PCB یا برد مدار چاپی، اکنون به عنوان یک بلوک سازنده در صنعت الکترونیک در نظر گرفته می‌شود. این برد از انواع لوازم الکترونیکی کوچک، مانند ماشین حساب، برای دستگاه‌ها، پروژه‌ها و ماشین‌آلات در مقیاس بزرگتر استفاده می‌کند.

ساختار برد PCB طیف وسیعی از پروژه‌ها و دستگاه‌هایی را که برای آنها مناسب است تعیین می‌کند. این ساختار بر اساس انواع مواد مورد استفاده در PCB است که به استفاده از بردها در کاربردهای خاص کمک می‌کند.

یک PCB تخته ساختار دارای یک صفحه چاپ سیلک، ماسک لحیم، مس و زیرلایه است. روی آن، لایه‌های هادی برای اتصالات اجزا پیکربندی شده‌اند.

مواد مختلفی برای ساخت برد PCB استفاده می‌شوند که عملکرد، طول عمر و کیفیت پروژه‌هایی را که در آنها استفاده خواهد شد، تعیین می‌کنند.

در اینجا انواع مختلف مواد مورد استفاده برای بردهای PCB را که دارای ویژگی‌های متفاوتی هستند و بر مشخصات بردها تأثیر می‌گذارند، مورد بحث قرار خواهیم داد. بیایید شروع کنیم.

اجزای اصلی PCB چیست؟

اجزای اصلی بردهای PCB در اینجا فهرست شده‌اند.

  •  زیرلایه (ماده پایه)

  •  لایه مس

  •  ماسک جوشکاری

  •  Silkscreen

  •  مسیر رسانا

اهمیت همه اجزای برد PCB را نمی‌توان انکار کرد و هر کدام اهمیت خاص خود را برای عملکرد PCB دارند.

 زیرلایه (ماده پایه)

مواد پایه معمولاً با رزین اپوکسی عرضه می‌شوند و با مخلوطی از فویل مسی به کار می‌روند.

زیرلایه‌های PCB یا مواد پایه، اجزای اصلی PCB هستند که سایر اجزای PCB روی آنها پیکربندی می‌شوند. این مواد به عنوان پایه مدارها عمل می‌کنند و پشتیبانی مکانیکی ضروری را برای اجزای متصل به برد فراهم می‌کنند.

مواد پایه مختلف دارای ویژگی‌هایی هستند که به قابل اعتماد بودن برد و عملکرد خوب آن در دستگاه‌های متصل کمک می‌کنند. بنابراین، استفاده صحیح از مواد پایه، عملکرد دقیق ساختار برد را تعیین می‌کند.

مواد زیرلایه همچنین به یافتن ویژگی‌های فیزیکی یک تخته کمک می‌کنند. به عنوان مثال، اگر از مواد سفت و سخت برای افزایش دوام تخته استفاده شود، یک پایه انعطاف‌پذیر باعث می‌شود تخته انعطاف‌پذیر باشد و بتواند به راحتی خم شود.

 لایه مس

لایه‌های مس روی مواد زیرلایه اعمال می‌شوند. با توجه به انواع بردهای PCB، پوشش مس برای بردهای یک طرفه در یک طرف و برای بردهای چند لایه در بیش از یک طرف اعمال می‌شود.

این لایه‌های مسی برای جریان دادن سیگنال‌های الکتریکی یا جریان‌ها بین قطعات مختلف متصل روی بردها مانند ترانزیستورها، دیودها، سلف‌ها و غیره استفاده می‌شوند. پس از دریافت سیگنال‌ها از این لایه‌ها، اجزای متصل شده وظایف مربوط به خود را انجام می‌دهند.

 ماسک جوشکاری

پوشش لحیم یک لایه پلیمری محافظ است که روی لایه‌های مس اعمال می‌شود. این پوشش با نام LPISM یا پوشش لحیم مایع قابل تصور با عکس شناخته می‌شود. وظیفه اصلی آن محافظت از لایه‌های مس در برابر برهمکنش با یکدیگر و ایزوله کردن آنها از ایجاد هرگونه اتصال کوتاه است.

این لایه همچنین بردها را از عوامل محیطی مختلف مانند اکسیداسیون و ایجاد پل لحیم محافظت می‌کند.

 Silkscreen

سیلک اسکرین لایه‌ای است که با رد جوهر ساخته می‌شود و به یافتن اتصالات مختلف اجزا، قسمت‌های برد، نمایش نمادین اجزا و سایر جزئیات پروژه‌های مرتبط کمک می‌کند.

نام دیگر سیلک اسکرین، نامگذاری برد است. سیلک اسکرین در سمتی که قطعات به هم متصل هستند اعمال می‌شود، اما در برخی بردها، می‌توان آن را در سمت لحیم‌کاری نیز مشاهده کرد.

 مسیر رسانا

مسیرهای رسانای ساخته شده از مس، بر اساس طراحی، در یک یا هر دو طرف روی سطح برد PCB اعمال می‌شوند. روی مسیرهای رسانا، یک پوشش لحیم اعمال می‌شود که رساناها را از هرگونه عامل محیطی محافظت می‌کند.

مواد رایج PCB چیست؟

انواع مختلفی از مواد برای انواع PCB مبتنی بر برد PCB و الزامات پروژه استفاده می‌شود. مواد متداول عبارتند از:

 FR-4

FR4 مخفف عبارت Flame retardant (بازدارنده شعله) است، ماده‌ای که معمولاً برای بردهای PCB استفاده می‌شود. این ماده کم‌هزینه است و از مقاومت دی‌الکتریک و ویژگی‌های عایق‌بندی بالایی برخوردار است.

FR4 یک ورق لمینت Epxoy تقویت‌شده با شیشه است و Epxoy دارای ویژگی‌های مقاوم در برابر آب و هوا و ضد شعله است. همچنین استحکام کششی بالایی را ارائه می‌دهد.

با ویژگی‌های مقرون‌به‌صرفه‌اش، با فرآیندهای تولیدی مختلفی که برای تولید برد ترجیح داده می‌شوند، سازگار است.

مقدار ضرایب اتلاف برای این ماده حدود 0.015 تا 0.025 و مقدار ثابت دی‌الکتریک آن 4.2 تا 4.8 است. این مقادیر می‌توانند بر اساس تکنیک‌های تولید متفاوت باشند.

دمای انتقال شیشه‌ای این ماده بین ۱۰۵ تا ۱۳۰ درجه سانتیگراد است.

 مواد با دمای بالا

مواد دما بالا، که با نام Tg بالا نیز شناخته می‌شوند، برای تحمل شرایط دمایی مختلف ساخته شده‌اند. اگر مقدار Tg بالاتر از ۱۵۰ درجه باشد، نوع ماده مورد استفاده، دما بالا در نظر گرفته می‌شود.

رایج‌ترین مواد مورد استفاده در دمای بالا برای بردهای PCB، زیرلایه‌های سرامیکی و پلی‌آمیدها هستند.

مقدار دمای بالا برای مواد پلی‌آمید حدود ۲۸۰ تا ۳۵۰ درجه سانتیگراد است. آنها همچنین ضرایب انبساط حرارتی کمتری دارند که لایه لایه شدن را در زمان چرخه حرارتی کنترل می‌کند.

آلومینیوم و نیترید آلومینیوم موادی بر پایه سرامیک هستند که برای ساخت PCB استفاده می‌شوند. آنها رسانایی حرارتی بالایی دارند که به اتلاف موثر گرما کمک می‌کند و باعث تولید گرمای کم از اجزای متصل روی برد می‌شود.

 مواد انعطاف پذیر

هدف اصلی از تولید مواد انعطاف‌پذیر، استفاده در کاربردهایی است که تخته‌های سخت، ویژگی‌های انعطاف‌پذیری را در عین حفظ عملکرد الکتریکی ارائه نمی‌دهند. بنابراین، مواد انعطاف‌پذیر در کاربردهای مختلفی مانند صنعت هوانوردی، دستگاه‌های پزشکی و غیره استفاده می‌شوند. رایج‌ترین ماده انعطاف‌پذیر، پلی‌استر است.

مواد پلی‌استر، که با نام پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) نیز شناخته می‌شوند، PCBها را تولید می‌کنند زیرا ویژگی‌های الکتریکی خوبی را ارائه می‌دهند و در برابر خوردگی و رطوبت مقاوم هستند.

 مواد هسته فلزی

مواد PCB با هسته فلزی به جای مواد FR4 برای کاربردهایی که به ویژگی‌های حرارتی خوب نیاز است، استفاده می‌شوند. این مواد دارای ویژگی‌هایی برای مدیریت گرمای تولید شده هنگام کار اجزای مختلف پرقدرت روی برد هستند، مانند چراغ‌های LED که در حین کار گرما تولید می‌کنند تا اثرات گرمایشی روی هسته‌های فلزی PCB مورد استفاده را مدیریت کنند.

رایج‌ترین فلز مورد استفاده برای تخته‌های هسته فلزی، آلومینیوم است، اما در برخی کاربردها، مس نیز استفاده می‌شود. کاربرد اصلی آلومینیوم به عنوان جایگزین مس، هزینه پایین آن است.

هسته فلزی، گرما را از اجزای متصل بحرانی به نواحی کم‌گرم منتقل می‌کند. سطح بردهای هسته فلزی‌شده با لایه‌های زیرین رسانا، حرارتی و فلزی همراه است.

انواع اصلی PCB های هسته فلزی عبارتند از

·   MCPCB تک لایه

·   COB MCPCB

·   MCPCB دو لایه

·   MCPCB دو طرفه

·   چند لایه MCPCB

خواص مواد PCB چیست؟?

ویژگی‌های اصلی که باید قبل از انتخاب مواد برد PCB بررسی شوند، در اینجا فهرست شده‌اند.

ثابت دی الکتریک

ثابت دی‌الکتریک عاملی است که ویژگی‌های ماده انتخاب‌شده را برای ذخیره انرژی به شکل میدان الکتریکی تعریف می‌کند.

مقدار Dk به صورت عددی نشان داده شده است. این عامل بر عملکرد الکتریکی برد تأثیر گذاشته است. این مقدار، مقدار گذردهی نسبی ماده مورد استفاده برای PCBها را بر اساس خلاء تعریف می‌کند.

موادی با مقدار دی‌الکتریک پایین برای پروژه‌های فرکانس بالا جهت انتشار سریع سیگنال استفاده می‌شوند.

مقدار DK برای مواد مختلف به شرح زیر است.

·   FR4: ۴.۲ تا ۴.۸

·   پلی‌آمید: ۳.۲ تا ۳.۶

·   پلیمر کریستال مایع (LCP): ۲.۹.

ضریب اتلاف

این ضریب، تلفات انرژی الکتریکی برای ماده را توضیح می‌دهد و به عنوان تانژانت تلفات نیز شناخته می‌شود. این ضریب، ذخیره انرژی ماده را توضیح می‌دهد. این ضریب برای مدارهای RF در نظر گرفته می‌شود. مقدار ضریب اتلاف برای مواد FR4 برابر با 0.015 است.

رسانایی حرارتی

رسانایی حرارتی مواد یک عامل اساسی برای پروژه‌هایی است که در آنها از اجزای با توان بالا استفاده می‌شود.

از آنجایی که این پارامتر، ظرفیت مواد برای دفع گرمای تولید شده توسط اجزای متصل روی برد در زمان کار را نشان نمی‌دهد، واحد اندازه‌گیری این عامل وات بر متر-کلوین (W/mk) است که با K یا TC نشان داده می‌شود.

این عامل اصلی است که ویژگی‌های اتلاف حرارت PCB را تعریف می‌کند. ماده‌ای که مقدار TC بالایی دارد، گرمای بیشتری را دفع می‌کند و عملکرد خوبی را برای بردها فراهم می‌کند.

مقدار رسانایی حرارتی آلومینیوم حدود ۱ تا ۳ وات بر متر کلوین است، بنابراین از ویژگی‌های رسانایی حرارتی خوبی برخوردار است. در مقایسه، FR1 رسانایی حرارتی پایینی حدود ۰.۳ وات بر متر کلوین دارد، بنابراین در اتلاف حرارت با مشکل مواجه است.

استحکام مکانیکی

مواد انتخاب شده برای برد مدار چاپی باید دارای برخی ویژگی‌های مکانیکی برای عملکرد مناسب باشند، مانند توانایی تحمل آسان شرایط تنش، ماهیت انعطاف‌پذیر و سختی.

قبل از انتخاب مواد، بررسی کنید که آیا در صورت استفاده در کاربردهایی که فشار بالا و نیروهای مکانیکی اعمال می‌شود، می‌توانند به راحتی شوک یا لرزش را تحمل کنند یا خیر.

CTE

CTE ضریب انبساط حرارتی موادی است که هنگام گرم شدن ویژگی‌هایی از خود نشان می‌دهند. مقدار CTE باید در محدوده محدودی باشد تا از آسیب به مواد جلوگیری شود، زیرا اگر مواد با افزایش دما به سرعت منبسط شوند، آسیب می‌بینند.

مقاومت الکتریکی

توانایی مواد در تحمل بار الکتریکی خرابی قدرت الکتریکی نامیده می‌شود. مقدار قدرت الکتریکی با ولت اندازه‌گیری می‌شود.

درباره PCBasic

زمان در پروژه‌های شما حکم پول را دارد – و PCBasic آن را دریافت می کند. PCاساسی هست یک شرکت مونتاژ PCB که هر بار نتایج سریع و بی‌نقصی ارائه می‌دهد. خدمات جامع ما خدمات مونتاژ PCB شامل پشتیبانی مهندسی متخصص در هر مرحله، تضمین کیفیت برتر در هر تخته. به عنوان یک پیشرو سازنده مونتاژ PCB, ما یک راهکار جامع ارائه می‌دهیم که زنجیره تأمین شما را ساده می‌کند. با تیم پیشرفته ما همکاری کنید کارخانه نمونه اولیه PCB برای تحویل سریع و نتایج عالی که می‌توانید به آنها اعتماد کنید.

چگونه می‌توانم مواد مناسب PCB را انتخاب کنم؟

مواد انتخاب شده برای PCB دارای ویژگی‌های مدیریت حرارت مناسب هستند، زیرا این ویژگی برای کار طولانی‌تر بهترین گزینه است. اگر مواد انتخاب شده به درستی دفع نشوند، گرما بر عملکرد اجزای متصل تأثیر می‌گذارد و راندمان دستگاه‌ها را کاهش می‌دهد. بهترین تکنیک مورد استفاده برای کنترل ضریب گرمایش روی بردها، استفاده از هیت سینک‌ها یا مواد فلزی انتخاب شده است که می‌توانند گرما را دفع کنند.

هزینه مواد

هزینه تولید PCB بر اساس مواد انتخابی برای برد تعیین می‌شود. هزینه مواد بر اساس طراحی برد و چندین لایه تعیین می‌شود. اگر انواع خاصی از مواد برای ساخت برد استفاده شود، هزینه نیز افزایش می‌یابد. افزایش تعداد لایه‌ها در برد نیز آن را گران‌تر می‌کند. مواد با فرکانس بالا گران هستند. اما سعی کنید از مواد مرغوب استفاده کنید که به پروژه و دستگاه‌های متصل به آن کمک می‌کند تا مدت زمان بیشتری کار کنند.

تکنیک های ساخت

تکنیک‌های تولید نیز از عوامل اصلی استفاده از مواد خوب PCB هستند. دو تکنیک رایج برای تولید PCB وجود دارد: فناوری سوراخ‌کاری کامل یا نصب سطحی (SMT). مواد انتخاب شده باید با این روش‌ها سازگاری داشته باشند تا ویژگی‌های مدیریت تنش خوبی را ارائه دهند.

بردهای PCB اکنون تقریباً بخشی از تمام صنایع جهان هستند و برای ساخت انواع مختلف پروژه‌ها و دستگاه‌ها استفاده می‌شوند. بنابراین، قابلیت اطمینان PCBها باید حفظ شود. برای بردهای PCB قابل اعتماد و بادوام، به مواد استاندارد و باکیفیتی نیاز است که بتوانند به راحتی الزامات PCB را برای پروژه‌های خاص برآورده کنند. انواع مختلفی از مواد در PCBها استفاده می‌شوند، مانند FR4 که رایج‌ترین آنهاست و برخی دیگر پلی‌آمید، پلی‌استر و برخی فلزات. مواد باکیفیت باید ویژگی‌هایی داشته باشند تا عملکرد حرارتی، ویژگی‌های مکانیکی و عوامل اتلاف حرارت خوبی را ارائه دهند و بتوانند شرایط محیطی مختلف مانند عوامل اکسیداسیون و خوردگی را تحمل کنند. این ماده باید سازگار با محیط زیست باشد، برای انسان مضر نباشد و به راحتی بازیافت شود. انتخاب مواد باید بر اساس الزامات پروژه و مدار باشد.