تعریف و اهمیت تابلوهای مدار چاپی (PCB)
بردهای مدار چاپی (PCB) اجزای اصلی دستگاه های الکترونیکی هستند که پایه و اساس اتصال اجزای مختلف الکتریکی را فراهم می کنند. PCB ها از طریق ردیابی های رسانای پیچیده، پدها و سایر عملکردهای اتصال، سیگنال ها و توان را بین دستگاه های فیزیکی به طور موثر انتقال می دهند. به طور خلاصه، PCB ها سنگ بنای عملکرد صحیح دستگاه های الکترونیکی هستند و به طور گسترده در محصولات الکترونیکی مختلف در زندگی روزمره ما وجود دارند.
تاریخچه توسعه PCB
قبل از ظهور تکنولوژی تولید PCB که امروزه به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد، سیم کشی مدار اغلب به صورت دستی انجام می شد که ناکارآمد بود. تمام قطعات الکترونیکی یکی یکی به هم متصل شدند و در نتیجه شبکه ای پیچیده و پیچیده از سیم ها به وجود آمد.
این امر نه تنها به مقدار زیادی کار برای ساخت مدارها نیاز داشت، بلکه مدارها را حجیم، به راحتی آسیب دیده و پرهزینه ساخت. علاوه بر این، از آنجایی که در آن زمان تمام اجزا با سیم به هم متصل می شدند، با پیر شدن عایق سیم ها و ترک خوردگی، خطاها اغلب در اتصالات سیم رخ می داد که منجر به اتصال کوتاه می شد. واضح است که روشهای سنتی دیگر نمیتوانند نیازهای محصولات الکترونیکی مدرن را برآورده کنند.
با انتقال الکترونیک از عصر لولههای خلاء و رلهها به دوران سیلیکون و مدارهای مجتمع، اندازه و هزینه قطعات الکترونیکی کاهش یافت، در حالی که تقاضای مصرفکنندگان برای محصولات کوچکتر و مقرون به صرفهتر همچنان رو به افزایش بود. این فشار باعث شد تا تولیدکنندگان راهحلهای کارآمدتری را کشف کنند که منجر به توسعه PCB مدرن شد.
بنابراین، PCB دقیقا از چه چیزی ساخته شده است؟ از چندین لایه مواد از طریق فرآیند چسباندن حرارتی-روی لمینیت چسبنده، مشابه ساخت لازانیا، ساخته شده است. هر لایه نقش منحصر به فردی را ایفا می کند و در مجموع یک جزء کلیدی از دستگاه الکترونیکی را تشکیل می دهد.
بستر (FR4)
زیرلایه ماده اصلی PCB است که معمولاً از الیاف شیشه ساخته می شود و FR4 رایج ترین نوع آن است. در مقایسه با سایر مواد پایه، FR4 به دلیل دوام عالی مورد علاقه است. این بستر جامد{4}}نه تنها استحکام و ضخامت لازم را برای PCB فراهم میکند، بلکه عملکرد عایق لایههای دیگر را نیز تضمین میکند. برای PCB هایی که به انعطاف پذیری بیشتری نیاز دارند، می توان از پلاستیک های قابل انعطاف{6}در دمای بالا، مانند Kapton یا معادل های آن، به عنوان ماده پایه استفاده کرد.
در کنار بستر یک فویل مسی نازک قرار دارد. بسته به نیازهای خاص برد مدار چاپی، مس را می توان در یک یا هر دو طرف بستر اعمال کرد. تعداد لایه های مس یک عامل کلیدی در تمایز انواع PCB است. برای مثال، تختههای-دولایه یا دو لایه- دارای لایههای مسی در دو طرف بستر هستند، در حالی که تختههای یکطرفه-فقط در یک طرف دارای مس هستند. در PCB های معمولی، تعداد لایه های مس می تواند از 1 تا 16 باشد که تخته های مسی 2 لایه رایج ترین آنها هستند.
لایه های مس در PCB ها نقش رسانایی دارند. از طریق اچ شیمیایی، مس با دقت به چندین هادی یا ردیابی تبدیل میشود که به پدها متصل میشوند و معماری اصلی مدار روی PCB را تشکیل میدهند. این ردپاها نه تنها جایگزین سیم های فیزیکی مورد استفاده در مدارهای سنتی می شوند، بلکه در برابر هوا و مواد زیرلایه نیز عایق می شوند و پایداری و ایمنی مدار را تضمین می کنند. در کنار لایه های مسی ماسک لحیم کاری قرار دارد که معمولاً سبز است اما بسته به نیاز می تواند رنگ های دیگری نیز داشته باشد.
عملکرد اصلی ماسک لحیم کاری عایق کردن آثار مسی، جلوگیری از تماس تصادفی با فلزات، لحیم کاری یا عناصر رسانا است. در PCB، ماسک لحیم کاری بیشتر نواحی، از جمله آثار کوچک را می پوشاند، اما عمدا حلقه ها و پدهای کوچکی را برای عملیات لحیم کاری باقی می گذارد.
بعد از لایه ماسک لحیم، لایه چاپ شده روی صفحه نمایش-است. این لایه در درجه اول برای اهداف زیبایی شناختی، اضافه کردن حروف، اعداد و نمادها به PCB برای تسهیل مونتاژ و افزایش درک عملکرد برد است. چاپ صفحه معمولاً برای نشان دادن عملکرد خاص هر پین یا LED، معمولاً به رنگ سفید استفاده می شود، اما در صورت نیاز می توان از رنگ های جوهر دیگری نیز استفاده کرد.
تفاوت بین PCB و برد توسعه در این است که یک برد توسعه یک ریزپردازنده یا میکروکنترلر را به همراه حداقل پشتیبانی در دسترس به PCB اضافه می کند. این فرآیند توسعه را ساده می کند و به توسعه دهندگان اجازه می دهد تا بدون صرف زمان قابل توجهی روی سخت افزار بر روی توسعه نرم افزار تمرکز کنند. به طور خلاصه، برد توسعه یک PCB تخصصی با سخت افزار و نرم افزار اضافی است.