فیبر مدار چاپی یا PCB

حتما تا به حال وقتی که یک دستگاه را که باز کرده اید به یک فیبر معمولا سبز رنگ برخورده اید که روی آن با انواع قطعات الکترونیکی پوشیده شده است.

به این فیبر سبز رنگ فیبر مدار چاپی یا PCB میگویند.

فیبر های مدار چاپی در انواع مختلف با کاربرد های متفاوت تولید میشوند که در ادامه به آنها اشاره میکنیم تا بیشتر با فیبر های مدار چاپی یا PCB آشنا شوید و نوع آنها را تشخیص دهید .

PCB مخفف کلمه Printed circuit board به معنی تخته مدار چاپی است ، که در ایران به آنها فیبر مدار چاپی میگویند.

با پیشرفت روز افزون علم الکترونیک و پیچیده تر شدن مدارات الکترونیکی ، برای پیاده سازی سیستم های مختلف ، نیاز به اتصالات متراکم و متعدد بیشتر شده است.

اگر بخواهیم این اتصالات را با سیم به هم وصل کنیم ، در نتیجه سیم کشی های زیاد و خیلی پیچیده داریم که اصلا گزینه مناسبی برای این کار نیست!

پس باید دنبال راه حل بود.

اینجاست که میشود به اهمیت فیبر مدار چاپی یا PCB پی برد. در PCB قطعات با نظم خاصی کنار هم چیده میشوند و چون طرف دیگر این فیبر با یک لایه مس پوشیده شده است ، میتوان اتصالات را به کمک این پوشش مسی بین پایه قطعات برقرار کرد.

ساختار فیبر مدار چاپی یا PCB :

فیبر مدار چاپی اصولا از ترکیب یک لایه مسی و یک لایه سابستریت از جنس های : فایبرگلاس ، رزین فنولیک ، ورقه های کاغذ ، آلومینیوم و… ساخته میشود.

سابستریت (Substrate) : در واقع همان بستر اصلی PCB است، که سایر لایه ها روی آن نصب می گردد. سابستریت در برخی از انواع برد مدار چاپی، در واقع همان لایه عایق یا دی الکتریک نیز هست.

در PCB های چند لایه هم دقیقا به همین ترتیب است ، اما مس و سابستریت به طور مرتب پس از ایجاد مسیر های مناسب در سطح مس روی هم قرار میگیرند .

فیبر مدار چاپی یا PCB از نظر جنس و متریال ساخته شده

فیبر های مدار چاچی یا PCB با توجه به کاربرد های مختلف که نیاز است تولید شده اند و از نظر حنس و متریال ساخته شده انواع گوناگونی دارد از قبیل :

• FR-1 / FR-2 / FR-3 / XPC (استخوانی) :
• FR-4 (فایبر گلاس )
• CEM-1 /CEM-3 ( نیمه فایبر )
•  FPC Flexible (فلکسیبل )
• Aluminum ( آلومینیوم )

در ادامه مطلب هر کدام از این جنس های PCB به صورت خلاصه و جامع توضیح داده شده است.

---

فیبر مدار چاپی یا PCB های FR-1 / FR-2 / FR-3 / XPC یا به اصطلاح استخوانی :

فیبر استخوانی از ورقه های کاغذ که با رزین فنولیک ترکیب شده ساخته شده است.

این فیبر را میتوان جزء اولین نوع فیبر های ساخته شده دانست.

PCB استخوانی نسبت به بقیه PCB ها قیمت ارزان تری دارد.

مزایای فیبر مدار چاپی یا PCB استخوانی :

• ارزان تر است نسبت به دیگر فیبر ها
• سوراخ کاری آسان تر
• سبک بودن

معایب فیبر مدار چاپی یا PCB استخوانی :

• استحکام پایین
• پایین بودن چسبندگی مس به سابستریت
• کم بودن مقاومت نسبی در برابر دما
• آسیب پذیری شیمیایی ( در برابر مواد شیمیایی مقاومت کمتری دارد و زود تر رنگ عوض کرده و تخریب میشود)
• پایداری کم در برابر خم شدگی (اگر ابعاد PCB زیاد باشد و وزن قطعات هم زیاد شود شاهد خم شدن فیبر مدار چاپی هستیم)
• جذب رطوبت ( به دلیل مواد سازنده سابستریت )

---

فیبر مدار چاپی یا PCB های FR-4 (فایبر گلاس ) :

این نوع فیبر بی شک ، محبوب ترین و پرکاربرد ترین نوع فیبر مدار چاپی است. دلیل این محبوبیت هم به خاطر جنس سابستریت و قیمت تمام شده این فیبر مدار چاپی میباشد.

سابستریت این فیبر از رشته های نازک شیشه ای (پشم شیشه ) یا فایبر گلاس است.که با رزین اپوکسی مقاوم در برابر شعله ، ترکیب شده است. ( براده های این فیبر به دلیل جنس آنها که پشم شیشه است اگر با پوست بدن تماس پیدا کند باعث ایجاد خارش و سوزش میشود.)

FR مخفف کلمه Flame retardant به معنی مقاومت در برابر اشتعال است و عدد پسوند آن ، یعنی 4 ، نشان دهنده جنس و متریال سابستریت آن است ،

همچنین FR-4 نشان دهنده این است که این ماده استاندارد UL94V-0 پیروی میکند.(احتمالا این عدد را پشت PCB ها دیده باشید)

فیبر های FR-4 برای اکثر کاربرد ها مناسب هستند.

مزایای فیبر مدار چاپی یا PCB های FR-4 (فایبر گلاس ) :

• استحکام بالا
• چسبندگی مس به سابستریت بیشتر از استخوانی است.
• سبک بودن
• پایین بودن جذب رطوبت
• عایق دی الکتریک قوی
• مقاومت نسبی در برابر دما

معایب فیبر مدار چاپی یا PCB های FR-4 (فایبر گلاس ) :

• قیمت بالاتر نسبت به استخوانی
• تلفات بالای دی الکتریک ( ضریب اتلاف بالا) : در مدارات دیجیتالی سرعت بالا و کاربرد های آنالوگ که فرکانس کاری آنها بالای چند گیگاهرتز است عملکرد ضعیفی از خود نشان دهد.

---

فیبر مدار چاپی یا PCB های CEM-1 / CEM-3 (نیمه فایبر ) :

CEM-1 : در حالی که FR-4 ارزان و مقرون به صرفه است ، اما تولید CEM-1 هزینه پایین تری دارد .

CEM مخفف کلمه Composite Epoxy Material به معنی مواد اپوکسی کامپوزیت است.

جنس سابستریت این فیبر از کاغذ ، دولایه فایبر گلاس ، اپوکسی و ترکیبات فنلی ساخته میشود . به همین دلیل میتوان گفت ترکیبی از فیبر های استخوانی و فایبر گلاس است .

مزایای فیبر مدار چاپی یا PCB های CEM-1 / CEM-3 (نیمه فایبر ) :

• قیمت پایین تر نسبت به فایبر گلاس
• سبک بودن
• سوراخ کاری آسان تر

معایب فیبر مدار چاپی یا PCB های CEM-1 / CEM-3 (نیمه فایبر ) :

• قابلیت متالیزه شدن ندارد .(بزرگترین چالش در مورد CEM-1 این است که ترکیبات آن با فرآیند متالیزاسیون در سوراخ ها سازگار نیستند، از همین رو نمی توان PCB دو یا چند لایه با آن تولید کرد و تنها برای برد های الکترونیکی یکرو قابل استفاده هستند. خواص دی الکتریک آن مشابه FR-4 است، اما استقامت مکانیکی آن چندان خوب نیست و درجه اشتعال پذیری آن مطابق UL94-V0 می باشد.)

 

CEM-3 : CEM-3 مشابه CEM-1 است ولی می توان با آن PCB های دو رو یا دو لایه تولید کرد و در مقایسه با FR-4 ارزان تر می باشد ولی هنوز هم نمی تواند جای FR-4 را بطور کامل بگیرد، زیرا تولید برد مدار چاپی چند لایه با این سابستریت همراه با ریسک جدا شدن لایه ها از یکدیگر می باشد.

احتمال بروز این اتفاق به دلیل این است که در ساخت CEM-3 از فایبرگلاس ساده استفاده می شود در صورتی که در FR-4 فایبرگلاس به هم بافته شده بکار می رود.

---

فیبر مدار چاپی یا PCB های FPC Flexible (فلکسیبل) :

در صفحه کلید ها ، کیپد ها ، ال سی دی ها ، تلوزیون ها ، فلت موبایل و… حتما به صفحه های نازکی برخورد کرده اید که بر روی آنها مدارات و ترک کشی هایی نقش بسته است ، به این نوع از فیبر مدار چاپی یا PCB فلکسیبل یا به اصطلاح بازاری پوست پیازی میگویند.

مهم ترین ویژگی این نوع فیبر مدار چاپی نازک بودن و قابلیت انعطاف پذیری آن است.

قطر پوشش مس بر روی این فیبر ها نسبت به دیگر انواع فیبر کمتر است و گزینه مناسبی برای مداراتی که جریان کشی بالایی دارند نیست.

مزایا فیبر مدار چاپی یا PCB های FPC Flexible (فلکسیبل) :

• انعطاف پذیری
• سبک بودن

معایب فیبر مدار چاپی یا PCB های FPC Flexible (فلکسیبل) :

• هزینه تولید بالا
• قطر کم مس
• آسیب پذیری بالا
• کم بودن مقاومت نسبی در برابر دما

---

فیبر مدار چاپی یا PCB های Aluminum ( آلومینیوم ) :

همانطور که از اسم این نوع فیبر ها پیداست ، اصلی ترین مولفه این نوع فیبر ها جنس سابستریت آنها یعنی آلومینیوم است.

آلومینیوم به خاطر ضریب انتقال حرارت بالا و همچنین قیمت پایین تر نسبت به دیگر فلزات مثل : نقره ، مس ، طلا  که انتقال حرارت خوبی دارند انتخاب شده است.

 

این نوع فیبر در چینش لایه ها یک اختلاف باسایر فیبر ها دارد و آن هم لایه دی الکتریک است که از اتصال لایه سابستریت آلومینیومی به لایه پوشش مسی جلوگیری میکند.(چون هر دو رسانا هستند.

همچنین این لایه دی الکتریک رسانایی حرارتی بالایی دارد و حرارت را به خوبی از سطح مس به آلومینیوم منتقل میکند.

از این نوع فیبر در جاهایی که تولید حرارت زیاد است استفاده میشود ، مثل : لامپ های LED ، برد های بکلایت و…

 

مزایا فیبر مدار چاپی یا PCB های Aluminum ( آلومینیوم ) :

• انتقال حرارت بالا
• بالا بودن مقاومت نسبی در برابر دما
• استحکام بالا

معایب فیبر مدار چاپی یا PCB های Aluminum ( آلومینیوم ) :

• وزن بالا
• امکان استفاده فقط از قطعات SMD
• قیمت بالا

---

شما میتوانید برای اطلاع بیشتر درباره انواع جنس فیبر مدار چاپی این مقاله را نیز مطالعه کنید.

همچنین علاوه بر جنس ، فیبر های مدار چاپی در موارد دیگری هم با هم متفاوت هستند که در ادامه به آنها میپردازیم .

---

فیبر مدار چاپی یا PCB از نظر تعداد لایه :

اکثر فیبر های مدار چاپی یک لایه یا دو لایه هستند .

اما در کاربرد های خاص که محدودیت فضا و ترک کشی برای برای طراح وجود دارد ، فیبرهای مدار چاپی به صورت چند لایه هم تولید میشوند.

فرآیند تولید این نوع فیبر ها طولانی تر و پیچیده تر است . نحوه تولید آنها به اینگونه است که ، در هر لایه از سطح مس طرح مورد نظر پیاده سازی میشود و با یک لایه سابستریت بر روی لایه قبلی با فشار چسبیده میشود.

برای مثال در یک PCB چهار لایه ، دو لایه در بالا و پایین قرار دارد و دو لایه دیگر هم در وسط قرار دارد که توسط فشار و گرما به هم چسبیده شده اند.

---

فیبر مدار چاپی یا PCB از نظر ضخامت سطح مس :

فیبر های مدار چاپی با ضخامت های مختلف سطح مس تولید میشوند ، و با توجه به نیاز مورد استفاده قرار میگیرند.

مثلا در مواردی که طراحی PCB صنعتی میباشد و جریان های مدار مقادیر بالایی هستند بهتر است از فیبر مدار چاپی با ضخامت لایه مسی بیشتری  استفاده شود.

فیبر های مدار چاپی در ضخامت های 17µm / 35µm / 70µm / 105µm تولید میشوند، که رایج ترین و پرکاربرد ترین ضخامت 35µm میباشد.

---

فیبر مدار چاپی یا PCB از نظر چاپ سولدر و مارکاژ :

چاپ سولدر یا محافظ :

اگر به PCB های تولید شده توجه کنید ، متوجه میشوید که اکثر این PCB ها یک لایه رنگ بر روی خود دارند ، که اکثرا این رنگ سبز میباشد.

به این رنگ که بر روی PCB چاپ میشود ، سولدر یا محافظ میگویند

این چاپ در رنگ های دیگری مثل : قرمز ، آبی ، مشکی ، سفید و… میتواند باشد .

اصلی ترین دلیل که این رنگ بر روی PCB چاپ میشود این است که از فیبر مدار چتپی در برابر اکسیداسیون و آسیب های احتمالی جلوگیری کند.

همچنین مزایای دیگری از قبیل : زیبایی و مونتاژ راحت تر دارد.

چاپ مارکاژ یا راهنما :

علاوه بر چاپ سولدر ، یک چاپ دیگر که معمولا با رنگ سفید یا مشکی است ، بر روی چاپ سولدر وجود دارد که به آن چاپ راهنما یا مارکاژ میگویند.

چاپ راهنما همانطور که از اسمش پیداست دارای اطلاعاتی است که اپراتور مونتاژ و کاربر را راهنمایی میکند که هر قطعه در کجا باید مونتاژ شود و اطلاعات مورد نیاز هر PCB را اعلام میکند.

---

فیبر مدار چاپی یا PCB از نظر متالیزه و پوشش نهایی :

 

متالیزه :

در فیبر های 2 و چند لایه برای اتباط لایه ها با یکدیگر باید از فرایند متالیزه کردن برد استفاده کرد .

متالیزه کردن روش های مختلفی دارد که اصلی ترین و پرکاربرد ترین روش به کمک آبکاری انجام میشود که مراحل خاص و حساس خود را دارد.

همچنین روش های دیگری وجود دارد که کمتر استفاده میشوند مثل :

1. نشاندن یک استوانه تو خالی بسیار نازک در سوراخ های فیبر و سپس پرچ کردن آن و ارتباط بین دو سر فیبر. ( روش آمریکایی قدیم بنام آی لت)
2. استفاده از سیم نازک پرت و قرار دادن این سیم در داخل وایا برای برقراری ارتباط بین لایه ها

پوشش نهایی :

پوشش نهایی برای جلوگیری از اکسید شدن مس و لحیم کاری و لحیم پذیری بهتر ایجاد میشود.

چند نوع پوشش نهایی متداول عبارتند از :

• Hasl : به این نوع پوشش Hasl یا Hot Air میگوند . این نوع پوشش به این شکل است که PCB داخل وان قلع رفته و سپس توسط باد گرم قلع اضافه گرفته میشود و سطح PCB قلع اندود میشود.
• Immersion : به این نوع پوشش Immersion یا غوطه وری نیز گفته میشود و سه نوع قلع (ISN) ، نقره (IAG) و طلا (ENIG) دارد به این گونه که با استفاده از روش آبکاری یک لایه یکدست روی سطح مس کشیده میشود.

پوشش های نهایی دیگری مثل OSP ، HARD GOLD و… هم وجود دارند که هزینه تمام شده بالاتری دارند . اما متداول ترین پوشش نهایی Hasl میباشد.

---

نتیجه گیری :

خوب در این مقاله با فیبر مدار چاپی یا PCB  و با ساختار آشنا شدید.

همچنین با انواع این فیبر ها و نوع چاپ ها و محافظ ها و پوشش نهایی هم آشنا شدید.

 

شرکت مرصا میتواند در زمینه تولید فیبر مدار چاپی ، طراحی و مونتاژ به شما عزیزان خدماتی را ارائه بدهد.