساخته نشده است، شما مجبورید قطعات را با سیم به یکدیگر متصل کنید. این امر باعث افزایش پیچیدگی شده ، و اطمینان از عملکرد مدار را کاهش میدهد. دیگر در این روش نمی توانیم مدارهای بزرگی را بسازیم.

برای اینکه بدانیم  PCB چیست؟  اما در PCB اتصالات بین قطعات، به صورت داخلی و روی برد برقرار میشود، پیچیدگی را در برد شما کاهش میدهد. PCB  را می توان بر اساس نظر مشتری طراحی کرد.این نوع برد در دستگاه های الکترونیکی زیادی مانند: تلویزیون ، موبایل ، دوربین دیجیتال ، قطعات کامپیوتر مانند؛ کارتهای گرافیک ، مادربرد و غیره بکار می رود. از طرفی در زمینه های مختلفی مانند دستگاه های پزشکی ، ماشین آلات صنعتی ، صنایع خودرو ، روشنایی و.. کاربرد دارد.

PCB چیست؟ 

انواع PCB:

برد مدارچاپی یا  PCB انواع مختلفی دارد. ما باید متناسب با نیاز و کاربرد مدنظر خود ، نوع PCB مناسب را انتخاب کنیم.

۱.PCB تک لایه
۲.PCB دو لایه
۳.PCB چند لایه
۴.PCB انعطاف پذیر
۵.PCB پشتی آلومینیومی
۶.Flex-rigid PCB ( منعطف – سخت )

۱. PCB تک لایه:

این نوع PCB ساده و پرکاربرد PCB می باشند. این نوع PCB، ساده ترین و پرکاربردترین نوع از انواع PCB میباشد، زیرا طراحی و تولید آنها آسان است.زیرا طراحی و ساخت آنها آسان است. یک طرف این PCB با لایه ای ازماده رسانایی پوشیده شده است. ابتدا یک لایه soldermask ( چاپ رنگی روی برد ) برای محافظت از PCB در برابر ااکسیده شدن و روی آن یک یک لایه silkscreen ( چاپ راهنما ) برای مشخص کردن جزئیات قطعات روی PCBبکار می رود.

در PCB تک لایه ، فقط یک طرف آن برای اتصال انواع مختلف اجزای الکتریکی یا الکترونیکی مانند مقاومت ، خازن ، سلف و ..بکار می رود. این PCB ها دراز این PCB ها در تولیدات کم هزینه و در تعداد خیلی بالا مانند ماشین حساب ها ، رادیو ، چاپگرها و درایو حالت جامدو… استفاده می شوند.

برد الکترونیکی یک لایه

۲. PCB دو لایه:

 در این نوع PCB ، یک لایه نازک از مواد رسانا ، مثل مس ، روی دو طرف برد قرار می گیرد. روی لایه های این نوع PCB، از Via استفاده میشود، که دارای دو پد روی لایه ها و در راستای هم میباشد که از طریق یک سوراخ، اتصال بین این دولایه را برقرار میکند.

مزایای این برد، هزینه نسبتا کمتر، و مهمتر از آن امکان پیاده سازی در ابعاد کوچکتر میباشد که باعث فشردگی بیشتر مدار میشود. این نوع PCB بیشتر در کنترل های صنعتی ، مبدل ، سیستم UPS ، برنامه HVAC ، تلفن ، تقویت کننده و سیستم های مانیتورینگ کاربرد دارد.

برد الکترونیکی دو لایه

۳. PCB چند لایه:

این نوع بیشتر از دولایه دارد. PCB  چند لایه، حداقل سه لایه رسانای مس دارد. جهت اطمینان، برای محافظت، بین لایه های عایق نوعی چسب به کار رفته است. تا گرمای بیش از حد، به هیچ یک از اجزای مدار آسیب نرساند..این نوع طراحی PCB بسیار پیچیده می باشد. در مدارات پیچیده و بزرگ اما با فضای کم و به صورت فشرده کاربرد دارد.

این نوع PCB در کارهای بزرگ مانند فناوری GPS ، سیستم ماهواره ای ، تجهیزات پزشکی ، انواع سرورها کاربرد دارد.

PCB چندلایه

۴. PCB انعطاف پذیر:

PCB انعطاف پذیر به مدار Flex نیز معروف است. در این نوع PCB از مواد پلاستیکی انعطاف پذیر مانند   PEEK (پلی اتر اتر کتون) ، polymide یا فیلم پلی استر رسانای شفاف استفاده می شود. صفحه مدار معمولا در حالت تا خورده یا پیچ خورده قرار می گیرد. این نوع PCB بسیار پیچیده است. طیف متنوعی از لایه ها مانند یک لایه، دولایه، چند لایه را شامل میشود.

مدار فلکس در دیودهای نوری ارگانیک ، ساخت LCD ، سلول خورشیدی فلکس ، صنایع خودرو سازی ، تلفن های همراه ، دوربین و دستگاه های الکترونیکی پیچیده مانند لپ تاپ ها بکار میرود.

pcb flex

۵ . PCB آلومینیومی

اگر بخواهید بدانید PCB چیست؟  باید حتما با این نوع آشنا شوید. بردهای آلومینیومی متشکل از یک یا چند لایه مسی متصل به لایه های عایق و لایه های آلومینیومی هستند. این نوع PCB در مداراتی مانند لامپ های led که حرارت زیادی تولید میکنند کاربرد دارد. لایه آلومینیومی به عنوان هیت سینک عمل کرده و حرارت را از مدار به بیرون منتقل کند.

۶.PCB فلکس-سفت و سخت:

ترکیبی از مدار انعطاف پذیر و مدار سخت هم از بردهای مهم و البته پیشرفته می باشد.تخته های فلکس-سفت و سخت شامل چندین لایه PCB انعطاف پذیر است. این تخته ها به تعدادی لایه PCB صلب متصل شده است. این نوع در تلفن های همراه ، دوربین های دیجیتال و اتومبیل و غیره بکار میرود.

PCB فلکس-سفت و سخت

حال که دانستیم PCB چیست؟ بهتر است با انواع آن بیشتر آشنا شویم

انواع PCB ها با توجه به نحوه مونتاژ قطعات آن :

۱- PCB با مونتاژ قطعات DIP
۲- PCB با مونتاژ قطعات SMD

۱- PCB با مونتاژ قطعات DIP

در این نوع، ابتدا باید توسط مته در PCB سوراخ ها را ایجاد کنیم. سپس پایه های قطعات DIP از یک طرف در این سوراخ ها قرار میگیرند . از سمت دیگر برد، لحیم میشوند.این مدل PCB به دلیل مقاوم کردن قطعات DIP بر روی برد و استحکام بیشتر، کاربرد زیادی دارد. اما سوراخ کاری آن، یک هزینه بیشتری در تولید این نوع PCB اضافه میکند.

پیاده سازی این روش، در PCB های تک لایه به سادگی امکان پذیر است. اما در بردهای دولایه یا بیشتر، این کار دشوارتر هست. چون باید علاوه بر سوراخ کاری، داخل حفره ها هم اصطلاحا متالیزه شود تا پدهای سوراخ در طرفین برد را به هم متصل کند.

PCB از طریق سوراخ

۲- PCB با مونتاژ قطعات SMD :

در این نوع PCB، از قطعات SMD استفاده میشود که سایز کوچکتری نسبت به قطعات DIP دارند. همچنین پایه های این قطعات نیز ظریفتر هستند.در این فناوری، قطعات SMD مستقیما روی سطح برد مونتاژ میشوند. نیازی به ایجاد سوراخ در برد نیست.

نصب pcb روی سطح

اجزای مختلف PCB:

پد:

پد یک قطعه مسی است که پایه های قطعات روی آن قرار گرفته و مونتاژ میشوند. قطعات از طریق پدها به بدر متصل شده و محکم میشوند.

ترک یا مسیر:

در PCB ، اجزا به کمک سیم متصل نمی شوند. همه اجزا با یک ماده رسانا مانند مس به هم متصل می شوند. قسمت مسی PCB برای اتصال تمام اجزای سازنده بکار می رود، و به آن trace می گویند.

PCB چیست؟ 

لایه ها:

تعداد لایه pcb با توجه به کاربرد ، هزینه و فضای موجود مدار، تعیین می شود. پرکاربردترین و ساده ترین نوع در طراحی و تولید، PCB یک لایه است. .اما برای مدارهای بسیار بزرگ و پیچیده ، PCB دو لایه یا PCB چند لایه در مقایسه با PCB یک لایه ترجیح داده می شود.در حال حاضر روزانه ، در PCB چند لایه ، ۱۰-۱۲ لایه می تواند متصل شود. مهم ترین نکته، برقراری ارتباط و اتصال بین قطعات مختلف در این لایه ها میباشد.

چاپ راهنما یا silk layer :

از این لایه جهت چاپ خط ، متن یا هر نوع طرحی روی سطح PCB استفاده می شود. معمولاً برای چاپ راهنما روی برد، جوهر اپوکسی بکار می رود. چاپ راهنما، با توجه به نیاز کاربر، میتواند در لایه بالا و پایین برد چاپ شود.

لایه بالا و پایین:

معمولا در لایه بالای PCB، قطعات برد نصب شده و سپس در لایه زیرین PCB، پایه های این قطعات لحیم مشوند. این دو لایه بالا و پایین در PCB، میتواند با رنگ سبز یا سایر رنگ ها پوشیده شود که به عنوان سولدرماسک شناخته میشود.

تصویری از لایه های pcb

سولدرماسک :

یک لایه اضافی در بالای لایه مسی وجود دارد که Solder Mask نام دارد.این لایه معمولا دارای رنگ سبز است اما می تواند از هر رنگی باشد. این لایه عایق برای جلوگیری از تماس تصادفی پدها و مسیرهای مسی با سایر مواد رسانا در PCB استفاده می شود.

مواد PCB:

عنصر اصلی در PCB، لایه دی الکتریک و عایق است. دی الکتریک میتواند سخت یا منعطف باشد. این لایه با لایه های رسانایی مانند مس پوشیده میشود. ماده عایق در این لایه، از ورقه های اپوکسی شیشه یا مواد کامپوزیت تشکیل میشود.

۱. FR4:

FR مخفف FIRE RETARDENT است.برای ساخت انواع PCB، متداول ترین ماده لمینت شیشه، FR4 میباشد. بر اساس ترکیبات بافته شده از جنس اپوکسی شیشه، FR4 یک ماده کامپوزیتی میباشد. به علت مقاومت مکانیکی بسیار خوب کاربرد زیادی دارد.

۲. FR-1 و FR-2:

این ماده از ترکیبات کاغذ و فنول ساخته می شود. عموما فقط برای PCB تک لایه بکار می رود.FR1 و FR2 هر دو دارای ویژگی مشابه هستند ، تنها تفاوت در دمای انتقال شیشه است. FR1 در مقایسه با FR2 دمای انتقال شیشه بالاتری دارد.این مواد همچنین به طور استاندارد ، به دو بخش بدون هالوژن و آبگریز تقسیم می شوند.

۳. CEM-1:

این مواد از کاغذ و دو لایه از ترکیبات اپوکسی و فنل شیشه بافته شده ساخته می شوند. این ماده فقط برای PCB یک لایه بکار می رود. CEM-1 می تواند به جای FR4 استفاده شود ، اما قیمت CEM1 بالاتر از FR4 است.

۴.CEM-3:

این ماده از ترکیب اپوکسی شیشه ای و به رنگ سفید ساخته شده که بیشتر در PCB دو لایه استفاده می شود.مقاومت مکانیکی CEM-3 در مقایسه با FR4 کمتر است. اما ارزان تر از FR4 است. بنابراین ، این گزینه خوبی به جای FR4 است.

۵. پلی آمید یا Polyimide:

این ماده در PCB انعطاف پذیر استفاده می شود. حاوی کپتون ، راجرز ، دوپونت است. دارای خواص الکتریکی خوب ، براقیت ، دامنه وسیع دما و مقاومت شیمیایی بالا می باشد.دمای کار این ماده -۲۰۰ درجه تا ۳۰۰درجه است.

نرم افزار طراحی PCB:

بعد از اینکه دانستیم، PCB چیست؟  در این بخش با بعضی از نرم افزارهای طراحی برد آشنا می شویم.

Eagle:

نرم افزار Eagle یکی از معروف ترین و راحتترین نرم افزار های طراحی PCB است. یک نرم افزار سبک اما حرفه ای که قبلا توسط شرکت CadSoft ساخته شده بود. اما در حال حاضر شرکت Autodesk توسعه دهنده این نرم افزار میباشد.
اما این نرم افزار هنوز در ایران خیلی مورد استفاده قرار نگرفته است.

EasyEDA :

این نرم افزار برای طراحی و شبیه سازی مدارها بکار می رود. یک ابزار یکپارچه برای طرح شماتیک ، شبیه سازی مدار SPICE ، بر اساس طرح Ngspice و طرح PCB است. مهمترین مزیت این نرم افزار این است که نرم افزار تحت وب بوده و در پنجره مرورگر استفاده می شود. بنابراین ، این نرم افزار مستقل از سیستم عامل است. بدون نیاز به نصب میتوانید به آن دسترسی داشته باشید.

نرم افزار EasyEDA

نرم افزار طراحی آلتیوم:

این نرم افزار توسط شرکت نرم افزاری استرالیایی Altium Limited تولید شده است.ویژگی های اصلی این نرم افزار، طرح شماتیک، طراحی سه بعدی قطعات، طرح PCB و … است. این نرم افزار جزء اولین نرم افزارهایی هست که قابلیت سه بعدی و همچنین قوانین clearance را ارائه کرد.
در حال حاضر، در ایران از این نرم افزار، زیاد استفاده میشود.

نرم افزار طراحی آلتیوم

KiCad:

این نرم افزار توسط Jean-pierre charras ساخته شده است. دارای ابزاری های زیادی است. از جمله ابزار مهم در این نرم افزار، لیست قطعات (BoM) ، طرح سه بعدی برای کلیه قطعات استفاده شده در مدار میباشد. بسیاری از قطعات در کتابخانه های این برد موجود هستند، اما امکان افزودن قطعه جدید هم وجود دارد. همچنین این نرم افزار از زبان های مختلفی هم پشتیبانی میکند.

نرم افزار KiCad

CircuitMaker:

این نرم افزار نیز توسط آلتیوم ساخته شده است.ویرایشگر شماتیک این نرم افزار شامل قرار دادن اجزای اساسی است.  برای طراحی نمودارهای پیشرفته چند کاناله و سلسله مراتبی بکار می رود.
همه شماتیک ها در سرور بارگذاری می شوند. این فایل ها برای مشاهده در دسترس همه هستند، به شرطی که  به حساب CircuitMaker دسترسی داشته باشید.