خطوط مدار چاپی مستقیماً روی زیرلایه بردهای PCB حک میشوند. آنها همچنین به عنوان مسیر شناخته میشوند. این خطوط شبیه سیمها هستند. هدف اصلی این خطوط انتقال سیگنال یا برق به اجزای PCB است. به عنوان مثال، رلهها، مقاومتها، ترمینالها، محفظههای خازنی و هادیها. بنابراین مهندسان PCB چگونه این وضعیت را مدیریت میکنند؟ آنها خطوط PCB را از فویل مسی با عرض کم میسازند.
نکته جالب این است که این مسیرها، میدانهای الکترونیکی را متحول کردهاند. برای مثال، این مسیرها روشهای سیمکشی سنتی را کاملاً از بین میبرند. تولیدکنندگان امروزه از آنها برای قابلیت اطمینان و به عنوان مسیرهای استاندارد استفاده میکنند.
خطوط مدار چاپی چیست؟
به عبارت خیلی ساده، مسیرهای برد مدار، خطوط فلزی نازکی هستند که معمولاً روی برد مدار میبینید. آنها را مانند جادههای باریکی در نظر بگیرید که برق از روی آنها عبور میکند. بنابراین، وقتی دستگاهی را روشن میکنید، برق در امتداد این مسیرها جریان مییابد. هدف این است که تمام قطعات را به هم متصل کنید.
میبینید، این ردپاها از اهمیت بالایی برخوردارند، زیرا بدون آنها، وسایل الکترونیکی شما اصلاً کار نمیکنند! نکته اصلی این است که آنها جایگزین سیمهای نامنظم میشوند و دستگاهها را کوچکتر و قابل اعتمادتر میکنند. چرا مهم هستند؟ زیرا تقریباً هر گجتی که استفاده میکنید، آنها را در داخل خود دارد.
مواد تشکیل دهنده برد مدار چاپی
این مواد رایج برای ردیابی PCB را بررسی کنید:
● مس (Cu)
● آلومینیوم (آلومینیوم)
● نقره (Ag)
● طلا (Au)
● نیکل (Ni)
مس
تولیدکنندگان PCB، مس (Cu) را به عنوان یک ماده تولیدی رایج در نظر میگیرند. در نتیجه، در PCBها، از آن برای ساخت مسیرهای نازک برای انتقال سیگنالها استفاده میشود. آیا میدانید که مس ویژگیهای فوقالعادهای ارائه میدهد؟ این ویژگیها آن را به یک انتخاب ضروری تبدیل میکند. به عنوان مثال، رسانایی الکتریکی، قیمتهای اقتصادی و سازگاری.
ویژگیهای منحصر به فرد مس و عملکرد آن به مهندسان کمک میکند. این فلز آنها را قادر میسازد تا ابزارهای الکتریکی پربازده تولید کنند. به دلیل دوام، قابلیت اطمینان و مقاومت در برابر آسیبهای ناشی از جابجایی، تا حدودی پرکاربردترین ماده است.
خواص:
● رسانایی الکتریکی بالا
● رسانایی حرارتی
● شکلپذیری
● اقتصادی
● مقاومت در برابر زنگ زدگی
● نسبت استحکام به وزن
● قابلیت اطمینان
برنامه های کاربردی:
خطوط انتقال میکرواستریپ
از مسیرهای مسی برای بهبود سیگنالهای فرکانس بالا در خطوط انتقال میکرواستریپ استفاده میشود. میتوانید مسیرهای مسی را با عرض و ضخامت دلخواه سفارشی کنید.
آمپلی فایرها
تولیدکنندگان از مسیرهای مسی در تقویتکنندههای قدرت استفاده میکنند تا بتوانند قدرت را توزیع کرده و سطح خروجی را تنظیم کنند.
مدارهای فرکانس بالا
مسیرهای مسی عملکرد مدارهای فرکانس بالا را بهبود میبخشند. این شامل سیستمهای رادار یا ارتباطی میشود. آنها رسانایی الکتریکی خوبی و مقاومت کنترلی پایینی ارائه میدهند.
شناسایی فرکانس رادیویی (RFID)
تولیدکننده، مسیرهای مسی را به شناسایی فرکانس رادیویی متصل میکند که دادهها را به صورت بیسیم منتقل میکند. همچنین برای اهداف ذخیرهسازی استفاده میشود.
دستگاه های MEMS
این مسیرها در دستگاههای میکروالکترومکانیکی استفاده میشوند. این مسیرها عناصر مکانیکی و الکترونیکی را در یک مسیر واحد ترکیب میکنند.
پنل های خورشیدی
پنلهای خورشیدی کاربردهایی در فضای باز دارند. آنها به موادی با خواص گسترده نیاز دارند که بتوانند در برابر خوردگی و عوامل محیطی بحرانی مقاومت کنند. به همین دلیل است که مهندس، مسیرهای مسی را در PCB های پنلهای خورشیدی قرار میدهد.
یکپارچگی سیگنال
مسیرهای مسی به طور گسترده در دستگاههای الکترونیکی استفاده میشوند. این امر یکپارچگی سیگنال را بهبود میبخشد و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و تداخل سیگنالهای مزاحم را کاهش میدهد.
آلومینیوم (آل)
همانطور که همه ما میدانیم، آلومینیوم دهههاست که در تکنیکهای تولید مورد استفاده قرار میگیرد. این فلز به راحتی در بازار موجود است. این فلز از ویژگیهای مقاومت در برابر خوردگی عالی برخوردار است. مسیرهای PCB آلومینیومی از طریق فرآیند تولیدی به نام هسته فلزی ساخته میشوند.
استفاده از آلیاژهای آلومینیوم برای ساخت مسیرهای مدار چاپی برای محصولات سبک وزن بسیار مهم است. ویژگیهای رسانایی حرارتی آن به اتلاف گرمای تولید شده در حین عملیات انتقال کمک میکند.
خواص:
● رسانایی الکتریکی کمتر
● رسانایی حرارتی عالی
● سبک وزن
● محافظت در برابر خوردگی
● بادوام
● قابل اعتماد
برنامه های کاربردی:
الکترونیک کرایوژنیک
خطوط آلومینیومی به عنوان سیمکشی ابررسانا عمل میکنند. این امر امکان تأمین سیگنال را فراهم میکند. به همین دلیل است که جریان برق با توان بالا را در دماهای برودتی حفظ میکند. این امر به طور قابل توجهی به دماهای پایین نیاز دارد. محصولات الکترونیکی برودتی، محاسبات کوانتومی یا ابزارهای تحقیقاتی پیشرفته و ابزارهای علمی هستند.
بردهای مدار چاپی شفاف برای سیستمهای اشعه ایکس
ردپاهای آلومینیومی حاوی عدد اتمی هستند. آنها به دلیل تضعیف کمتر اشعه ایکس در سیستمهای اشعه ایکس مورد استفاده قرار میگیرند. این ردپاها به طور ماهرانهای جذب اشعه را نسبت به مس کاهش میدهند. این ردپاها هنگامی که مصرفکننده از یک جسم اشعه ایکس میگیرد، شفاف میشوند. این امر امکان مشاهده واضح نتایج را فراهم میکند.
کاربردهای پرتو هستهای
همانطور که بحث کردیم، آلیاژهای آلومینیوم رسانایی حرارتی خوبی دارند. بنابراین، سازنده از آنها برای ساخت کاربردهای پرتو هستهای استفاده میکند. این کاربردها شامل سطوح بالای تابش هستند. ردپاهای آلومینیومی اتلاف گرما را مدیریت میکنند. رویکردهای تشخیص، ابزار دقیق هستهای و الکترونیک شتابدهنده ذرات از این ردپاها استفاده میکنند. این به آنها کمک میکند تا تولید گرما را کاهش دهند.
سیستم های روشنایی LED
روشنایی LED در حین کار همچنان گرما تولید میکند. به عناصری نیاز دارد که این گرمای بیش از حد را منتقل کنند. تابلوهای آلومینیومی بهترین گزینه برای کنترل گرمای بیش از حد هستند.
هوافضا و خودرو
مصرفکنندگان از ریلهای آلومینیومی در سیستمهای صنعتی مختلف استفاده میکنند. این ریلها از گرم شدن بیش از حد در حین کار جلوگیری میکنند. در صنایع هوافضا و خودروسازی، ریلهای آلومینیومی در وسایل نقلیه، هواپیماها، محصولات خانگی و دستگاههای مصرفی استفاده میشوند. این دستگاهها ریلهای آلومینیومی را به عنوان یک سینک حرارتی در خود جای دادهاند.
نقره ای (نقره ای)
نقره از طلا ارزانتر است. این فلز رسانایی بالایی در برابر گرما و مقاومت در برابر خوردگی دارد. این امر میتواند لحیمکاری بهبود یافته را ممکن سازد. تولیدکنندگان از این ماده برای افزایش سطح نهایی مس استفاده میکنند. بر این اساس، یک لایه محافظ روی سطوح برد ایجاد میکند.
خواص:
● به طور موثر گرما را دفع می کند.
● بالاترین رسانایی الکتریکی.
● در برابر اکسیداسیون بهتر از مس مقاومت میکند.
● گران
برنامه های کاربردی:
بردهای مدار با فرکانس بالا
مسیرهای نقرهای ظرفیت جریان خوبی دارند. این امر از انتقال سیگنال پشتیبانی میکند. این مسیرها وقفه در سیگنالها در فرکانسهای بالا را از بین میبرند. آنها در مدارهای RF و محصولاتی با انتقال سیگنال دقیق استفاده میشوند.
دستگاههای پزشکی
رگههای نقره در دستگاههای تنظیم ضربان قلب و دستگاههای تشخیصی استفاده میشوند. هدف اصلی چیست؟ این رگهها برای بهبود عملکرد تجهیزات در PCBها قرار میگیرند. این به آنها امکان میدهد اطلاعات دقیقی از دستگاههای حساس جمعآوری کنند.
سیستم های نظامی
فلز نقره یک جایگزین اقتصادی برای مس است. بنابراین، به طور گسترده در سیستمهای نظامی استفاده میشود. این فلز از کاربردهای دریایی در برابر شرایط سخت محافظت میکند.
فروش الکترونیک
شرکتهای تولیدکنندهی برد مدار چاپی مانند PCBasic بر ساخت قطعات الکترونیکی ایمن و قابل اعتماد تمرکز دارند.. رگههای نقره یک لایه اضافی برای لحیمکاری به PCB فراهم میکنند. این امر طول عمر و قابلیت استفاده از برنامه را افزایش میدهد.
طلا (طلا)
طلا در مقایسه با سایر فلزات، مادهای گرانقیمت است. با این حال، طلا طیف وسیعی از خواص را دارد. میتوانید از این ماده برای ایجاد آثار بادوام در بردهای مدار استفاده کنید. علاوه بر ویژگیهای اصلی آن (مقاومت در برابر خوردگی، انعطافپذیری و ظرفیت حرارتی)، اتصال قوی بین سیمها را ممکن میسازد. این ماده زیستسازگار است و به سرعت ذوب میشود. تولیدکننده میتواند این قطعه را برای تولید محصولات جدید بازیافت کند.
خواص:
● مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون و خوردگی
● زیست سازگار
● پرداخت سطح
● پرهزینه
● انعطافپذیری
● ذوب آسان
● لحیم کاری خوب
● بدون سرب
برنامه های کاربردی:
کانکتورهای لبه و کنتاکتهای سوئیچ
از ماده طلا در PCB برای پوشش کانکتورهای لبه و اتصالات سوئیچ استفاده میشود. این امر به ایجاد اتصال پایدار در طول زمان کمک میکند.
ریز الکترونیک
سهم میکروالکترونیکها مانند ICها یا نیمهرساناها در PCBها زیاد است. به همین دلیل است که طلا برای تثبیت ویژگیهای رسانایی آن انتخاب میشود.
تجهیزات الکترونیکی
ستونهای روکش طلا در گجتهای الکترونیکی مانند رایانهها، وسایل پوشیدنی و تلفنهای هوشمند استفاده میشوند. آنها از طریق مدارهای ثانویه به مادربرد متصل میشوند.
فضاپیماها و ماهواره ها
کاربردهای فضاپیما و ماهواره از رگههای طلا در PCB برای مقاومت در برابر آب و هوای پرخطر استفاده میکنند. این رگهها به طور مؤثر انتقال ارتباطات و سیستمهای قدرت آنها را کنترل میکنند.
نیکل (نیکل)
از مواد نیکل معمولاً برای ایجاد لایههای دولایه روی صفحات مسی در PCB استفاده میشود. لایههای اول صفحات را از زنگزدگی و اکسیداسیون محافظت میکنند. به طور مشابه، لایه دوم طول عمر آن را افزایش میدهد. این فلز همچنین به عنوان مانعی بین قطعات لحیم و مس عمل میکند.
خواص:
● مقاومت قوی در برابر اکسیداسیون ارائه میدهند.
● افزایش طول عمر
● قابلیت لحیم کاری
● رسانایی الکتریکی متوسط
● سختی
برنامه های کاربردی:
آبکاری ENIG
آبکاری طلا به روش غوطهوری بدون الکترولس نیکل روی برد مدار چاپی انجام میشود که یک لایه محافظتی اضافی در برابر اکسیداسیون ایجاد میکند.
سوراخهای آبکاری شده
این مهندس از نیکل برای آبکاری سوراخها استفاده میکند. آنها استحکام مکانیکی بردهای مدار چاپی چند لایه را بهبود میبخشند.
کانکتورها و نقاط تماس
کانکتورها و نقاط تماس PCBها برای استفاده طولانی مدت نیاز به یکپارچگی قوی دارند. بنابراین، از مواد نیکل برای لحیم کاری و اتصال قطعات استفاده میشود.
ضخامت ردیابی PCB
ضخامت مسیر PCB به عنوان عرض و ارتفاع مسیر شناخته میشود. این مقدار را میتوان بسته به طراحی پروژه تعیین کرد. معمولاً ضخامت مسیر برد مدار چاپی از 0.008 اینچ تا 0.240 اینچ متغیر است. هنگام تعیین ضخامت مسیر PCB، عوامل زیر را در نظر بگیرید:
● ضخامت استاندارد
● عرض مسیر
● خاتمه ردیابی
● ماشین حساب اندازه ردیابی
ضخامت استاندارد
ضخامت استاندارد مسیرهای PCB برای کاربردهای ساده تا صنعتی حدود 0.5 اونس بر فوت مربع تا 2 اونس بر فوت مربع است. با این حال، پروژههای سنگین با برق ولتاژ بالا به 2 اونس بر فوت مربع یا بیشتر نیاز دارند.
عرض ردیابی
تعیین عرض مسیر معمولاً توسط سازنده PCB ثابت و مشخص میشود. این به خط نازک مسی رسانا اشاره دارد که سیگنالها را منتقل میکند.
ردیابی خاتمه
نکته دیگری که خواننده باید به خاطر داشته باشد این است که محل اتصال مسیرها و پدها نیز بر ضخامت مسیر تأثیر میگذارد. عرض مسیر عمدتاً بر اساس عرض پدها در ردپاهای SOIC تعیین میشود.
ماشین حساب اندازه مسیر
تولیدکنندگان PCB همچنین از محاسبهگرهای اندازه مسیر برای سنجش ضخامت مسیر استفاده میکنند. این به آنها کمک میکند تا ابعاد مناسب را برای جلوگیری از گرمای بیش از حد و خطر شوک انتخاب کنند.
عرض مسیر PCB در مقابل جریان
عرض مسیر PCB در مقابل جریان چیست؟ اگر خیلی ساده بگوییم، میتوان گفت که رابطه بین مسیر PCB و جریان، ظرفیت انتقال را نشان میدهد. اندازه ضخامت مسیر به طور چشمگیری بر ولتاژ توان جریان کم تا زیاد تأثیر میگذارد. بنابراین، انتخاب اندازه مناسب برای افزایش قابلیت اطمینان PCB ضروری است.
محاسبه عرض مسیر PCB برای جریان:
● استاندارد IPC-2221
● عواملی که باید در نظر گرفته شوند
استاندارد IPC-2221
IPC-2221 موثرترین رویکرد است. این به تولیدکنندگان کمک میکند تا اندازه دقیق ضخامت مسیر را تعیین کنند. این روش چندین جنبه حیاتی را در قالب فرمولها و نمودارهای ظرفیت جریان و افزایش دما نشان میدهد. به نمودار ذکر شده در زیر نگاه کنید. این نمودار شما را در نحوه انتخاب اندازه ضخامت راهنمایی میکند. این نمودار بر اساس ظرفیت جریان برای لایههای خارجی و داخلی است.
|
جریان (آمپر)
|
عرض مسیر خارجی (میلیون)
|
عرض مسیر داخلی (میلیون)
|
عرض مسیر خارجی (میلیون)
|
عرض مسیر داخلی (میلیون)
|
|
|
(افزایش ۱۰ درجه سانتیگراد)
|
(افزایش ۱۰ درجه سانتیگراد)
|
(افزایش ۱۰ درجه سانتیگراد)
|
(افزایش ۱۰ درجه سانتیگراد)
|
|
0.5
|
6
|
12
|
4
|
7
|
|
1
|
12
|
24
|
7
|
14
|
|
2
|
20
|
40
|
12
|
24
|
|
3
|
30
|
60
|
20
|
40
|
|
5
|
50
|
100
|
30
|
60
|
|
10
|
100
|
200
|
60
|
120
|
|
15
|
150
|
300
|
100
|
200
|
عوامل در نظر گرفتن
● جریان فعلی
● افزایش دمای مجاز
● لایه PCB
چگونه خطوط روی برد مدار را تعمیر کنیم؟
بنابراین، وقتی یک مسیر روی برد مدار چاپی خراب میشود، میتوانید خودتان آن را تعمیر کنید. نکته اساسی این است که باید مسیر جدیدی برای جریان برق ایجاد کنید. ابتدا، ناحیه آسیبدیده را برای تعمیر PCB تمیز کنید. میبینید، هرگونه کثیفی مانع از چسبیدن تعمیر میشود. سپس از رنگ رسانا، لحیم یا یک سیم نازک برای اتصال مجدد مسیر خراب استفاده کنید.
نکته اصلی این است که مطمئن شوید اتصال جدید محکم است و اتصال کامل برقرار میشود. چرا مهم است؟ چون یک تعمیر ضعیف به زودی دوباره خراب میشود. متوجه شدید؟ اگر تعمیر دقیق برد مدار را انجام دهید، دیگر نیازی به تعویض کل برد نخواهید داشت!
نتیجه
مسیرهای مدار چاپی، مسیرهای استاندارد بردهای مدار چاپی هستند. آنها انتقال سیگنالها را در تمام عناصر توزیع میکنند. سازنده میتواند از بین چندین ماده برای ساخت مسیرهای مورد نظر خود انتخاب کند. این مسیرها به طور گسترده در طیف وسیعی از کاربردها برای یکپارچگی سیگنال استفاده میشوند. ضخامت و عرض مسیرها مستقیماً بر عملکرد آنها تأثیر میگذارد. بنابراین، هنگام طراحی مسیرهای PCB خود با ویژگیهای عملکردی، جنبه خاص را در نظر بگیرید.
