بهترین و ساده ترین روش ساخت برد الکترونیکی

زمانی که برد مدار را طراحی کردید و آماده شدید. این بدان معناست که شما شبیه سازی کامپیوتری را انجام داده اید و برد مدار به درستی کار می کند. فقط یک کار باقی مانده است! حالا باید یک برد الکترونیک بسازید تا در عمل ببینید که این برد الکترونیکی کار می کند! در این مقاله آموزنده می خواهیم یکی از روش های ساده ساخت برد الکترونیکی را از ابتدا به شما آموزش دهیم.

آموزشگاه فنی برق دوره آموزش تعمیرات بردهای الکترونیکی را به صورت تضمینی و با ارائه مدرک معتبر در کارگاه های مجهز برگزار می کند. در صورت تمایل به یادگیری تعمیرات بردهای الکترونیکی در آموزشگاه تعمیر بردهای الکتریکی ثبت نام کنید.

آشنایی با مدار الکترونیکی

مدار یک مسیر بسته است که از طریق آن الکترون ها برای تامین برق و وسایل الکترونیکی خانه شما جریان می یابد. یک مدار الکتریکی بسیار ساده از یک منبع تغذیه (باتری)، یک سیم و یک مقاومت (لامپ) تشکیل شده است. در این مدار، الکترون ها از طریق باتری، سیم ها و لامپ جریان می یابند. هنگامی که لامپ به اندازه کافی الکترون دریافت می کند، روشن می شود. هنگامی که مدار به درستی ساخته شد، می توان لامپ را در چند مرحله ساده روشن کرد.
یک برد الکترونیکی برای پشتیبانی مکانیکی و اتصال الکتریکی قطعات الکترونیکی، با استفاده از مسیرهای رسانا، یا علائم سیگنال از فویل‌های مسی چند لایه روی یک برد غیر رسانا استفاده می‌شود. قطعات توسط مواد رسانا در زیر این تخته غیر رسانا به هم متصل می شوند. یک ماده رسانای رایج مورد استفاده در PCB ها معمولا مس است، زیرا مس ارزان و رایج است و رسانایی قابل قبولی دارد.
شاید تعجب کنید که چرا ما از تابلوهای از پیش ساخته شده برای پروژه های خود استفاده نمی کنیم و وقت خود را برای جستجوی تابلوهایی که متناسب با کارمان هستند صرف نمی کنیم. دلایل متعددی برای این امر وجود دارد. اول، به این دلیل که تخته فشرده تر می شود، زیرا طراحی معمولاً فشرده است. دوم، استفاده از آن آسان‌تر است، زیرا می‌توانید تصمیم بگیرید که کدام قطعات را روی تخته خود قرار دهید. و در نهایت بر خلاف تخته های از پیش ساخته شده که پر از سوراخ هستند، برد محکم‌تر می شود و در حین کار با مشکلات کمتری مواجه خواهید شد.

اگر در حال توسعه محصولات تجاری هستید، ایده خوبی است که از مراکز تولید برد الکترونیکی استفاده کنید. عموماً این مراکز به دلیل حجم بالای تولید، هزینه های ساخت را برای تولیدکنندگانی که از بردهای الکترونیکی در محصولات خود استفاده می کنند، کاهش می دهند. اما اگر فقط یک برد الکترونیکی برای نمونه سازی می خواهید، می توانید آن را خودتان در خانه بسازید. توجه داشته باشید که هزینه ساخت PCB به نوع آن نیز بستگی دارد. امروزه بسیاری از شرکت های تولید کننده PCB بردهای ارزان قیمت اما باکیفیت را برای نمونه سازی و عرضه به مشتریان تولید می کنند.
اگر طراحی شما ساده است (معمولا یک برد مدار تک لایه) ساخت یک برد مدار در خانه ایده خوبی است. اگر مدار یا طرح کوچکی دارید که می‌خواهید روی برد مدار آزمایش کنید، احتمالاً می‌توانید آن را خودتان در خانه بسازید. دلایل مختلفی برای استفاده از برد مدار چاپی وجود دارد. اگر می خواهید طراحی خود را جذاب تر کنید، بردهای مدار چاپی بهترین گزینه هستند. با PCB می توانیم از مشکلات رایج مانند نویز، اتصال کوتاه و غیره جلوگیری کنیم. همچنین اگر بخواهیم طرح خود را بفروشیم، باید از PCB مناسب استفاده کنیم.
در این راهنما تمام مراحل لازم در مورد نحوه ساخت یک برد الکترونیکی ساده با استفاده از قطعات و ابزار ساده را توضیح خواهیم داد. ابتدا نحوه ادغام طراحی مدار را در نظر خواهیم گرفت. مراحل طراحی PCB با استفاده از نرم افزار EAGLE انجام می شود، اما شما می توانید PCB را با هر نرم افزاری که مناسب شماست طراحی کنید.
بسیاری از افراد، به خصوص مبتدیان، طراحی برد مدار را کار دشواری می دانند زیرا آن را خسته کننده می دانند و به دانش زیادی در طراحی برد مدار نیاز دارند. باید گفت که ساخت برد الکترونیکی کار آسانی است و فقط به تمرین و تلاش نیاز دارد.

مراحل ساخت یک برد الکترونیکی ساده

در این مقاله راهنمای گام به گام طراحی PCB با استفاده از نرم افزار و ساخت آن در خانه را ارائه می دهیم. برای ساخت برد الکترونیکی، باید این سه مرحله را دنبال کنید:
طرح شماتیک پلان.
طراحی شماتیک برای برد مدار چاپی (PCB).
یک تابلو بسازید (راه های زیادی برای انجام این کار وجود دارد)
دو مورد اول، طراحی شماتیک و پیکربندی مدار، با استفاده از نرم افزار طراحی انجام می شود. نرم افزارهای زیادی برای طراحی ساده میز الکترونیکی وجود دارد که از معروف ترین آنها می توان به Altium Designer، Cadence OrCAD، Mentor Graphics PADS، Autodesk Eagle، KiCad اشاره کرد.
در این مقاله، ما از Autodesk Eagle CAD استفاده خواهیم کرد. Eagle Free, Eagle این در سه نوع Eagle Standard و Eagle Premium موجود است.
Eagle Free همانطور که از نامش پیداست یک نرم افزار طراحی برد مدار رایگان است که می توانید برای شماتیک و طراحی از آن استفاده کنید. برای استفاده از دو نسخه نرم افزار دیگر باید اشتراک داشته باشید. هر دوی این نسخه ها دارای ویژگی های اضافی مانند مدارهای بیشتر، لایه های سیگنال بیشتر و امکان تخته های بزرگتر هستند.

ساخت برد الکترونیکی

پس از دانلود و نصب Eagle CAD، نرم افزار Eagle را باز کنید. سپس به کنترل پنل دسترسی خواهید داشت.

روی گزینه File کلیک کنید و سپس گزینه New Project را انتخاب کنید. نام پروژه را به چیزی مناسب تغییر دهید (مثلاً در اینجا از Fire Alarm Project به عنوان نام پروژه استفاده کردیم زیرا برد مربوط به اعلام حریق است). روی پروژه کلیک راست کرده و یک طرح جدید ایجاد کنید.

طراحی شماتیک برد مدار چاپی

پس از انجام وظایف مرحله قبل، یک پنجره شماتیک جدید با یک فضای کاری خالی به نام Schematic Editor باز می شود که می توانید شماتیک های طراحی خود را در آن ترسیم کنید. یک فایل شماتیک با پسوند sch ذخیره کنید.
پس از آن، باید فیلدهایی را که در طرح خود استفاده خواهید کرد، به طرح اضافه کنید. اما، قبل از آن، باید اندازه شبکه طرح را تنظیم کنید. گزینه Grid را انتخاب کرده و اندازه را روی 1mm قرار دهید. همچنین یک شبکه دیگر برای مقدار کوچکتر تنظیم کنید. با انتخاب گزینه نمایش سفارشی می توانید یک شبکه ایجاد کنید. با این حال، توجه داشته باشید که تنظیمات Grid اختیاری است و مقادیری را که ترجیح می دهید تنظیم کنید.

حالا باید قسمت های مختلفی را به چیدمان اضافه کنید. جهت این کار Add را انتخاب کنید. از نوار کناری یک پنجره جدید با لیستی از تمام قسمت های کتابخانه باز می شود.
قسمت اول op-amp است که یک DIP 8 پین است. بنابراین، به جای اضافه کردن یک آی سی مستقیم، یک سوکت DIP هشت پین اضافه کنید. بنابراین، به کتابخانه بسته آی سی بروید و جزء DIL8 را انتخاب کنید. یا اگر نام قطعه را می دانید، می توانید از گزینه جستجوی استفاده کنید.

پس از انتخاب قطعه (در این مورد یک سوکت DIP هشت پین)، روی OK کلیک کنید و سپس قطعه را در صفحه شماتیک قرار دهید. برای قرار دادن قطعه یک بار روی صفحه کلیک کنید و اگر می خواهید آن را بچرخانید کلیک راست کنید. پس از قرار دادن قطعه روی شماتیک، کلید Esc را روی صفحه کلید فشار دهید تا به پنجره انتخاب قطعه برگردید.

به همبن صورت، هر قسمت دیگری را که برای تکمیل مدار لازم است اضافه کنید. مثال ما شامل اجزای زیر است: یک پتانسیومتر مربع، یک مقاومت 1/4 وات، یک زنگ کوچک، یک ترمیستور و یک ترمینال پیچ دو پایه. علاوه بر این ویژگی‌ها، پین‌های 5V+ و GND را از کتابخانه تامین اضافه کنید. بعد از اینکه همه قطعات را قرار دادید، آنها را طوری بچرخانید که قابل فهم باشد. همچنین مقادیر آنها مانند مقاومت 10KΩ و غیره را ذکر کنید.

قطعات روی نمودار را به هم وصل کنید. مرحله بعدی اتصال قطعات است. باید از گزینه های نت از نوار کناری استفاده کنید و اجزا را به هم متصل کنید.
پس از انجام تمام اتصالات، شماتیک نهایی چیزی شبیه مدار نشان داده شده در زیر خواهد بود. فایل طرحواره را ذخیره کنید.

آموزشگاه فنی برق دوره آموزش تعمیرات بردهای الکترونیکی را به صورت تضمینی و با ارائه مدرک معتبر در کارگاه های مجهز برگزار می کند. در صورت تمایل به یادگیری تعمیر بردهای الکترونیکی در دوره آموزش تعمیر بردهای الکترونیکی ثبت نام کنید.

طراحی چیدمان PCB

هنگامی که شماتیک کامل شد، باید طرح PCB را طراحی کنید. در نوار ابزار بالا گزینه Switch to table را انتخاب کنید. می توانید یک فایل برد از نمودار ایجاد کنید.
پنجره جدیدی با ویرایشگر پیکربندی تخته سفید باز می شود. فضای سیاه قسمتی از تابلو را نشان می دهد. حالا باید قطعات را وارد ویرایشگر کنیم. در صورت تمایل، می توانید اندازه شبکه ویرایشگر PCB Layout را تنظیم کنید.

حال با استفاده از گزینه group در نوار ابزار کناری، تمامی قسمت ها را انتخاب کرده و با استفاده از گزینه move آنها را جابه جا کرده و روی برد قرار دهید.
از گزینه move استفاده کنید و قطعات را مطابق با جایی که می خواهید روی تخته قرار دهید. در عکس سیم های زرد نازکی بین قطعات وجود دارد. این سیم ها، رساناهای (air wires) نامیده می شوند و نشان دهنده اتصالات بین قطعات هستند. هنگامی که یک مسیر بین قطعات تعریف می کنید، این سیم های هوایی ناپدید می شوند تا اتصال موفق را نشان دهند.
حالا نوبت به اتصال برد مدار چاپی می رسد. برای این کار از ابزار root از نوار ابزار کناری استفاده می کنیم. عرض نوار نقاله را نیز با توجه به نیاز خود تنظیم کنید. در اینجا، عرض را روی حدود 1 میلی متر قرار دهید. بعد، سطح سیگنال، سطح پایین را انتخاب می کنیم، زیرا برد الکترونیکی ساده ما یک برد یک طرفه است. مسیریابی را یکی یکی انجام دهید، با پیشرفت در مسیریابی سیم های هوایی ناپدید می شوند.

گزینه Polygon را از نوار ابزار کناری انتخاب کنید و شروع به کشیدن چند ضلعی در لبه های صفحه برد کنید. مطمئن شوید که لایه سیگنال لایه پایینی است. نقطه شروع و پایان چند ضلعی باید به هم برسند.

تمام اتصالات را انجام دهید و مطمئن شوید که مسیر جریان یکسانی به یکدیگر متصل نیست (زیرا باعث اتصال کوتاه می شود).
اندازه برد را با توجه به ابعاد مورد نیاز تنظیم کرده و فایل را ذخیره کنید. فایل برد با پسوند BRD ذخیره می شود.
قبل از اینکه بدانید چگونه یک PCB بسازید، باید یک مرحله مهم را انجام دهید: Ground Pour.
گزینه Polygon را از نوار ابزار کناری انتخاب کنید و شروع به کشیدن چند ضلعی در لبه های تخته کنید. مطمئن شوید که لایه سیگنال لایه پایینی است. نقطه شروع و پایان چند ضلعی باید به هم برسند.
در لبه های تخته یک خط چین وجود خواهد داشت. گزینه Name را انتخاب کرده و چند ضلعی را به GND تغییر نام دهید. برای مشاهده آب ریخته شده روی زمین، گزینه ratsnest  را از نوار کناری انتخاب کنید.
اکنون مراحل طراحی کامل شده است. مرحله بعدی بررسی خطاها و ایجاد فایل های gerber برای چاپ است.

چگونه یک برد الکترونیکی ساده بسازیم؟

قبل از اقدام به ساخت برد الکترونیکی شما پیشنهاد می کنیم که اقدامات احتیاطی لازم مانند استفاده از عینک، دستکش، ماسک و غیره را انجام دهید.

چاپ طرح PCB روی کاغذ

پس از اتمام طراحی صفحه برد الکترونیکی، باید طرح را روی کاغذ چاپ کنیم. برای چاپ طرح ابتدا روی گزینه Print کلیک کنید. یک پنجره جدید با گزینه هایی برای تنظیم طرح چاپ ظاهر می شود.

سپس در این پنجره گزینه های زیر را تنظیم کنید:
چاپ (PDF): چاپگر
تنظیم نام و مکان PDF خروجی*: فایل خروجی*
A4: پیج
جهت عمودی
بالا سمت چپ (*هرجا*): تراز
کامل: مساحت
همچنین ضریب مقیاس را روی 1 و حاشیه صفحه را 0 تنظیم کنید. کادرهای “Black” و “Hard” را علامت بزنید. در نهایت روی OK کلیک کنید.

یک فایل PDF در محل انتخاب شده ایجاد می شود. حال باید این فایل پی دی اف را روی کاغذ مخصوص چاپ کنیم. یک نکته مهم انتخاب کاغذ است.
انتخاب کاغذ مناسب برای یک برد الکترونیکی ساده
روشی که می خواهیم برای ساخت این برد الکترونیکی ساده استفاده کنیم، روش انتقال تونر نام دارد. در این روش با استفاده از چاپگر لیزری الگوی برد مدار چاپی الکترونیکی را روی کاغذ مخصوص چاپ می کنیم و تونر را با استفاده از انتقال حرارت (آهن) از روی کاغذ به برد PCB منتقل می کنیم.
از آنجایی که چاپگرهای لیزری از تونر (نوع پودری) برای چاپ روی کاغذ استفاده می کنند، پودر تونر در کاغذ خیس نمی شود، بلکه به سطح می چسبد. این با چاپگرهای جوهر افشان معمولی متفاوت است که از چاپگرهای جوهرافشان برای پاشیدن جوهر روی کاغذ چاپ (کاغذ جاذب) استفاده می کنند.
بنابراین، انتخاب کاغذ مناسب برای روش انتقال تونر PCB بسیار مهم است. برای این کار از کاغذ گلاسه یک طرفه برای چاپگرهای لیزری با ضخامت 130 GSM (30 گرم بر متر مربع) استفاده می کنیم.
توجه: از کاغذ جوهر افشان براق در چاپگرهای لیزری استفاده نکنید، زیرا ممکن است به درام چاپگر لیزری آسیب برساند.

جدول را برای انتقال تونر آماده کنید

ابتدا پیکربندی بر روی کاغذ با چاپگر لیزری چاپ می شود، توجه داشته باشید؛ هنگام چاپ، اندازه کاغذ را روی A4، جهت آن را به صورت عمودی تنظیم کنید و گزینه “اندازه واقعی” را انتخاب کنید. حالا یک تکه کاغذ با طرح چاپ شده روی آن برش دهید. اندازه کاغذ را کمی بزرگتر از اندازه نهایی تخته انتخاب کنید تا بتوانید کاغذ را دور تخته بپیچید.
یک PCB مسی بردارید و اندازه برد را در یک گوشه علامت بزنید. در اینجا، اندازه مستطیل 4 سانتی متر در 3 سانتی متر است. برد را با استفاده از اره برقی برش دهید.
سطح برد (که برش دادیم) به دلیل رسوب اثر انگشت و سایر مواد تمیز نیست. بنابراین، از یک سمباده نرم برای تمیز کردن سطح استفاده کنید و آن را روی صفحه مسی بمالید.
مطمئن شوید که ماسه خیلی سفت نباشد. مس ممکن است به طور کامل حذف شود. با از بین بردن کثیفی سطح مس بسیار براق می شود.
حالا محل برد مسی را با الکل تمیز کنید. اگر الکل ندارید، می توانید از استون (همچنین به عنوان پاک کننده لاک ناخن استفاده می شود) استفاده کنید. این مرحله رسوبات ریز گرد و غبار مس (از سنباده زدن) و کثیفی را از سطح تخته به طور کامل حذف می کند.
حالا برد مسی را بردارید و طوری روی کاغذ قرار دهید که لایه چاپ شده رو به روی مس باشد. برد را در هر کاغذ اضافی که دارید بپیچید و آن را با چسب محکم کنید.

انتقال تونر از کاغذ به PCB

مرحله بعدی انتقال تونر از کاغذ به برد مسی است. برای این کار از آهن استفاده می کنیم. روش دیگری برای انتقال تونر از کاغذ به برد به نام انتقال تونر بدون گرما وجود دارد که از مواد شیمیایی برای انجام کار استفاده می کند. اتو را تا 2000 درجه سانتی گراد گرم کنید.
طرف مسی برد را روی قرار دهید، اتو را روی برد قرار دهید و به آرامی شروع به اتو کردن برد کنید. اتو را با فشار کم به مدت 10 دقیقه روی برد نگه دارید و سپس آن را بردارید. تغییر رنگ کاغذ قبل و بعد از سوراخ شدن قابل مشاهده است.
تخته را (در حالی که کاغذ هنوز دور آن پیچیده شده است) را در یک کاسه آب قرار دهید. هنگام لمس برد مراقب باشید، زیرا ممکن است بسیار داغ شود.
این کار تونر را به خوبی به صفحه مسی می چسباند. اجازه دهید برد چند دقیقه خنک شود.
حالا می توانید به آرامی شروع به برداشتن کاغذ از روی برد کنید. حتما متوجه خواهید شد که کاغذ محکم به تخته چسبیده است.
از ظرف آب استفاده کنید و کاغذ را از روی برد تمیز کنید. توجه داشته باشید هنگام برداشتن کاغذ فشار زیادی وارد نکنید.
هنگامی که کاغذ به طور کامل برداشته شد، می بینید که تونر به طور تمیز به صفحه مسی منتقل می شود.
اگر احساس می کنید قسمتی از مسیر به خوبی شکل نگرفته است، از یک ماژیک دائمی استفاده کنید و روی تونر بکشید. همچنین می توانید از مولتی متر برای بررسی اتصال استفاده کنید.

چاپ مس روی برد

مرحله بعدی این است که مس غیر ضروری را از روی برد جدا کنید. به این فرآیند اچینگ می گویند. برای این کار می توانید از کلرید آهن (FeCl3) استفاده کنید. کلرید آهن یک ماده شیمیایی بسیار مضر و سمی است. هنگام ایجاد یک جدول ساده بسیار مراقب باشید. یک یا دو قاشق غذاخوری پودر کلرید آهن را بردارید و آن را در یک ظرف پلاستیکی یا فولادی محکم بریزید. مقداری آب داغ به کاسه اضافه کنید.
نکته: به محض اضافه کردن آب، می توانید بخار خروجی از ظرف را مشاهده کنید.
کلرید فریک با کربن (که بخش اصلی تونر است) واکنش نمی دهد، بلکه فقط با مس واکنش نشان می دهد. بدین ترتیب مس روی برد مدار به طور کامل حذف می شود، به جز قسمتی که زیر تونر قرار دارد و به عنوان یک لایه محافظ عمل می کند.
آب را با دقت تعویض کنید و آب تمیز را داخل ظرف بریزید. حالا برد را در آب قرار دهید تا سطح از مواد شیمیایی تمیز شود.
یک تکه دیگر کاغذ سنباده نرم بردارید و رنگ را با دقت از روی PCB جدا کنید.
حالا برد الکترونیکی ساده آماده است.

دریل کردن روی برد الکترونیکی

مرحله بعدی این است که برد را برای نصب قطعات سوراخ کنید. از یک مته کوچک دستی (دریل برقی) برای ایجاد سوراخ استفاده کنید.
هنگامی که تمام سوراخ ها نصب شد، برد الکترونیکی آماده نصب است.

مونتاژ ساده برد الکترونیکی

در این مرحله تمام قطعات مورد نیاز برای مونتاژ را جمع آوری کنید.
همه قطعات را در مکان های تعیین شده خود قرار دهید و بررسی کنید که همه سوراخ ها، شکاف ها و لنت ها در جایی که باید باشند قرار دارند.
شروع به لحیم کردن قطعات به برد کنید. پس از لحیم کاری، PCB برده مانند تصویر زیر خواهد بود.

جمع‌بندی
در این آموزش گام به گام ساخت برد الکترونیکی ساده را توضیح داده ایم. همچنین مراحل عملی ساخت مدار الکترونیکی ساده در منزل با روش انتقال تونر را مورد بحث قرار داده ایم. دیدیم که یک برد مدار الکترونیکی ساده را می توان با ابزارهای بسیار ابتدایی و کمی حوصله ساخت و در پروژه های ساده از آن استفاده کرد.

آموزشگاه فنی برق دوره آموزش تعمیرات بردهای الکترونیکی را به صورت تضمینی و با ارائه مدرک معتبر در کارگاه های مجهز برگزار می کند. در صورت تمایل به یادگیری تعمیر بردهای الکترونیکی در دوره تعمیرات بردهای الکترونیکی ثبت نام کنید.