PCB یا برد مدار چاپی (Printed Circuit Board)، یک عنصر اساسی در صنعت الکترونیک است که به بردی گفته می‌شود که بر روی آن اجزای الکتریکی نصب می‌شوند و اتصالات الکتریکی بین این اجزا به وسیلهٔ تراشه‌های فلزی روی برد برقرار می‌شود. PCBها به صورت یک لایه یا چند لایه ساخته می‌شوند و از مواد مختلفی نظیر فیبرگلاس، رزین‌های حرارتی، مس و… تشکیل شده‌اند. این بدنه‌های الکتریکی علاوه بر اتصالات الکتریکی، جریان دقیق الکتریکی را هم می‌رسانند و اجزای الکتریکی مختلف را در یک مکان مشخص می‌نهند. PCBها از طراحی ساده تا پیچیده، از دسته مصرفی تا صنعتی و از دستی تا رباتیک مورد استفاده قرار می‌گیرند و نقش بسیار حیاتی در عملکرد دستگاه‌های الکترونیکی ایفا می‌کنند.

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 نمی‌توانیم مدارهای بزرگی را بسازیم.

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 نیاز به هر شکلی طراحی کرد. این نوع برد در دستگاه های الکترونیکی زیادی مانند: کیبورد ، تلویزیون ، ریموت کنترول ، 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 صوتی تصویری ، روشنایی و… کاربرد دارد.

انواع PCB

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

PCB تک لایه
PCB دو لایه
PCB چند لایه
PCB انعطاف پذیر
PCB پشتی آلومینیومی
Flex-rigid PCB ( منعطف – سخت )

1- PCB تک لایه:

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 اکسیده شدن و روی آن یک یک لایه silkscreen ( چاپ راهنما ) برای مشخص کردن جزئیات قطعات روی PCB بکار 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. اینPCB ها دراز این PCB ها در تولیدات کم هزینه و در تعداد خیلی بالا مانند ماشین حساب ها ، رادیو ، چاپگرها و درایو حالت جامد و… استفاده می شوند.

2- 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.

3- 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 و انواع سرورها کاربرد دارد.

4- 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.

5- 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 می‌کند.

6- 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.

انواع PCB ها با توجه به نحوه مونتاژ قطعات آن

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

1- PCB با مونتاژ قطعات DIP

2- PCB با مونتاژ قطعات SMD

1- 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.

2- 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 و نیازی به ایجاد سوراخ در برد نیست.

اجزای مختلف PCB

PCB از اجزای مختلفی تشکیل شده که هر یک از قسمت‌ها برای کاری حیاتی ایجاد شده‌اند. که با آنها آشنا می‌شویم.

پد:

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

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 می‌شوند. این دو لایه بالا و پایین در PCB، می‌تواند با رنگ سبز یا سایر رنگ ها پوشیده شود که به عنوان سولدرماسک شناخته می‌شود.

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 تشکیل دهنده‌ی 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.

1- RF4:

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.

2- 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.

3- 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.

4- 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.

5- پلی آمید یا Polyimide:

این ماده در PCB انعطاف پذیر استفاده می شود. حاوی کپتون ، راجرز ، دوپونت است. دارای خواص الکتریکی خوب ، صیقلی ، دامنه وسیع دما و مقاومت شیمیایی بالا می باشد. دمای کار این ماده 200 درجه تا 300 درجه است.

در این مقاله به مفهوم PCB، انواع مختلف آن، نحوه مونتاژ قطعات، اجزا و مواد تشکیل دهنده PCB پرداخته شد. از طراحی تا تولید، PCB‌ها نقش بسیار مهمی در صنعت الکترونیک دارند و با توجه به پیشرفت تکنولوژی، نیاز شناخت دقیق‌تر این سیستم‌ها افزایش یافته است. شرکت تسکو که کیفیت و دوام محصولاتش همیشه اولویت اصلی‌اش بوده است ؛ در محصولات خود مانند اسپیکر ، کیبورد ، ریموت کنترول و… از بادوام‌ترین و با کیفیت‌ترین PCBها استفاده می‌کند تا محصولی با کیفیت را به دست مصرف کننده برساند.

امیدواریم با مطالعه این مقاله، درک بهتری از اهمیت و کاربردهای PCB‌ها پیدا کرده باشید.

همه چیز درباره‌ی PCB