PCB چیست؟

برد مدار چاپی یا PCB (Printed Circuit Board) بردی شامل چند لایه رسانا و عایق است که اتصالات مدار را در لایه رسانا فراهم می کند. PCB در سال 1940 توسط پاول ایسلر اختراع شد و با توجه تاثیر فراوانی که در وسایل الکترونیکی دارد تبدیل به جزئی جدانشدنی شده است. تمام قطعات الکترونیکی مانند مقاومت، خازن و دیود بر روی برد pcb قرار میگیرند و در رنگهای سبز، آبی و نارنجی عرضه می شود.

PCBA و PCB مخفف چیست؟

PCB مخفف Printed Circuit Board یا برد مدار چاپی است. گاهی از واژه PWB (Printed Wiring Board) به جای PCB نیز استفاده می شود و اشاره به برد های یک رو ساده دارد ولی PCBA مخفف Printed Circuit Board Assembly به معنای برد مدار چاپی مونتاژ شده است.

در واقع PCB به برد چاپ شده و مونتاژ نشده اشاره دارد. در حالی که PCBA به معنای بردی است که مونتاژ نیز شده است و آماده استفاده می باشد.

شرکت های محدودی در ایران قادر به ارائه خدمات PCBA هستند زیرا شامل چاپ PCB، تامین قطعات، مونتاژ قطعات و حتی تست نهایی می باشد.

چرا از برد های مدار چاپی پی سی بی استفاده می کنیم؟

• حجم کمتر به نسبت روش قدیمی سیم کشی
• انتقال حرارتی بالا قطعات (خصوصا در برد های آلومینیومی)
• تنوع قیمت و کیفیت بالا
• تنوع در تعداد لایه ها وابسته به پیچیدگی مدار
• نگهدارنده قطعات (خصوصا قطعات TH) در برابر جا به جایی و ضربه
• امکان تست الکتریکال
• سهولت در عیب یابی مدار

مروری بر صنعت الکترونیک قبل و بعد اختراع PCB

تا قبل از اختراع برد مدار چاپی توسط پاول ایسلر (Paul Eisler) اتریشی، قطعات الکترونیکی بر روی تخته هایی چوبی قرار گرفته و از طریق سیم به هم متصل می شدند. این تصویر را ببینید:

این شیوه اتصال ایرادتی همچون حجم بالا، احتمال قطعی سیم ها یا اتصال کوتاه و … داشت. به علت پیچیدگی اتصالات، عیب یابی و تعمیرات این گونه از برد ها سخت بود و مناسب شرایط آب و هوایی مرطوب نبودند.

در این تصویر برد یک تلویزیون قدیمی را مشاهده می کنید که قطعات آن از طریق سیم به هم متصل شده اند:

برد مدار چاپی در سال 1940 اختراع شد و اولین کاربر صنعتی PCB، ارتش ایالات متحده امریکا بود.

با گذشت زمان برد های مدار چاپی به اولین انتخاب محصولات الکترونیک تبدیل شد و امروزه در اکثر محصولات با تکنولوژی و پیچیدگی مختلف استفاده می شود.

مراحل و دستگاه های تولید برد مدار چاپی PCB چیست؟

برای تولید و چاپ برد PCB بیش از 20 مرحله توسط 12 دستگاه مختلف طی می شود. دستگاه های اصلی تولید PCB به ترتیب به شرح ذیل است:

• دستگاه گیوتین: این دستگاه ورق های خام PCB که 1 متری هستند به ابعاد کوچک تر (شیت) برش می دهد.
• دستگاه CNC سوراخکاری: دستگاه سی ان سی PCB سوراخ هایی که در برد باید آبکاری شوند در برد ایجاد می کند.
• دستگاه آبکاری برد متالیزه: برای برد های دورو متالیزه این فرآیند طی می شود تا با روش الکترولس و الکتریکی آبکاری برد انجام شود.
• دستگاه شست و شو و برس: دستگاه Brush برای اکسید زدایی و هموار کردن سطح برد جهت چاپ با کیفیت PCB استفاده می شود.
• دستگاه چاپ سیلک: به کمک این دستگاه ، رنگ های حساس به نور UV بر روی سطح برد چاپ می شود
• میز نور دهی: میز نور ، با تاباندن نور UV از طریق فیلم فوتوپلات ، نور را به صورت موضعی به سطح برد منتقل می کند.
• دستگاه ظهور: این دستگاه با استفاده از کربنات سدیم رنگ مازاد برد را شست و شو داده و ظهور لایه های مختلف را انجام می دهد.
• دستگاه اسید شویی: حل کردن مس اضافی و چاپ لایه مس در برد به عهده دستگاه اسید شویی است.
• کوره حرارتی: کوره حرارتی تا دمای 150 درجه جهت پخت کامل رنگ در مراحل مختلف استفاده می شود
• کوره نوردهی UV: جهت تثبیت رنگ و افزایش استقامت مکانیکی از کوره UV در تولید برد استفاده می کنیم.
• دستگاه هات ایر: این دستگاه برای قلع اندود کردن سطح مسی برد استفاده می شود.
• دستگاه برش ویکات: جهت ایجاد خطوط برش ویکات در شیت هایی که نیاز به مونتاژ اتومات دارند استفاده می شود.

انواع جنس برد مدار چاپی pcb کدامند؟

جنس PCB، همان جنس لایه عایق است و انواع مختلفی دارد. فیبر مدار چاپی از ترکیب نوعی پلیمر و رزین ساخته می شوند.

پلیمر، درشت مولکولی است که از تعداد زیادی مولکول تحت فرایند پلیمراسیون تشکیل شده است و رزین ماده ای چسبنده با منشاء گیاهی یا مصنوعی که در ترکیب با پلیمر ها استفاده می شود.

۱- جنس برد استخوانی (FR-1)

در این برد ها از پلیمر کاغذ و فنولیک رزین ساخته می شوند. ارزان ترین گزینه موجود در بازار هستند، به نسبت شکننده و به علت استفاده از کاغذ در ساختار آن ها، ایمنی بالایی در برابر آتش ندارند.

۲- جنس برد فایبر گلاس (FR-4)

در این برد ها از پلیمر فایبرگلاس و اپوکسی رزین ساخته می شوند. بیشترین کاربرد را در صنعت چاپ PCB دارند و برای اکثر شرایط دمایی و رطوبتی مناسب هستند.

۳- جنس برد نیم فایبر (CEM-1)

لایه مرکزی آن از جنس پلیمر کاغذ ساخته شده که بین دو لایه فایبرگلاس قرار دارد و از اپوکسی رزین در ساختار آن استفاده شده است.

مقاومت خمشی کمتری به نسبت FR-1 دارد. ارزان تر از برد های فایبرگلاس است و انتخاب مناسبی برای برد های یک رو به شمار میاد.

۴- جنس برد آلومینیومی (Al)

از آلومینیوم با هدف انتقال حرارتی بهتر استفاده می شود و مهمترین کاربرد آن در صنعت روشنایی است.

طراحی PCB چگونه انجام میشود؟

طراحی PCB یکی از مراحل تبدیل ایده به محصول الکترونیکی است و جزء توانمندی های مهندسین الکترونیک به شمار می آید.

پس از تکمیل شماتیک مدار، طراح PCB  با استفاده از نرم افزار های EDA مانند آلتیوم دیزاینر، EasyEDA و … طرح PCB را آماده می کند. این طرح شامل ابعاد برد، شکل برد، اتصالات لایه های بیرونی و درونی PCB، راهنما مونتاژ، نواحی چاپ محافظ و … است. فایل PCB طراحی شده با فرمت های مورد پذیرش، به شرکت های چاپ و مونتاژ PCB ارائه و برد نهایی تحویل گرفته می شود.

در طراحی برد مدار چاپی باید به اصول مهندسی الکترونیک در زمینه طراحی پی سی بی (مانند نویز پذیری، انتقال حرارتی و …) و توانمندی های شرکت چاپ PCB توجه کرد تا محصول نهایی قابل قبول باشد.

انواع نرم افزار های طراحی PCB

بی شک شاخص ترین نرم افزار طراحی PCB در ایران، آلتیوم دیزانیر (Altium Designer) است. فرمت خروجی آلتیوم، مورد پذیرش اغلب شرکت های چاپ برد مدار چاپی می باشد و مجموعه کاملی از امکانات را در اختیار کاربران قرار می دهد.

 

با این حال نرم افزار های Proteus ، KiCad، CircuitMaker، Multisim ، EAGLE و EasyEDA طرفداران خود را دارند و آشنایی با آن ها خالی از لطف نیست.

انواع استاندارد در برد مدار چاپی PCB کدامند؟

سازمان IPC (Institute for Printed Circuits یا Association Connecting Electronics Industries) ارائه دهنده بیش از 600 استاندارد در صنعت الکترونیک است. در ادامه به مهمترین آن ها در زمینه طراحی و تولید PCB اشاره می کنیم:

• IPC-2221: معروف ترین استاندارد طراحی PCB شامل چیدمان عناصر، انتقال حرارت و …، برای انواع برد مدار چاپی منعطف (flexible) و سخت (rigid) است.
• IPC-2222: استاندارد های مربوط به Rigid PCB، مانند خواص فیزیکی و اندازه سوراخ ها است.
• IPC-4101: استاندارد های مربوط به تولیدکننده برد خام است.
• IPC-2581: برای استانداردساز ارتباط و انتقال اطلاعات بین طراح PCB و شرکت چاپ-مونتاژ PCB ارائه شده است.
• IPC-6011: در تست و ارزیابی برد های مدارچاپی کاربرد دارد.
• IPC-600: شامل استاندارد های لازم در چاپ و تولید برد های مدار چاپی است.

جمع بندی نهایی تعریف پی سی بی

اختراع برد مدار چاپی، محصولات الکترونیک را متحول کرد و امروزه PCB کاربرد فراوانی در صنعت الکترونیک دارد. شرکت های چاپ برد مدار چاپی، فایل PCB طراحی شده با نرم افزار های EDA را دریافت و با رعایت استاندارد های IPC برد نهایی را تحویل مشتری می دهند. این برد مدار چاپی می تواند جنس های گوناگون (فایبر، استخوانی و …) و تعداد لایه های مختلف داشته باشد.

سوالات متداول درباره تعریف pcb

PCB مخفف چیست؟

PCB مخفف Printed Circuit Board یا برد مدار چاپی است.

مهمترین دلایل استفاده از pcb کدامند؟

از مهمترین دلایل استفاده از pcb می توان به حجم کم، نگهدارنده قطعات، سهولت در عیب یابی مدار و تنوع قیمت و کیفیت بالای آن اشاره کرد.