مهندسی معکوس PCB

شاید امروزه کلمه مهندسی معکوس زیاد به گوشتان خورده باشد . اما می دانید منظور از مهندسی معکوس چیست؟

در زبان فارسی مهندسی معکوس یعنی عملی که نتیجه آن باعث کشف اصول تکنولوژی یک دستگاه، شی یا یک سیستم است که از طریق تجزیه و تحلیل ساختار و عملکرد آن حاصل می شود.

همانطور که از تشریح مفهوم کلمه مهندسی معکوس متوجه شدید، به معنای فهمیدن و تجزیه و تحلیل عملکرد یک دستگاه یا سیستم است.

حالا به معنی کپی کردن توجه کنید:

در زبان فارسی کپی کردن یعنی از یک اثر خلاقانه و اصلی، دستگاه، شی و سیستم، یک نسخه کاملا مشابه بسازید؛ بدون استفاده از از خلاقیت و حتی الهام گرفتن از محصول.

بنابراین خیلی واضح میتوان فرق مهندسی معکوس با کپی کردن را متوجه شد. در زمینه الکترونیک از کلمه مهندسی معکوس زیاد استفاده می شود. ولی در اکثر مواقع افراد هدف از از گفتن این کلمه را با کپی برداری اشتباه می گیرند.

به طور مثال: شخصی که بخواهد از یک PCB نمونه دستگاهی که دارد، دقیقا مثل همان تولید کند و در دستگاه خود استفاده کند، می گوید که قصد دارد مهندسی معکوس روی این PCB انجام دهد!!

در صورتی که مهندسی معکوس یعنی اینکه لزوما نباید شکل و شمایل دقیقا همان PCB باشد و هدف عملکرد صحیح است.( البته در بعضی مواقع ظاهر هم دقیقا باید شبیه به PCB نمونه باشد)

پس اول از همه به تفکیک این دو کلمه رسیدیم.

مهندسی معکوس

عملکرد و نتایج محصولی که مهندسی معکوس شده دقیقا مثل محصول مرجع هدف مشتری باشد و یا حتی بیشتر از آن.

کپی برداری

صرفا تولید محصولی که دقیقا شبیه به محصول مرجع است و کمترین خلاقیت در تولید آن به کار رفته است.

با پیشرفت روز افزون علم الکترونیک ، مسئله مهندسی معکوس و کپی برداری اهمیت زیادی پیدا کرده است.

حتما تا حرف از کپی برداری محصولات الکترونیکی به میان آید یاد کشور چین خواهید افتاد.

بله کشور چین بزرگترین کپی کننده و مهندسی معکوس کننده در دنیا است.

اقتصاد این کشور هم روز به روز در حال پیشرفت است . پس میتوان نتیجه گرفت که مهندسی معکوس و کپی برداری آنچنان هم بی ارزش نیستند و میتوانند تاثیر  زیادی در پیشرفت شما داشته باشند.

در مهندسی معکوس و کپی برداری از PCB ، به چندین روش میتوان عمل کرد که در ادامه به آنها میپردازیم.

مهندسی معکوس در الکترونیک

برای مهندسی معکوس از یک PCB باید چند ویژگی و مهارت را داشته باشید.

1. آشنایی کامل با قطعات الکترونیکی
2. آشنایی کامل با نحوه عملکرد مدارات مختلف
3. مهارت بالا در طراحی مدارات الکترونیکی
4. مهارت های طراحی PCB و برنامه نویسی
5. مهارت های عیب یابی مدارات الکترونیکی
6. بالابودن نظم و دقت فراوان
7. صبر و حوصله

آشنایی کامل با قطعات الکترونیکی

برای مهندسی معکوس یک PCB باید شما با تک تک قطعات آن مدار آشنا باشید و بدانید که هر قطعه چگونه عمل میکند و وظیفه آن در مدار چیست.

آشنایی کامل با نحوه عملکرد مدارات مختلف الکترونیکی

همچنین شما باید از نحوه عملکرد چند قطعه کنار هم ، که تشکیل دهنده یک بلوک از مدار هستند، آشنا باشید.

مهارت بالا در طراحی مدارات الکترونیکی :

تقریبا این مورد شامل هر دو مهارت قبل است.

به طور مثال ، در یک مدار نیاز دارید که بتوانید یک رله را قطع و وصل کنید.

در اینجا باید بدانید که چگونه و چطور با توجه به محیطی که دستگاه و PCB در آنجا میخواهد کار کند ، مداری برای تحریک رله طراحی کنید که عملکرد پایداری داشته باشد و به دیگر قطعات هم آسیبی نرسد.

مهارت برنامه نویسی و طراحی PCB :

با پیشرفت مدارات الکترونیکی کمتر دستگاهی میتوان یافت که از یک میکروکنترلر در آن استفاده نشده باشد ، و استفاده از میکروکنترلر ها ، نیازمند به مهارت در برنامه نویسی آنها است .

همچنین رفته رفته با پیشرفت مدارات الکترونیکی تعداد قطعات و پیچیدگی های آنها هم زیاد شده و استفاده از این قطعات در کنار هم بر روی PCB امکان پذیر است.

پس باید علاوه بر مهارت برنامه نویسی، مهارت طراحی PCB را هم داشته باشید تا بتوانید از یک مدار مهندسی معکوس کنید.

مهارت های عیب یابی مدارات الکترونیکی:

علم الکترونیک و مهندسی معکوس در این زمینه دارای پیچیدگی ها و مشکلات فراوانی است که همین پیچیدگی باعث بالا رفتن احتمال خطا در قسمت های مختلف طراحی و تولید میشود که شما به عنوان شخصی که میخواهد مهندسی معکوس از یک مدار را انجام دهد باید توانایی عیب یابی و رفع مشکلات را داشته باشید تا به محصول نهایی خود نزدیک و نزدیک تر شوید.

بالابودن نظم و دقت فراوان :

در تولید یک دستگاه و تجهیزات الکترونیکی به دلیل پیچیدگی بالا و نکات کلیدی خیلی زیاد ، باید با نظم و دقت بالا کار کرد ، تا در عیب یابی و رفع مشکل کمتر اذیت شوید.

صبر و حوصله :

در فرآیند تولید یک محصول با الهام گرفتن از محصول مرجع در اکثر مواقع در اولین نمونه تولید شده به نتیجه دلخواه نمیرسید و مشکلات و باگ ها خود را نشان میدهند.

باید صبر و حوصله زیادی در رشد و پرورش و اصلاح مشکلات محصول خود داشته باشید.

---

مراحل مهندسی معکوس

(مراحل ارائه شده در اینجا دقیق نیستند و شما بدون شک روش کار خود را پیدا خواهید کرد که در مورد هر مدار و محصول شاید متفاوت باشد)

1- بررسی علت و دلیل برای نیاز داشتن به مهندسی معکوس یک مدار الکترونیکی :

اولین مرحله در مهندسی معکوس این است که وقتی میخواهید یک مدار الکترونیکی را مهندسی معکوس کنید ، از خود بپرسید :

احتیاجی به این مدار هست یا خیر ؟

کسی به این مدار احتیاج دارد یا خیر ؟

میتوانم آن را به فروش برسانم یا خیر ؟

محصولی که من میسازم ، میتواند با دیگران رقابت کند یا خیر ؟

و از این دست سوالات که ارزش تولید یک محصول را با آن سنجش کنید.

2- برآورد هزینه های مهندسی معکوس از یک مدار الکترونیکی :

در گام بعدی که نیاز را بررسی کردید ، حال باید یک برآورد هزینه از محصول خود داشته باشید .

این هزینه ها شامل : قطعات ، PCB ، هزینه طراحی ، نمونه سازی اولیه ، هزینع دانش فنی ، وقت ، هزینه قاب و…

یکی از مهم ترین مراحل که نباید از آن چشم پوشی کرد ، مسئله هزینه است .

یک محصول باید از نظر قیمتی مقرون به صرفه باشد تا ارزش تولید داشته باشد.

3-تسلط کامل بر عملکرد های مختلف مدار و کاربرد های آن :

پس از اینکه به این نتیجه رسیدید که تولید یک محصول و مدار الکترونیکی هم بر اساس نیاز است و هم از نظر قیمت مناسب است.

دیگر کم کم باید وارد فاز عملیاتی ساخت محصول شد.

در این مرحله باید به خوبی محصول و مدار الکترونیکی را آنالیز کنید و به خوبی تمام عملکرد های آن را بشناسید .

به طور مثال : در یک مدار محافظ برق بدانید که تایمر چقدر تعیین شده و حداقل/ حداکثر ولتاژ عملکرد محافظ چقدر است و هر ورودی و خروجی چه وظیفه ای دارد و…

4-بلوک بندی مدارات مختلف به کار رفته در محصول مرجع و رسم دیاگرام کلی از مدارات محصول :

در مرحله بعدی از مهندسی معکوس یک مدار ، شما باید قسمت های مختلف مدار مرجع را شناسایی کنید و بلوک بندی کنید.

به طور مثال در یک مدار صد درصد یک بلوک تغذیه داریم و همچنین شاید بلوک های دیگری مثل : بلوک پردازنده ، حافظه ، تقویت کننده ، نمونه برداری ، بلوک GSM ، نمایشگر و…

این کار باعث میشود تا بدانید که مدار از چه قسمت هایی تشکیل شده و هدف و اساس کار مدار چیست .

همچنین در این مرحله از مهندسی معکوس باید بلوک ها را ساماندهی کنید و از آنها یک بلوک دیاگرام کامل بسازید .

این کار باعث میشود که شما عملکرد مدار را به خوبی درک کنید و بدانید که هر قسمت و هر بلوک چه وظیفه ای دارد .

همچنین در مراحل طراحی و حتی عیب یابی این بلوک بندی کمک شایانی میکند.

5-رسم شماتیک و طراحی مدارات مورد نیاز :

از این قسمت به بعد در مهندسی معکوس ، دیگر نیازمند به دانش فنی طراحی و خلاقیت است. چرا که شما هم باید هر بلوک را طراحی کنید.

مثلا بلوک تغذیه شما در یک مدار شاید به چندین نوع ولتاژ مختلف نیاز داشته باشید و در بلوک تغذیه مدار مرجع که میخواهید از آن مهندسی معکوس کنید از یک آی سی استفاده شده که در بازار کشور شما به راحتی پیدا نمیشود و شما مجبور میشوید که از دانش طراحی خودتان و همچنین خلاقیت خودتان با توجه به آی سی های موجود در بازار ، مداری طراحی کنید که با بلوک تغذیه مدار مرجع متفاوت باشد ، اما عملکرد یکسان دارد

تقریبا میتوان گفت یکی از مهم ترین مراحل در مهندسی معکوس همین مرحله می باشد ، زیرا تمام مدارات و بلوک های مختلف را طراحی کنید که عملکردی شبیه به مدارات محصول مرجع شما داشته باشند

( این کار نیازمند تخصص و بجربه زیاد در طراحی مدارات الکترونیکی است . اگر تخصصی در این زمینه ندارید میتوانید بقیه مراحل را به طراحان مدارات الکترونیکی بسپارید.)

6- رسم PCB مدار :

پس از اینکه شماتیک مدار مورد نظر را رسم کردید حال نوبت رسم PCB آن است.

در مدارات الکترونیکی برای اینکه قطعات با هم ارتباط داشته باشند باید پایه های آنها به هم متصل شود تا مدار را تشکیل دهند.

در این مرحله هم شما باید خلاقیت و دانش فنی طراحی PCB را داشته باشید ، چون در مهندسی معکوس نیازی نیست تا دقیقا محصولی که طراحی میکنید با محصول مرجع یکسان باشد، مگر اینکه محدودیت هایی مثل قاب و مکان داشته باشید که در آنجا میتوانید از طراحی PCB محصول مرجع الگو بگیرید.

7- نمونه سازی و تست اولیه :

پس از اینکه مراحل طراحی شماتیک و PCB تمام شد ، باید یک نمونه از محصول تولید کنید تا اگر مشکلی وجود داشت ، در همین تعداد پایین با هزینه کمتر و وقت کمتری رفع شود.

البته چون طراحی مدارات الکترونیکی و طراحی PCB کاری دشوار است و پر از پیچ و خم های فراوان ، در بعضی موارد در این مرحله به مشکلاتی بر میخوریم که نیازمند اصلاح و نمونه سازی مجدد است.

8- تولید انبوه :

پس از اینکه تست های اولیه از محصول گرفته شد و مطمئن شدید که دقیقا همان محصول مدنظر خود را تولید کرده اید ، حالا میتوانید شروع به تولید انبوه کنید . برای تولید انبوه نیازمند دستگاه ها و خط تولید و مونتاژ های گوناگونی هستید که برای این کار میتوانید از شرکت های تولید کننده کمک بگیرید.

همانطور که مطالعه کردید ، مهندسی معکوس مدارات الکترونیکی و PCB ها دارای مراحلی است که ممکن است با توجه به نیاز شما این مراحل کم و زیاد شوند.

حالا میخواهیم به موضوع کپی برداری از مدارات الکترونیکی و به خصوص PCB بپردازیم.

---

همانطور که در قبل اشاره شد ، کپی برداری یعنی اینکه شما از محصول مرجع خودتان یک نمونه بسازید که تا جای ممکن شبیه به محصول مرجع شما باشد.

مراحل کپی برداری :

بعضی از مراحل کپی برداری مثل همان مراحل مهندسی معکوس است که قبلا به آن اشاره شد.

1- بررسی علت و دلیل برای نیاز داشتن به کپی برداری یک مدار الکترونیکی : 

این مرحله در قسمت 1 از مراحل مهندسی معکوس توضیح داده شد ، و باید پاسخی برای آن سوالات داشته باشید.

2- برآورد هزینه های کپی برداری از یک مدار الکترونیکی :

این مرحله هم همانند مرحله دوم مهندسی معکوس است به خاطر اینکه نیازمند دانش فنی و مهارت کمتر است و زمان کمتری هم نیاز دارد و به تبع ، هزیه کمتری هم نسبت به مهندسی معکوس دارد.

3- تسلط کامل بر عملکرد های مختلف مدار و کاربرد های آن :

شما در فرآیند کی برداری هم باید عملکرد مدار خود را بشناسید، تا پس از نمونه سازی بتوانید به درستی از آن تست بگیرید.

4- بلوک بندی و رسم شماتیک :

در این مرحله باید قسمت های مختلف مدار و PCB خود را مشخص کنید و بر اساس اتصال پایه قطعات به یکدیگر شماتیک آن را رسم کنید .

این مرحله مثل مهندسی معکوس نیاز به دانش فنی بالایی در زمینه طراحی مدارات الکترونیکی ندارد و فقط شما میخواهید نحوه اتصالات محصول مرجع خود را استخراج کنید.

در این مرحله شما میتوانید از یک مولتی متر و هویه و قلع کش و… کمک بگیرید تا راحت تر اتصالات مدار را پیدا کنید.

5-رسم PCB مدار :

در فرآیند کپی برداری از PCB محصول مرجع خودتان باید تمام ترک ها ، نکان قطعات و مکان قرار گیری جای پیچ ها و… دقیقا همانند PCB باشد ، امام میتوان در مواردی هم استثنا قائل شد.

این مرحله به چندین روش انجام میشود که در ادامه به صورت مختصر روش های کپی برداری PCB توضیح داده شده است.

6- نمونه سازی :

مرحله بعدی،  نمونه سازی از محصول است . دقت کنید در فرآیند کپی برداری از افراد و شرکت هایی که این کار را برای شما انجام میدهند هیچ ضمانتی مبتنی بر عملکرد صحیح مدار به شما نمیدهند ، صرفا محصولی با حداکثر شباهت با محصول مرجع به شما ارائه میدهند.

دقت کنید اگر در مدار مرجع شما از قطعاتی استفاده شده که به سختی در بازار یافت میشوند ، حتما در جایگزینی قطعه دیگری به جای این قطعات با طراحان مدارات الکترونیکی مشورت کرده تا به مشکل در عملکرد مدار بر نخورید.

7- تولید انبوه:

پس از اینکه تست های اولیه از محصول گرفتید و مطمئن شدید که دقیقا همان محصول را تولید کرده اید . حالا میتوانید شروع به تولید انبوه کنید.

انواع روش های کپی برداری از PCB

در ادامه چندین روش برای کپی برداری از PCB را معرفی خواهیم کرد .

1- به کمک مولتی متر و به صورت دستی

در این روش شما با استفاده از یک مولتی متر میتوانید مسیر های هر پایه از قطعات را شناسایی کنید و شماتیک مدار را رسم کنید.

پس از اینکه مدار را کاملا بررسی کردید و تمام ترک ها را در شماتیک لحاظ کردید ، میتوانید PCB را بر اساس اتصالات شماتیک و PCB مرجع رسم کنید.

این روش مزایا و معایبی دارد از قبیل :

مزایا:

• کمترین آسیب به برد مرجع
• راحتی کپی کردن

معایب:

• امکان خطا در شناسایی ترک ها
• زمان بر بودن
• برای PCB های بیشتر از 2 لایه نمیتوان استفاده کرد.

2-روش تخریبی

این روش دارای ریسک بالایی بوده و برای برد های بالاتر از 2 لایه استفاده می شود .

چون در این روش محصول مرجع پس از کپی برداری غیر قابل استفاده می شود ، پس نیازمند دقت و توانایی زیادی است.

کپی برداری در این روش چند مرحله دارد :

مرحله اول: باید از مدار و قطعات و محل قرار گیری آنها عکاسی شود (دقت کنید عکس ها با کیفیت باشد و حداکثر جزئیات در آن ثبت شده باشد)

مرحله دوم: پس از اینکه محل قرار گیری قطعات در عکس ها مشخص شد ، تمام قطعات را دمونتاژ کنید .

مرحله سوم: وقتی که تمام قطعات را دمونتاژ کردید ، دوباره از روی اولین لایه PCB عکاسی کنید. (بهتر است از اسکنر استفاده کنید تا مقیاس عکاسی دقیقا با سایز برد و ترک ها مطابقت داشته باشد.)

مرحله چهارم: پساز اسکن کردن لایه اول عکس را به محیط نرم افزار های ادیت عکس برده و با تکنیک های ادیت عکس، ترک ها را نگه داشته و بقیه اجزا را حذف کنید.

مرحله پنجم: بعد از تهیه عکس مناسب لایه اول را برداشته یا تراش دهید. همانطور که می دانید، PCB های چند لایه ضخامت کمی دارند و برداشتن یک لایه از روی آنها نیازمند تجهیزات و دستگاه های دقیق و مخصوص این کار می باشد.

مرحله ششم: پس از اینکه لایه اول و سابستریت زیر آن را جدا کردید به لایه دوم می رسید. دقیقا همانند لایه اول، از این لایه هم اسکن بگیرید و عکس PNG بدون پس زمینه از ترک های موجود در این لایه ایجاد کنید. بقیه کار هم به همین منوال است، هر تعداد لایه که باشد به ترتیب این مراحل بر روی آن انجام می شود.

مثلا در یک PCB چهار لایه، دو عکس از لایه های خارجی و دو عکس از لایه های داخلی باید گرفته شود. در این عکس ها هر لایه را با یک رنگ مشخص کنید تا وقتی که عکس ها را روی هم قرار دادید، مسیر ترک های هر لایه مشخص باشد. اکنون هم عکس از محل قطعات موجود است و هم مسیر ترک های لایه های مختلف PCB .

از روی این مجموعه عکس شماتیک مدار را طراحی کرده و طبق مسیر های ترک های PCB مرجع ، PCB جدید را طراحی کنید.

این روش مزایا و معایبی دارد از قبیل :

مزایا :

• امکان شناسایی و استخراج مسیر ترک PCB های بیشتر از 2 لایه

معایب :

• تخریب PCB مرجع
• زمان بر بودن
• نیازمند به تجهیزات دقیق و خاص
• نیازمند دقت بالا

3- روش عکس برداری X-Ray

این روش هم تقریبا مثل روش قبلی میباشد با این تفاوت که دیگر نیازی به تخریب PCB نیست و صرفا دمونتاژ قطعات هم کفایت میکند.

همانطور که میدانید ضریب گذر اشعه X از اجسام مختلف متفاوت است ، پس از این ویژگی میتوان همانند عکس های پزشکی استفاده کرد و مدارات و ترک کشی های یک PCB را شناسایی کرد . بدون آسیب رساندن به آن.

در تصاویر زیر چند نمونه عکس از تصویر برداری X-Ray از PCB ها را مشاهده میکنید.

پس از عکس برداری طبق همان روش قبلی باید شماتیک را رسم کرده و سپس PCB را رسم کنید. دقت کنید عکس برداری X-Ray از PCB ها صرفا برای کپی کردن و شناسایی ترک ها نیست.

از این روش برای تشخیص خرابی PCB ها و قطعی ترک ها در فرآیند تولید PCB هم استفاده می کنند.

این روش مزایا و معایبی دارد از قبیل :

مزایا:

• سرعت بالا
• دقت بالا
• نداشتن نیاز به تخریب PCB مرجع
• راحتی تصویر برداری

معایب :

• هزینه اولیه دستگاه عکس برداری X-Ray
• عوارض کار برای اپراتور دستگاه عکس برداری (احساس گرما، سبکی سر ، حالت تهوع ، خارش ، کهیر ، سرطان مغز استخوان و…)

نتیجه گیری

همانطور که در این مقاله مطالعه کردید، مسئله مهندسی معکوس با کپی برداری، کاملا متفاوت هستند. مهندسی معکوس نیازمند دانش و مهارت بالایی می باشد، کپی برداری هم به همین شکل نیازمند مهارت و تجربه است، اما نسبت به مهندسی معکوس مهارت کمتری احتیاج دارد. همچنین روش های مختلفی برای کپی برداری وجود دارد که می توانید از آنها برای تولید محصول کمک بگیرید. شرکت مرصا می تواند در زمینه مهندسی معکوس، کپی برداری، تولید فیبر مدار چاپی، طراحی، مونتاژ و تامین قطعات به شما عزیزان خدماتی را ارائه بدهد.