مبانی برد مدار چاپی؛ اصول طراحی و ساخت آن ها

برد مدار چاپی یا PCB ها از انواع پرکاربرد بردهای الکترونیکی به شمار می روند. بردهای مدار چاپی از دوران جنگ جهانی دوم و در بخش نظامی کاربرد داشتند. با گذشت زمان به دلیل افزایش تقاضا، انواع مختلف و پیچیده تری از PCB ها طراحی و تولید شد. در این مقاله سعی کرده ایم مبانی بردهای مدار چاپی را به تفصیل توضیح دهیم و روش های طراحی آن را نیز بررسی کنیم. در صورت علاقمندی به این مباحث و تمایل به ورود به بازارکار تعمیر برد الکترونیکی می توانید در دوره آموزش تعمیرات بردهای الکترونیکی آموزشگاه فنی برق ثبت نام و شرکت نمایید. تمامی دوره ها به صورت تئوری و عملی برگزار شده و شما عزیزان می توانید پس از اتمام کلاس های آموزشی مشغول به کار شوید.

برد مدار چاپی چیست؟

برد مدار چاپی ساختاری سخت دارد که مدارهای الکتریکی زیادی از سیم هایی به نام Trace روی آن قرار گرفته اند. قطعات الکتریکی به دو لایه پدهای فلزی لحیم می شوند و همچنین پدها نیز به مدار برد اتصال می یابند. بردهای الکتریکی می توانند از یک یا چند لایه مدار ساخته شده باشند. تخته های مدار با یک ماده هسته دی الکتریک با خواص رسانای ضعیف الکتریکی پوشیده شده اند.

صفحات مدار الکتریکی معمولاً از مس ساخته می شوند. ماده دی الکتریکی که به صورت معمول مورد استفاده قرار می گیرد، از پارچه فایبرگلاس و رزین اپوکسی به نام RF-4 ساخته شده است که یک کامپوزیت مقاوم در برابر شعله به شمار می رود.

کاربرد بردهای مدار چاپی

بردهای مدار چاپی در انواع ساده و پیشرفته ساخته شده اند. بردهای ساده مدار چاپی را می توان در دستگاه های مختلف مانند اسباب بازی ها و کنترلرها استفاده کرد. برد مدار چاپی پیشرفته در کارهای مهم تر و حساس تری مانند تابلوهای صنعتی، مخابرات و کامپیوتر کاربرد دارند. همچنین بردهای تخصصی تری برای هوانوردی، تجهیزات نظامی و عملیات فضایی کاربرد دارند.

با وجود تفاوت هایی که در کاربردهای این مدارها وجود دارد، اما فرآیند طراحی آن ها مشترک است که در ادامه متن به آن می پردازیم.

حتما بخوانید: برد کولر گازی خراب را تعمیر کنیم یا تعویض؟

روش طراحی برد مدار چاپی

برای ساخت Printed Circuit Board باید ابتدا آن ها را به طور دقیق با ابزارهای CAD طراحی کرد.

طراحی بردهای مدار چاپی به دو دسته اصلی تقسیم می شود:

1. تصویربرداری های شماتیک به منظور ایجاد اتصال مدار در یک نمودار خاص.

2. طراحی برد مدار فیزیکی.

طراحی PCB در مرحله تصویربرداری شماتیک با کمک مدل شبیه سازی، نمادهای شماتیک و همچنین مدل های مرحله ای برای نشان دادن PCB سه بعدی انجام می شود.

با استفاده از ابزارهای CAD مانند KiCad نمادها را روی صفحه شماتیک قرار می دهند و اتصالات آن ها را برای تشکیل مدار برقرار می سازند. در صورتی که کارکرد الکتریکی شبیه سازی مدار تأیید شود، داده ها به ابزارهای طرح بندی ارسال خواهند شد.

چیدمان طراحی PCB که مهم ترین بخش طراحی برد مدار چاپی به شمار می رود. برای چیدمان PCB با قرار دادن اجزا در مکان های صحیح خود، بهینه سازی انجام خواهد شد و شبکه ها به پین ها متصل می شوند. با استفاده از ابزارهای CAD از تماس یک شبکه به شبکه دیگر جلوگیری می شود.

پس از اتمام مسیریابی نیز، ابزارهای طراحی برای دریافت فایل های خروجی ساخت برد استفاده می شوند.

حتما بخوانید: بررسی جامع شغل تعمیرات بردهای الکترونیکی + درآمد، بازارکار و سرمایه لازم

مرحله به مرحله روش ساخت برد مدار چاپی

ساختن PCB به روش های مختلفی انجام می شود. برای انجام برخی از روش های ساخت PCB باید تجهیرات مختلفی را در اختیار داشت؛ اما چند روش نیز برای افراد غیر حرفه ای نیز قابل انجام هستند. در این مطلب به طور کامل روش های ساخت برد مدار چاپی را شرح می دهیم:

ساخت برد مدار چاپی با لمینت و ترنسپرنت

استفاده از این روش علاوه بر طراحی مدار مورد نیاز، به طرح منفی آن نیز احتیاج دارد. لمینت و یا ترنسپرنت روی فیبر مسی صیقل داده شده، کشیده می شود. کشیدن لمینت روی فیبر باید با دقت زیاانجام شود تا از تشکیل حباب زیر لمینت جلوگیری شود.

در مرحله بعد با استفاده از حرارت ملایم اتو و یا فشار مناسب با یک شیء مسطح، لمینت به فیبر مسی می چسبد. سپس قسمت های اضافه لمینت باید از فیبر جدا شوند.

در ادامه طرح را در دستگاه UV قرار می دهند. فیبر و لمینت را روی آن قرار داده و چند دقیقه بعد، از داخل دستگاه خارج می کنند.

در ادامه لمینت را از فیبر جدا کرده و فیبر در محلول آب و جوش شیرین قرار می دهند. پس از مدت کوتاهی فیبر را از محلول خارج می کنند و با آب شستشو داده می شود.

آخرین مرحله در این روش قرار دادن فیبر در داخل محلول اسیدی است که برای از بین رفتن قطعات اضافه مس انجام می شود.

حتما بخوانید: تقسیم مدارها روی برد به صورت بلوک های جداگانه چگونه است؟

ساخت بردهای مدار چاپی با اسپری Positive 20 و ترنسپرنت

در این روش ابتدا با کمک سنباده نرم سطح روی فیبر مسی صیقلی می شود. سپس Positive 20 با فاصله 30 سانتیمتری و به صورت زاویه دار روی فیبر اسپری خواهد شد تا سطح آن پوشانده شود.

مدت زمانی برای خشک شدن اسپری سطح فیبر نیاز است که می توان با کمک دستگاه زمان آن را کمتر کرد. در مرحله بعد با استفاده از پرینتر لیزری و ترنسپرنت، طرح مورد نظر را روی فیبر چاپ خواهند کرد.

در یک ظرف، طرح مدار روی یک شیشه قرار داده می شود. سپس فیبر مسی را روی آن می گذارند. با قرار دادن یک یک جسم نسبتاً سنگین روی، طرح روی شیشه فشار داده می شود.

با روشن کردن چند لامپ معمولی و مهتابی در ظرف و تابیده شدن نور روی طرح، پس از مدتی فیبر را در حد 1 سانتیمتر وارد محلول سود کرد. 1 دقیقه پس از آن فیبر را از داخل محلول خارج کرده و سپس وارد اسید می کنند. پس از خارج کردن آن از اسید، برد مدار چاپی آماده است.

حتما بخوانید: آشنایی با لمینت های برد مدار چاپی

تولید PCB ها با دستگاه CNC

تولید انبوه بردهای مدار چاپی با استفاده از دستگاه CNC و بدون  اسید و لمینت امکانپذیر است. با دستگاه CNC در مدت زمان کوتاهی طرح مدار روی فیبر حکاکی می شود.

روش ساخت برد مدار چاپی با ماژیک ضد اسید

افراد غیر حرفه ای از این روش برای ساخت برد مدار چاپی استفاده می کنند. در این روش با استفاده از سنباده، فیبر مسی تمیز صیقل داده می شود. سپس یک ماژیک ضد اسید مخصوص را با دقت، ظرافت و حساسیت روی فیبر می کشند. پس از تکمیل خطوط باید فیبر را وارد اسید کرد تا قسمت های اضافه مسی از روی سطح از بین بروند.

پس از خروج قطعه فیبر از اسید، برد مدار چاپی آماده استفاده می باشد.

حتما بخوانید: آموزش تعمیرات برد موبایل

ساخت برد مدار چاپی با لتراست

در این روش نیز باید سطح فیبر مسی را با یک سنباده نرم صیقلی کرد. سپس لتراست را روی فیبر قرار داده و با یک شیء ظریف روی خطوط مد نظر فشار وارد شود. پس از آن خطوط مورد نیاز روی فیبر چاپ خواهند شد. پس از آن باید فیبر را وارد اسید کرده تا قطعات اضافه از بین بروند.

• نکته مهمی که در روش های مختلف ساخت برد مدار چاپی با استفاده از اسید باید مدنظر قرار داد این است که از تماس هر شی دیگری با فیبر مسی جلوگیری شود. در صورت برقراری تماس با فیبر مسی در مراحل بعدی و فرو بردن فیبر در اسید، مشکل ایجاد خواهد شد.

جمع بندی

از آن جایی که بردهای الکتریکی در تمام دستگاه ها و وسایل الکتریکی کاربرد دارند، در این مقاله به تعریف برد مدار چاپی پرداختیم و سپس در مورد روش طراحی و ساخت و تولید آن توضیحات مفصلی را ارائه دادیم. در صورت علاقمندی به طراحی برد مدار چاپی باید با استفاده از برخی ابزارهای مهم و کاربردی نسبت به این کار اقدام نمایید.