کاربردهای برد مدار چاپی (PCB)

برد مدار چاپی چیست و چه کاربردهایی دارد 

برد مدار چاپی یا به طور خلاصه PCB می‌تواند برای کاربردهای زیادی مورد استفاده قرار گیرد، اغلب انواع مختلفی از طراحی PCB وجود دارد که توسط مهندسان یا شرکت‌های شخص ثالث متخصص در طراحی PCB به مشتریان ارائه می‌شود، این طرح‌ها ممکن است الزامات متفاوتی داشته باشند، کاربردهای مختلفی مانند PCB لوازم الکترونیکی مصرفی، PCB صنعتی و موارد دیگر... در حالی که همه ما تعجب می‌کنیم که PCB ها برای چه مواردی استفاده می‌شوند، در این مقاله به بررسی و توضیح نمونه‌های مختلف PCB و انواع PCB خواهیم پرداخت: PCB ها برای چه مواردی استفاده می‌شوند، انواع طرح‌های PCB و عملکرد بردهای مدار چاپی در رایانه‌ها، ریزپردازنده‌ها و طرح‌های مبتنی بر میکروکنترلر.

 کاربردها و صنایع PCB 

وقتی PCB تولید می‌شود، کاربرد بسیار خاصی دارد، این کاربرد می‌تواند در هر جایی از لوازم الکترونیکی مصرفی گرفته تا صنعتی، هوافضا، پزشکی، صنعت بازی و اسباب‌بازی، خودرو و موارد دیگر باشد. وقتی PCB را برای ساخت ارسال می‌کنیم، از قبل می‌دانیم که PCB چه کاری انجام می‌دهد، چگونه و برای چه هدفی استفاده خواهد شد و به کدام صنعت تعلق دارد. صنایع مختلف ممکن است مشخصات و الزامات متفاوتی مانند دما، رطوبت، ماندگاری و موارد دیگر داشته باشند که برای هر کاربرد به یک طراحی سفارشی نیاز دارد.

۱. برد مدار چاپی لوازم الکترونیکی مصرفی

لوازم الکترونیکی مصرفی عمدتاً به محصولاتی اشاره دارد که ما، مصرف‌کنندگان معمولی، در زندگی روزمره از آنها استفاده می‌کنیم. این محصولات می‌توانند یک لامپ، صفحه نمایش LCD، دستگاه تصفیه هوا، لپ‌تاپ و موارد دیگر باشند... اگرچه به دلیل شکل ظاهری محصول مصرفی نمی‌توانیم آن را به وضوح ببینیم، اما هر محصول یک PCB را در خود جای داده است، این بردهای الکترونیکی عملکرد برنامه و عمر طولانی آن را تضمین می‌کنند. PCB لپ‌تاپ‌ها و رایانه‌ها معمولاً برای پردازش و انجام چندین کار استفاده می‌شوند، چنین PCBهایی با اجزای اضافی مانند GPU، CPU، حافظه، HDD و موارد دیگر همراه هستند، اینها همه قطعات الکترونیکی هستند که مستقیماً به برد PCB نصب یا متصل می‌شوند، یک PCB در لپ‌تاپ/رایانه شخصی مصرفی "مادربرد" نامیده می‌شود، بنابراین اگرچه نام متفاوتی دارد، مادربرد نیز یکی از انواع مختلف PCB یا PCB مونتاژ شده (PCBA) است. 

کاربردهای مصرفی معمولاً نیازی نیست که مشتری نهایی بداند چگونه از برد مدار چاپی استفاده کند یا PCB ها برای چه مواردی استفاده می‌شوند، زیرا برد در یک محصول نهایی با طراحی مناسب و کاربردی مطابق با نیازهای مشتری نهایی ارائه می‌شود. این PCB های الکترونیکی معمولاً هیچ محدودیت یا الزامات بالایی مانند دما یا رطوبت بالا یا شرایط سخت محیطی ندارند. قیمت عامل بسیار مهمی است تا مصرف کنندگان بتوانند برد PCB را خریداری کنند. برخی از نمونه‌های PCB کاربردهای مصرفی که ممکن است دیده باشید عبارتند از: 

الف. لوازم خانگی هوشمند، لامپ‌ها و کلیدها 

ب. دستگاه‌های اندازه‌گیری مقیاس 

ج. رایانه‌های شخصی، لپ‌تاپ‌ها، تبلت‌ها و تلفن‌های هوشمند 

د. مایکروویو، فر، یخچال و سایر وسایل پخت و پز. 

ه. ساعت هوشمند و پوشیدنی‌ها 

و. تلویزیون، LCD و انواع دیگر مانیتور.

۲. صنعتی، کشاورزی و اینترنت اشیا

همه بردهای مدار چاپی (PCB) یکسان ساخته نمی‌شوند، در حالی که لوازم الکترونیکی مصرفی و بردهای مدار چاپی هزینه تولید کمتری دارند و به حداقل آزمایش‌هایی مانند دما، تابش، رطوبت و غیره نیاز دارند... کاربردهای صنعتی، کشاورزی و اینترنت اشیا، به طور کلی، به مجموعه‌ای از آزمایش‌ها نیاز دارند تا از قابلیت اطمینان و عملکرد ثابت در مدت زمان طولانی اطمینان حاصل شود.

در تجارت تولید هوشمند، اینترنت اشیا و کاربردهای صنعتی اغلب برای افزایش بهره‌وری فرآیند ساخت استفاده می‌شوند. PCBasic با 15 سال تجربه و انواع مختلف سخت‌افزار، این فرآیند را آسان، سریع و کم‌هزینه می‌کند. یک مثال می‌تواند یک ماژول دوربین کامپیوتری هوش مصنوعی باشد که قادر به شناسایی انواع PCBها با تصاویر است و با این کار نقص‌های موجود در PCBA را شناسایی می‌کند. تولید SMT به منظور ارسال هشدار و اصلاح آن خطاها قبل از تحویل محصول نهایی به مشتریان. 

برای مثال، در کاربردهای کشاورزی، برخی از بردهای الکترونیکی PCB سال‌ها در فضای باز قرار می‌گیرند، در چنین مواردی، قطعات و مواد PCB باید با دقت انتخاب شوند تا از حداقل میزان خطا در طول عمر محصول اطمینان حاصل شود. بردهای الکترونیکی صنعتی معمولاً گران‌تر هستند، اما در عین حال قابل اعتمادتر و مناسب‌تر برای کار در شرایط سخت، چه در داخل و چه در خارج از منزل، هستند. لایه‌های الکترونیکی PCB و ضخامت آنها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که سیگنال واضحی را در شرایط ولتاژ و جریان بالا تضمین کنند. برخی از کاربردهای کشاورزی و اینترنت اشیا عبارتند از:

الف. سیستم نظارت هوشمند باغ 

ب. ایستگاه پایش آب و هوا 

ج. نظارت و کنترل گلخانه 

د. جمع‌آوری هوشمند زباله و ضایعات، و موارد بسیار دیگر.

۳. شبکه و مخابرات 

محبوب کاربرد برد مدار چاپی شبکه و مخابرات است، که می‌توانند هم در موارد مصرف‌کننده و هم در موارد صنعتی مورد استفاده قرار گیرند، به عنوان مثال، مصرف‌کنندگان اغلب از روترها، مودم‌ها، تکرارکننده‌ها یا نقاط دسترسی برای دسترسی به اینترنت از طریق ارائه‌دهنده خدمات اینترنت (ISP) استفاده می‌کنند، در حالی که برای استفاده صنعتی از سرورها، جعبه NAS (حافظه متصل به شبکه) و نوع دیگری از تجهیزات صنعتی استفاده می‌شود. همه مثال‌های بالا PCB های سفارشی را برای ارائه یک هدف و کاربرد بسیار خاص پیاده‌سازی می‌کنند. سیستم‌های PCB در اندازه‌های کوچک برای مصرف‌کنندگان و بسته‌های بزرگ و حجیم که اغلب در دستگاه‌های مخابراتی صنعتی یافت می‌شوند، موجود هستند. برخی از سیستم‌های PCB می‌توانند پیچیده‌تر باشند و ممکن است نیاز به چندین PCB داشته باشند که به یک یا چند طریق به یکدیگر متصل شده یا روی هم قرار گرفته‌اند. برخی از قطعات الکترونیکی PCB شبکه و ارتباطات شامل موارد زیر است:

الف. روترها و سوئیچ‌های شبکه

ب. نقاط دسترسی، مودم‌ها و تکرارکننده‌ها 

ج. دستگاه‌های ذخیره‌سازی متصل به شبکه 

د. سرورها و ایستگاه‌های ارائه دهندگان خدمات اینترنتی

۴. صنایع پزشکی

اگر در شرایط خاصی به بیمارستان یا مطب پزشک مراجعه کرده باشید، ممکن است با انواع مختلفی از دستگاه‌ها، رایانه‌ها و مانیتورهایی که بیمارستان‌ها و پزشکان برای انجام کار خود استفاده می‌کنند، مواجه شده باشید. همه این دستگاه‌ها شامل بردهای الکترونیکی چاپ شده در داخل یا به اختصار PCB هستند. PCB الکترونیکی به دستگاه‌های پزشکی این امکان را می‌دهد که جان روزانه را نجات دهند، بیماران را 24 ساعته و 7 روز هفته تحت نظر داشته باشند و همانطور که می‌توانید تصور کنید، یک نقص در طراحی می‌تواند به قیمت جان بسیاری از افراد تمام شود. به همین دلیل، صنایع و کاربردهای پزشکی الزامات سختگیرانه‌ای برای طراحی PCB دارند و هر طرحی که به بازار عرضه می‌شود، برای اطمینان از عملکرد صحیح آن، نیاز به انجام ده‌ها آزمایش دارد. 

چند نمونه از دستگاه‌های الکترونیکی PCB مورد استفاده در صنایع پزشکی: 

الف) ضربان‌سازهای قلبی عروقی.

ب. ام آر آی و سی تی اسکن. 

ج. تجهیزات پشتیبانی و مانیتورینگ قلب. 

D. AKG، و دستگاه‌های اشعه ایکس. پشتیبانی از حیات، 

ه. دفیبریلاتورها و سایر تجهیزات حیاتی. 

۵. کاربردهای نظامی

صنعتی که برای مصرف‌کنندگان عادی کمتر محبوب است اما نمی‌توان آن را نادیده گرفت، صنعت نظامی است. اغلب وقتی می‌خواهیم بیان کنیم که طراحی یک PCB چقدر شگفت‌انگیز است یا برد چقدر بادوام، ماندگار و با کیفیت است، می‌توانیم آن را طراحی «درجه نظامی» بنامیم، یعنی تأکید کنیم که طراحی و تولید برد الکتریکی PCB چقدر عالی است. PCB الکترونیکی داخل دستگاه‌ها و برنامه‌های نظامی قطعاً چیزی است که باید به آن امیدوار بود، چیپستی که اغلب استفاده می‌شود محرمانه است و امکان تهیه قطعات را می‌توان به شرکت‌ها و تولیدکنندگان مجاز برای یک هدف و مسیر توزیع بسیار خاص داد. PCB الکترونیکی در کاربردهای نظامی بادوام، بادوام و برای مقاومت در برابر شرایط سخت مانند فشار هوا و تغییرات دمای بالا طراحی شده است.

برخی از کاربردهایی که ارتش هنگام تولید برد الکترونیکی PCB از آنها استفاده خواهد کرد عبارتند از: 

الف. وسایل نقلیه بدون سرنشین. 

ب. سیستم‌های ناوبری رباتیک و دفاعی. 

ج. سیستم‌های ارتباطی و کنترلی. 

د. خمپاره‌اندازها و توپخانه. 

هـ. تجهیزات مرتبط با امنیت و رمزگذاری.

۶. صنایع خودروسازی 

صنعت خودرو در دهه‌های گذشته در حال تغییر و توسعه بوده است، ما قبلاً ماشین‌های ساده‌ای را می‌راندیم که دستگاه‌های رادیویی لوکس محسوب می‌شدند، اما امروزه اکثر ماشین‌ها توسط کامپیوترهای فوق هوشمند تغذیه می‌شوند و برخی از ماشین‌ها مانند تسلا کاملاً برقی هستند. با گذشت زمان، شاهد هستیم که برنامه‌های کاربردی خودرو با فناوری‌هایی مانند لیدار، 5G، هوش مصنوعی و موارد دیگر که در هر بخش از ماشین ما گنجانده شده است، محبوب‌تر و هوشمندتر می‌شوند. امروزه برخی از ماشین‌ها حتی دارای حالت خلبان خودکار داخلی هستند که به رانندگان این امکان را می‌دهد تا در حالی که مراقب آنها رانندگی می‌کند، استراحت کنند. همه اینها، همانطور که حدس زدید، توسط یک برد الکتریکی PCB تغذیه می‌شود. این PCBها برای درجه صنعتی طراحی شده‌اند تا ایمنی را به عنوان اولویت اول تضمین کنند، یک سیستم کامپیوتری درون خودرو می‌تواند باعث یک فاجعه فاجعه‌بار شود، با ساخت PCBهای با کیفیت بالا با اجزای قابل اعتماد می‌توانیم سفری ایمن را در راه بازگشت به خانه تضمین کنیم. 

کاربردهای PCB الکترونیکی برای صنعت خودرو عبارتند از: 

الف. سیستم‌های مرتبط با درایو موتور

ب. کنترل هوشمند دما و رطوبت 

ج. نمایشگرها، بلندگوها و سیستم‌های صوتی 

د. ضد سرقت و هشدار

ه. مکانیسم کنترل ایمنی کیسه هوا 

و. سیستم جرقه زنی و روشن کردن خودرو 

ز. سیستم‌های هشدار تشخیص مانع و موارد دیگر 

۷. هوافضا و اکتشافات فضایی 

آخرین صنعتی که امروز در مورد آن بحث خواهیم کرد، صنعت هوافضا است، شاید با این نام یا کاربردهای آن آشنا نباشیم، اما صنعت هوافضا و اکتشافات فضایی هر روز به ما خدمت می‌کند، در واقع، تمام تلفن‌های همراه و کاربردهایی که در بالا در مورد آنها صحبت کردیم بدون ماهواره‌هایی که متعلق به صنعت هوافضا هستند، امکان‌پذیر نبودند. 

بردهای مدار چاپی الکترونیکی و قطعات موجود در صنعت هوافضا و به ویژه در ماهواره‌هایی که روزانه به ما خدمت می‌کنند، به عنوان آن دسته از بردهای مدار چاپی که در فضا قرار دارند و در معرض تابش و دما در سطوحی متفاوت از آنچه ما در اینجا روی زمین می‌شناسیم و به آن عادت داریم، قرار می‌گیرند، در زمره کاربردهای نظامی و صنعتی قرار می‌گیرند. 

برخی کاربردهای دیگر نیز مربوط به هواپیماها و وسایل نقلیه هوایی، سیستم‌های ناوبری، GPS و کنترل خلبان خودکار است که در مواقعی که نیاز به سفر از جایی به جای دیگر با سرعت بالا داریم، به ما کمک می‌کند. آیا می‌دانستید که هواپیماهای بوئینگ ۷۳۷ از حدود ۳۶۷۰۰۰ قطعه الکترونیکی ساخته شده‌اند؟ تقریباً باورنکردنی به نظر می‌رسد، اما هر کاربردی که ما می‌شناسیم به قطعات الکترونیکی PCB نیاز دارد، که نشان می‌دهد فرآیند PCB چقدر حیاتی است و ساخت PCBA برای هر صنعتی است. 

برخی از کاربردهای این ماده در صنعت هوافضا عبارتند از: 

الف. پایش تشعشعات 

ب. مدیریت حرارتی و نظارت بر فرآیند مواد 

ج. کنترل‌کننده‌های پرواز و سیستم‌های خلبان خودکار 

د. GPS و Nano SAT و سیستم ماهواره‌ها 

ه. نظارت بر حسگرهای سیگنال 

و. شبکه‌های برق، سیستم‌های ارتباط رادیویی و موارد دیگر