آیا تا به حال فکر کردهاید چه چیزی گوشی هوشمند شما را هوشمندتر و لپتاپهایتان را بسیار سریع میکند؟ این به دلیل انواع مختلف PCB است که با هم کار میکنند تا محصول نهایی را به شما ارائه دهند. در دنیای فناوری مدرن امروز، بردهای مدار چاپی قهرمانان گمنام هستند!
بردهای مدار چاپی (PCB) در رنگها، شکلها و اندازههای مختلفی عرضه میشوند، اما آنچه انواع بردهای مدار چاپی را از هم متمایز میکند، لایهها، طراحی و هدف ساخت آنهاست. چه یک علاقهمند به فناوری باشید، چه یک مهندس تازهکار، یا صرفاً کسی که در مورد عملکرد داخلی گجت خود کنجکاو است، کمربندهایتان را محکم بگیرید زیرا قرار است از بینشهای PCB پرده برداری کنیم. این راهنما انواع مختلف بردهای مدار، کاربردهای آنها و نحوه عملکردشان را آشکار خواهد کرد. پس بیایید شروع کنیم.
1. PCB تک لایه
برد مدار چاپی تک لایه ابتداییترین نوع طراحی PCB است. همانطور که از نامش پیداست، یک برد تک لایه تنها با یک لایه ساخته میشود که شامل دو طرف است: یک طرف رسانا و طرف دیگر برای قرار دادن قطعات.
برد مدار چاپی تک لایه با انواع مختلفی از مواد برد مدار چاپی مانند مس رزین، فیبر شیشه و موارد دیگر عرضه میشود.
مزایای زیادی برای طراحی PCB تک لایه وجود دارد، مانند:
-
1. نصب آسان که باعث صرفهجویی در هزینه مونتاژ PCB میشود.
-
۲. طراحی ساده، زمان کمتری برای ایجاد توسط یک شرکت صرف میشود.
-
۳. مؤثر و آسان برای آزمایش.
-
۴. نویز کم که میتواند در عملکرد برد اختلال ایجاد کند.
-
۵. لحیم کاری آسان و سریع برای نمونه ها و سریع و ارزان در تولید انبوه.
برد مدار چاپی تک لایه برای انواع مختلف تست برد مدار چاپی بسیار مناسب است زیرا طراحی، مونتاژ و اطمینان از عملکرد صحیح اجزا آن آسان است. برد مدار چاپی تک لایه اغلب در نمونهسازی اولیه و تست انواع بردهای مدار استفاده میشود، اگرچه اگر طراحی به اندازه کافی ساده باشد که با نیازهای برنامه مطابقت داشته باشد، معمولاً چنین بردهایی به تولید انبوه نیز میرسند.
به جز برای نمونهسازی و آزمایش، این برد میتواند در کاربردهایی مانند موارد زیر استفاده شود:
-
۱. دوربینهای نظارتی و شخصی
-
2. روشنایی LED
-
۳. کالاهای مصرفی مانند قهوهساز، دستگاههای رادیویی، چاپگر و غیره…
-
۴. ماشینآلات صنعتی مانند دستگاههای فروش خودکار، سیستمهای چندرسانهای و موارد دیگر…
اگر به دنبال یک راه حل سریع و آسان برای ساخت انواع برد مدار چاپی (PCB) با هزینه کم هستید، برد مدار چاپی تک لایه میتواند راه حل مناسبی برای نیازهای شما باشد.
2. برد مدار چاپی دو لایه
برد مدار چاپی دو لایه (که گاهی اوقات برد مدار چاپی دو طرفه یا دو لایه نامیده میشود) از انواع محبوب برد مدار چاپی در تولید انبوه طرحهای برد مدار چاپی محسوب میشوند. برد مدار چاپی دو لایه از دو طرف، بالا و پایین، که شامل صفحات ساندویچی، مواد عایق و سایر انواع مختلف مواد برد مدار چاپی است، تشکیل شده است.
بردهای مدار چاپی دولایه به دلیل هزینه پایین، سهولت طراحی و سرعت تولید، انتخاب بسیار محبوبی در بین علاقهمندان به سختافزار هستند. این لایه دوگانه از کانکتورهایی به نام "vias" تشکیل شده است، سوراخهای کوچکی که مدارها را از یک لایه به لایه دیگر متصل و پل میکنند. بردهای مدار چاپی یک طرفه فقط میتوانند از یک طرف مونتاژ شوند و نیازی به vias یا طرحهای سیمکشی پیچیده ندارند. vias به مهندسان این امکان را میدهد که به طور موثر یک طرف برد را به طرف دیگر پل بزنند و در نهایت چندین قطعه را به عنوان یک مدار واحد در یک طراحی خاص متصل کنند.
لایههای دوتایی اغلب در کاربردهایی مانند موارد زیر استفاده میشوند:
-
۱. کاربردهای صنعتی و کنترلکنندهها.
-
۲. تجهیزات و لوازم نظارت بر توان.
-
۳. مبدلهای برق AC-DC یا DC-DC.
-
۴. رلهها و پلها برای باز و بسته کردن مدارها.
-
۵. سیستمهای منبع تغذیه بدون وقفه (یو پی اس)
-
۶. سایر انواع کاربردهای PCB …
هر زمان که یک مهندس/طراح سختافزار باتجربه هستید، PCB دولایه در بیشتر مواقع باید کار را انجام دهد. یک PCB دولایه اغلب بهترین انتخاب هنگام طراحی یک پروژه PCB کاملاً جدید محسوب میشود.
۳. برد مدار چاپی چند لایه
برد مدار چاپی چند لایه به هر برد مدار چاپی دیگری که بالاتر از آستانه ۲ لایه باشد، اشاره دارد. برخی از طرحهای پیچیده به تعداد زیادی لایه نیاز دارند. ویاسهای متصل و انتقال اطلاعات، که منجر به طراحی PCB چند لایه خواهد شد. PCB چند لایه میتواند از ۴ تا ۱۶ لایه روی یک PCB واحد تشکیل شود.
برخلاف طرحهای دیگر مانند بردهای مدار چاپی دو طرفه یا تک لایه که فقط شامل دو لایه رسانا هستند که بین بردهای مسی قرار گرفتهاند، یک برد مدار چاپی چند لایه (برد مدار چاپی با بیش از ۲ لایه) حداقل سه لایه از ماده رسانا دارد که در مرکز ماده برد مدار چاپی قرار گرفتهاند.
نکتهای که باید در نظر گرفت این است که هرچه تعداد لایهها و تراکم در انواع مختلف PCB بیشتر باشد، طراحی پیچیدهتر خواهد بود و اغلب به منابع و زمان بیشتری در طراحی، تولید و آزمایش PCB نیاز دارد.
حالا که به خوبی از چیستی برد مدار چاپی چند لایه آگاه شدید، بیایید به مزایای آن بپردازیم. در اینجا برخی از مزایای بردهای مدار چاپی چند لایه آورده شده است.
● تراکم بالای قطعات، دستگاههای جمعوجور و غنی از ویژگیها را ممکن میسازد.
● تداخل الکترومغناطیسی (EMI) را به حداقل میرساند.
● ایدهآل برای کاربردهای با سرعت بالا و فرکانس بالا.
● مرجعهای زمین پایدار برای قطعات فراهم میکند.
● با وجود چندلایه بودن، به ایجاد دستگاههای براق و سبک کمک میکند.
برای ساخت یک برد مدار چاپی چند لایه، ما از لایههای متناوب مواد زیرلایه و پیشپرگ با فویلهای مسی استفاده میکنیم. سپس، مس ناخواسته را برای ایجاد مسیرهای مدار مورد نظر، اچ میکنیم. تعداد لایههای بین بردهای مدار چاپی چند لایه میتواند از ۴ تا ۲۰ لایه یا بیشتر، بسته به پیچیدگی دستگاهها، بسیار متفاوت باشد.
بیایید به برخی از حوزههای کلیدی که معمولاً از بردهای PCB چندلایه استفاده میشود، نگاهی بیندازیم.
● میتوانید آنها را در تلفنهای هوشمند، تبلتها، لپتاپها و تلویزیونهای هوشمند پیدا کنید.
● آنها ستون فقرات سرورهای کامپیوتری و مراکز داده هستند.
● در تجهیزات شبکه، روترها و دستگاههای ارتباطی.
● تجهیزات پزشکی مانند دستگاههای MRI و اسکنرهای سیتی از PCB های چند لایه استفاده میکنند.
● آنها همچنین نقش مهمی در سیستمهای اتوماسیون و کنترل مورد استفاده در کارخانهها و ماشینآلات صنعتی دارند.
4. PCB های صلب
بردهای مدار چاپی صلب یا بردهای مدار چاپی صلب، نوع اساسی بردهای مدار الکترونیکی هستند که به دلیل انعطافناپذیری و دوامشان شناخته میشوند. به دلیل ساختار مستحکمشان، میتوانید آنها را در اکثر اقلام مورد استفاده روزانه پیدا کنید.
همانطور که از نامشان پیداست، نمیتوان آنها را خم کرد یا تغییر شکل داد. اگر بخواهیم در مورد ساخت آنها صحبت کنیم، از لایههای مختلفی مانند لایه زیرلایه، لایه سیلک اسکرین، لایه مس و لایههای ماسک لحیم استفاده میشود. برای اتصال این لایهها به یکدیگر، از گرما و چسب استفاده میکنیم.
چیزی که بردهای مدار چاپی سخت را متمایز میکند، تطبیقپذیری آنهاست که آنها را به بردهای یکطرفه، دوطرفه یا حتی چندلایه تبدیل میکند. برخلاف سایر بردها که میتوانند یکطرفه یا دوطرفه باشند، میتوانید بردهای سخت را به دلخواه خود تغییر دهید و در عین حال در محدوده بودجه خود باقی بمانید.
بیایید به مزایای آن بپردازیم:
● آنها برای دستگاههای الکترونیکی پیچیده که میتوانند اجزای زیادی را در خود جای دهند، ایدهآل هستند.
● از نظر هزینه، بردهای مدار چاپی سفت و سخت از بردهای مدار چاپی انعطافپذیر یا بردهای مدار چاپی انعطافپذیر-سفت اقتصادیتر هستند.
● آنها کاربردهای زیادی از الکترونیک گرفته تا سیستمهای کنترل صنعتی دارند.
● با ساختار سفت و سخت آنها، میتوانید انتظار داشته باشید که بدون ساییدگی و پارگی، مدت طولانیتری کار کنند.
اگر به دنبال یک راهحل مقرونبهصرفه هستید که بتوان آن را در مقادیر زیاد تولید کرد، بردهای مدار چاپی صلب انتخاب فوقالعادهای هستند. رایجترین مواد مورد استفاده در ساخت آن شامل FR-4 (مقاوم در برابر آتش-4) و سایر زیرلایهها مانند سرامیک، هسته فلزی و مواد کامپوزیتی است تا به دستگاه خواص منحصر به فردی بدهد.
حالا بیایید به کاربردهای صنعتی و روزمره آن بپردازیم:
● آنها بیشتر در واحدهای کنترل موتور (ECU) و سنسورهای خودرو استفاده میشوند.
● برای سیستمهای راداری و تجهیزات ارتباطی نظامی بسیار مهم است.
● در تجهیزات تصویربرداری پزشکی و ابزارهای تشخیصی یافت میشود.
● در سیستمهای توزیع برق و تجهیزات انرژیهای تجدیدپذیر به کار گرفته میشود.
۵. بردهای مدار چاپی منعطف
یک برد مدار انعطافپذیر از یک زیرلایه طبیعی انعطافپذیر، مانند پلیآمید کاپتون، ساخته میشود. این بردها به دلیل انعطافپذیری و تطبیقپذیریشان شناخته شدهاند و همین امر باعث میشود خم شوند یا تغییر شکل دهند. انعطافپذیری آنها، آنها را برای کاربردهایی مناسب میکند که در آنها PCBهای سفت و سخت سنتی کاربردی نخواهند بود.
مواد کلیدی مورد استفاده در ساخت آنها شامل پلی آمید و PET (پلی اتیلن ترفتالات) برای انعطاف پذیری است. علاوه بر این، درست مانند PCB های سفت و سخت، PCB های انعطاف پذیر از فویل های مسی برای مسیرهای رسانا استفاده می کنند.
در اینجا به برخی از مزایای آن اشاره می کنیم:
● انعطافپذیری آنها باعث میشود که در فضاهای کوچکتر هم جا شوند.
● تعداد کمتر کانکتورها و رابطها، خطر خرابی اتصال را کاهش میدهد.
● این برای کاربردهایی که وزن بسیار مهم است، مانند دستگاههای قابل حمل، ایدهآل است.
● بردهای مدار چاپی فلکس کمتر در معرض تنش و ارتعاشات مکانیکی قرار دارند.
● آنها میتوانند اشکال و خطوط خاص را تطبیق دهند و طراحیهای نوآورانه محصول را ممکن سازند.
حالا، بیایید ببینیم کجا میتوانیم PCB های انعطافپذیر پیدا کنیم:
● در دوربینهای دیجیتال به دلیل طراحی جمعوجورشان استفاده میشود.
● در کیسههای هوا و سیستمهای کنترل خودرو به کار میرود.
● این ماده در مانیتورهای سلامت پوشیدنی و ابزارهای جراحی یافت میشود.
● در حسگرها در اتوماسیون و رباتیک استفاده میشود.
● بخش جداییناپذیر در توسعه نمایشگرهای انعطافپذیر و لولهشونده برای صفحه نمایشهای نسل بعدی.
6. PCB های Rigid-Flex
برد مدار چاپی صلب-انعطافپذیر، دستهای تخصصی از PCBها است که ویژگیهای هر دو نوع PCB انعطافپذیر و صلب را در یک واحد ترکیب میکند. آنها دارای بخشهای صلب هستند که خم نمیشوند و واحدهای انعطافپذیری دارند که امکان تا شدن و خم شدن را فراهم میکنند. این طراحی منحصر به فرد، آنها را برای کاربردهای مختلف فوقالعاده متنوع میکند.
با نگاهی عمیق به ساختار آنها، متوجه خواهید شد که با ترکیبی از مواد ساخته شدهاند. به عنوان مثال، نوع سفت و سخت اغلب از مواد سنتی مانند FR4 استفاده میکند. در مقابل، بخشهای انعطافپذیر از پلیآمید تشکیل شدهاند که میتوانند در برابر خم شدن و تا شدن مقاومت کنند.
بهترین بخش در مورد این بردهای مدار چاپی این است که میتوانند جایگزین چندین برد مدار چاپی و کانکتور سنتی شوند و در دستگاههای جمع و جور فضای کمتری اشغال کنند. علاوه بر این، این بردها میتوانند اجزای با چگالی بالا را در خود جای دهند و آنها را برای سیستمهای الکترونیکی پیچیده مناسب کنند.
مانند بردهای مدار چاپی صلب و انعطافپذیر، آنها نیز مزایای مشابهی با برخی اضافات دارند. بیایید تصویر وسیعتری از آن داشته باشیم.
● کاهش تعداد کانکتورها و پیچیدگی مونتاژ اغلب در درازمدت منجر به صرفهجویی در هزینهها میشود.
● مهندسان با ایجاد طرحهای سهبعدی، کاهش وزن و بهینهسازی طرحبندی، آزادی طراحی بیشتری دارند.
● شکل انعطافپذیر آنها باعث صرفهجویی در فضا میشود.
● آنها به دلیل انعطافپذیری و بهرهوری فضا در سیستمهای کنترل صنعتی به کار گرفته میشوند.
اگر در مورد کاربردهای آن در صنایع صحبت کنیم، میتوانید آنها را در همه چیز از ابزارهای کوچک گرفته تا تجهیزات پزشکی بزرگتر و هر چیزی بین آنها پیدا کنید. در اینجا برخی از کاربردهای رایج آن آورده شده است.
● بردهای مدار چاپی انعطافپذیر و صلب در دستگاههای پزشکی مانند ضربانسازها و تجهیزات تشخیصی ضروری هستند.
● در سیستمهای هوافضا که کاهش وزن، قابلیت اطمینان و انعطافپذیری بسیار مهم است، استفاده میشود.
● آنها همچنین میتوانند در کیسههای هوا و سیستمهای سرگرمی یافت شوند.
۷. برد مدار چاپی با اتصال داخلی با چگالی بالا (HDI)
اتصالات با چگالی بالا، به طور خلاصه، HDI مخفف نوع برد مدار است که با چگالی بالاتری از سیمها ارائه میشود. برد HDI فضای محدودی دارد که منجر به فضاهای تنگ و خطوط باریک میشود.
در مقایسه با طرحهای معمولی PCB، طرحهای HDI در طراحیهای چند لایه با پرداختهای گرانقیمت، گزینهی مناسبی هستند. طرحهای HDI میتوانند مزایای متعددی در مقایسه با طرحهای معمولی، مانند PCB سبکتر در ابعاد کوچکتر و عملکرد الکتریکی بهتر، ارائه دهند.
الهامبخش طراحی برد HDI از صنعت نیمههادیها گرفته شده است. نیمههادیها از سطح بسیار کوچکی استفاده میکنند در حالی که میتوانند تعداد زیادی ترانزیستور و قطعات میکروالکتریکی را در خود جای دهند.
بردهای HDI به طور خاص برای انتقال سیگنالهای الکتریکی با سرعت بالا مناسب و بهینه شدهاند. این بردها از ویژگیهای متعددی از جمله انتقال HF (فرکانس بالا) و کنترل انسداد پشتیبانی میکنند. دلیل اینکه بردهای HDI با چگالی بهتر طراحی میشوند، طراحی مینیاتوری آنهاست که شامل قطعات الکترونیکی ریز است که با چگالی بالا در سراسر برد قرار گرفتهاند، به همین دلیل است که ما این نوع برد را PCB اتصال با چگالی بالا مینامیم.
کاربردهای بردهای HDI عبارتند از:
-
۱. کامپیوترهای شخصی (لپتاپ، رایانههای شخصی)
-
2. تلفن های همراه
-
۳. تجهیزات مراقبتهای بهداشتی
-
4. صنعت خودرو
-
۵. کنسولهای بازی
-
۶. پوشیدنیها، ساعتهای هوشمند و موارد دیگر…
فناوری مورد استفاده در تولید بردهای HDI امکان تقویت طرح اصلی PCB را فراهم میکند، اما در فضاهای کوچکتر، سبکتر و متراکمتر. فرآیند قرار دادن قطعات روی برد HDI به دلیل نیاز به دقت بالا و فضای سطحی کم، نیازمند فناوری پیشرفته PCBA و SMT است. تعمیر دستی چنین بردهایی به دلیل تراکم برد HDI میتواند برای مهندسان کار دشواری باشد.
برد HDI گزینه بسیار خوبی برای طرحهایی است که نیاز به انتقال سریع برق دارند و در عین حال قطعات را در فضای کوچکی جای میدهند.
۸. برد مدار چاپی فرکانس بالا
بردهای PCB با فرکانس بالا به انواعی از PCB گفته میشود که در فرکانسهای بالاتر از ۱ گیگاهرتز کار میکنند. مواد مختلفی مانند PTFE (پلی تترافلوئورواتیلن) وجود دارد که میتوان برای تولید چنین بردهایی از آنها استفاده کرد. این ماده اغلب به طور خلاصه تفلون نامیده میشود. اکثر انواع و طرحهای PCB با فرکانس بالا میتوانند به فرکانسی فراتر از ۵ گیگاهرتز برسند. انواع دیگری از مواد مانند FR1 (اپوکسی تقویتشده با شیشه) و PPO (اکسید پلیفنیلن) نیز وجود دارند. این نوع مواد در صورت استفاده صحیح میتوانند تا ۱۰ گیگاهرتز نیز برسند.
هدف از انواع برد مدار چاپی فرکانس بالا یا به اختصار HFP، برآورده کردن نیازهای طراحیهای پیشرفته برد مدار چاپی است. این نوع طراحیها نیاز به انتقال سریع سیگنال در محدوده فرکانس بالا دارند. این نوع قابلیت به HFP اجازه میدهد تا سیگنالها را با نرخ بالا و سرعت بسیار زیاد ارسال کند.
برخی از انواع PCB با فرکانس بالا در کاربردهای حیاتی مانند موارد زیر استفاده میشوند:
-
۱. سیستمهای ارتباطی، ایستگاههای شبکه، فرستندههای رادیویی فرکانس بالا و غیره…
-
۲. صنایع نظامی و کاربردهای آن شامل سلاح، موشک و دستگاههای ردیابی.
-
۳. سیستمهای راداری و کاربردهای آنها در هوافضا و هوانوردی
-
۴. کاربردهای پزشکی و مراقبتهای بهداشتی برای اهداف تشخیصی و نظارتی.
انواع برد مدار چاپی با فرکانس بالا به دلیل تواناییشان در انتقال سیگنالهای سریع با فرکانس بالا در مدارهای متعدد، برای استفاده در سیستمهای صنعتی و حیاتی بسیار مهم هستند. برای استفاده مصرفکننده، گزینههای دیگری مانند برد مدار چاپی دو لایه یا چند لایه ممکن است انتخاب بهتری باشند.
9. PCB های LED
با شنیدن نام LED، حتماً به یاد برخی از چراغها میافتید. پس حق با شماست! بردهای مدار چاپی LED به گونهای مهندسی شدهاند که اتصالات الکتریکی لازم، مدیریت حرارتی و پشتیبانی مکانیکی را برای LEDها فراهم کنند.
آنها معمولاً با استفاده از موادی ساخته میشوند که برای اتلاف گرما و انتقال نور بهینه شدهاند. به عنوان مثال، از آلومینیوم برای رسانایی حرارتی عالی، مس برای هدایت گرما و FR4 برای عایق الکتریکی خوب استفاده میکند.
این بردها دارای پدهای مخصوص طراحی شده برای لحیم کاری یا نصب LEDها هستند که اتصالات الکتریکی را تضمین میکنند. این طرح PCB، انتشار و انعکاس نور را برای به حداکثر رساندن خروجی نور LED در نظر میگیرد.
با وجود تمام این ویژگیهای قابل توجه، مزایای زیادی دارد. به عنوان مثال:
● آنها در اتلاف گرما برای حفظ عملکرد و طول عمر LED بسیار عالی هستند.
● خروجی نور بهینه شده، توزیع LED ها را به حداکثر میرساند.
● این بردها اتصالات الکتریکی قابل اعتمادی ارائه میدهند و خطر خرابی LED را کاهش میدهند.
● آنها همچنین جمع و جور هستند و باعث می شوند در فضاهای جمع و جور قابل تنظیم باشند.
حالا بیایید نگاهی به برخی از کاربردهای آن بیندازیم:
● آنها پایه و اساس سیستمهای روشنایی LED برای خانهها، ادارات و چراغهای خیابانی هستند.
● در چراغهای جلو، عقب و چراغهای داخلی خودرو استفاده میشود.
● در تلویزیونها، مانیتورها و صفحات نمایش کوچک در دستگاههایی مانند تلفنهای هوشمند یافت میشود.
● این در PCB های LED قرار دارد که توسط علائم و بیلبوردهای روشن تغذیه می شوند.
خلاصه
در این مقاله، انواع مختلف PCB و کاربردهای آنها را پوشش دادیم. فرقی نمیکند که نیاز به طراحی تک لایه یا چند لایه داشته باشید، PCBasic اینجاست تا به شما کمک کند.
با درک نیازهای کاربرد، میتوانیم ایده شما را به واقعیت تبدیل کنیم. با بیش از 15 سال دانش، ما قادر به انجام هر نوع PCB از جمله طرحهای پیچیده HFP و HDI هستیم.