خب دوباره اومدیم با یک چیست دیگه! در این قسمت از چیست، قراره به مدار چاپی یا PCB بپردازیم که اصلا کار این بزرگوار چی هست و چه فایده هایی توی زندگی ما داشته.
مدار چاپی(Printed Circuit Board یا PCB) یکی از مهمترین و پرکاربردترین قطعات الکترونیکی است که در صنعت الکترونیک به کار می‌رود. PCB یک برد پایه و یا Substrate است که روی آن تراشه های(آی سی) الکترونیکی، مقاومت ها، خازن ها، ترانزیستورها، ماسفت ها و سایر قطعات الکترونیکی قرار می‌گیرند. با استفاده از PCB، می‌توان قطعات را به هم وصل کرد و به راحتی آنها را به محل مورد نظر در دستگاه الکترونیکی جاگذاری کرد.
برای ساخت PCB، ابتدا یک طرح الکترونیکی با استفاده از نرم‌افزارهای طراحی مدار چاپی مانند آلتیوم دیزاینر ایجاد می‌شود. سپس این طرح روی برد پایه یا فیبر مدار چاپی خام قرار می‌گیرد و با استفاده از تکنیک های مختلفی نظیر اسیدکاری(مس بری)، حفره‌کاری و رسانایی، مسیرهای مورد نیاز برای اتصال قطعات روی برد ایجاد می‌شوند. سپس، با استفاده از فرایند نقاشی با ماژیک ضد اسید و پوشش مس، سطوحی که نباید به آنها دسترسی داشته باشیم، مثل مسیرهای زمین و رود، پوشش داده می‌شوند.
در ادامه، قطعات الکترونیکی به سطح برد لحیم می‌شوند و برد نهایی آماده استفاده می‌شود. مزایای استفاده از PCB شامل کاهش هزینه و زمان ساخت، افزایش دقت و قابلیت اطمینان بیشتر، کاهش حجم دستگاه الکترونیکی، و کاهش خطرات ناشی از الکتریک(برق) است. این قابلیت‌های PCB باعث شده است که در انواع مختلفی از دستگاه‌های الکترونیکی، از جمله تلفن های همراه، لباسشویی، تلویزیون، لپ تاپ، کامپیوتر و غیره استفاده شود.
این روش اکثرا برای پروژه های کوچک و تکی می باشد چرا که اگر تعداد پروژه و کار با مدار چاپی زیاد باشد باعث اتلاف وقت و انرژی بسیار می شود.
پس اگه تعداد پروژه یا مدار چاپی بالایی داشتم باید چیکار کنیم؟
خب برای این مشکل هم چاره ای ایجاد شده. برخی شرکت ها، مجموعه ها و یا کارگاه ها با استفاده از دستگاه های مخصوص چاپ مدار چاپی انجام می دهند به طور مثال مجموعه ویروکیت با استفاده از دستگاه های مرغوب و با کیفیت اقدام به طراحی و چاپ مدار چاپی می کند.
طراحی مدار چاپی چی هست؟
طراحی مدار چاپی یک فرآیند پیچیده است که به طراحی و ساخت مدارهای الکترونیکی با استفاده از تکنولوژی چاپ بر روی صفحه‌ای فلزی می‌پردازد. در این روش، اجزای مختلف مدار مثل ترانزیستورها، مقاومت‌ها، خازن‌ها و … بر روی صفحه‌ای فلزی به چاپ می‌رسند. این روش ساخت مدارات الکترونیکی بسیار پرکاربرد است و به دلیل قیمت پایین و سرعت بالای آن، به صورت گسترده در صنعت الکترونیک استفاده می‌شود. مراحل طراحی مدار چاپی شامل طراحی سخت‌افزار، شبیه‌سازی، انتخاب مواد، طراحی PCB، تولید و تست مدار می‌شود. در مرحله طراحی سخت‌افزار، مدار در نرم‌افزارهای مختلفی مانند آلتیوم دیزاینر و … طراحی می‌شود و با استفاده از شبیه‌سازی‌های مختلف، عملکرد مدار تست و بهبود داده می‌شود.
چاپ مدار چاپی یعنی چی؟
چاپ مدار چاپی(PCB Printing) یکی از روش های ساخت مدار چاپی است که به دلیل سهولت و سرعت بالا در ساخت قطعات الکترونیکی، توسط بسیاری از سازندگان و کارفرمایان الکترونیکی استفاده می‌شود. در این روش، پوشش مسی که برای ایجاد اتصالات الکتریکی بین قطعات الکترونیکی در مدار چاپی استفاده می‌شود، روی یک شیشه تقطیر شده و با استفاده از یک پرینتر حرارتی به روی یک برد پایه انتقال می‌یابد.
برای چاپ مدار چاپی، ابتدا یک فایل نقشه لایه ها(Gerber File) با استفاده از نرم‌افزارهای طراحی مدار چاپی مانند آلتیوم دیزاینر ایجاد می‌شود. سپس، این فایل به یک پرینتر حرارتی داده می‌شود که به شیشه تقطیر چسبانده شده است. پرینتر حرارتی سپس شیشه را با یک پوشش مسی پوشانده و سپس با استفاده از یک اتوکلاو(Autoclave)، پوشش مسی را به برد پایه چسبانده و آن را با دمای بالا(بین 170-200 درجه سانتی‌گراد) از میان می‌برد. بعد از چسباندن پوشش مسی به برد پایه، باید سوراخ های لازم با دستگاه های CNC برای اتصال قطعات الکترونیکی به هم ایجاد شود. این کار با استفاده از یک دستگاه حفر برد انجام می‌شود که با استفاده از یک فایل نقشه لایه ها، سوراخ های لازم برای اتصال قطعات الکترونیکی به هم ایجاد می‌شود. در نهایت، قطعات الکترونیکی روی برد پایه قرار داده می‌شوند و با استفاده از یک دستگاه لحیم کاری، به یکدیگر وصل می‌شوند.
تا اینجا متوجه شدیم که مدار چاپی(PCB) و چاپ مدار چاپی چی هستند. اگر دقت کرده باشید روی هر برد چاپ شده رنگ خاصی وجود دارد مانند سبز، بنفش، آبی و غیره اما علت این رنگ ها چیست؟
به این رنگ ها چاپ سولدر(Solder Mask) یا محافظ قلع کاری گفته می شود که در ادامه با این مرحله از چاپ مدار چاپی همراه شما هستیم😏
چاپ سولدر یا چاپ سبز چیست؟
این مرحله آخر چاپ PCB قبل از گذاشتن قطعات روی برد است. چاپ سولدر یا چاپ سبز، یکی از مراحل مهم در فرایند تولید مدار چاپی است که به عنوان یکی از روش های اتصال قطعات الکترونیکی به سطح مدار چاپی مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش، سولدر به عنوان یک جوش نرم و ذوب شونده مانند فلزی استفاده می شود که به وسیله یک دستگاه مخصوص به نام دستگاه پایه‌گذاری، روی سطح مدار چاپی اعمال می شود. در چاپ سبز، برخلاف چاپ سولدر معمولی، از یک لایه پوششی سبز رنگ به نام “رزین مصنوعی” برای پوشش سطح مدار چاپی استفاده می شود. این پوشش به دلیل خاصیت مقاومتی، از اتصالات الکتریکی سریع و موثری برای قطعات الکترونیکی به سطح مدار چاپی بهره می برد. در فرایند چاپ سبز، ابتدا سطح مدار چاپی با پوشش مسی که به عنوان یک پایه اساسی استفاده می شود، تهیه می شود. سپس، طبق نقشه مدار چاپی، قطعات الکترونیکی روی سطح مدار چاپی قرار می گیرند و با استفاده از دستگاه پایه‌گذاری، سولدر برای اتصال قطعات الکترونیکی به سطح مدار چاپی استفاده می شود. در این مرحله، سولدر به دو صورت مختلف می تواند به کار برود؛ به صورت چاپ سبز و چاپ سولدر معمولی.
مزایای استفاده از چاپ سبز عبارتند از:
- افزایش سرعت تولید
- کاهش هزینه ها
- بهبود اتصال قطعات الکترونیکی به سطح مدار چاپی
- مقاومت در برابر خرابی، تغییر رنگ، اتصالی و غیره
معایب استفاده از چاپ سبز عبارتند از:
- هزینه بالا: تجهیزات مورد نیاز برای انجام چاپ سولدر سبز گران است و هزینه بالایی دارد.
- مصرف انرژی بالا: این روش نیاز به دمای بالایی دارد که باعث مصرف انرژی بالا می‌شود.
- مشکلات در اتصالات: ممکن است برخی از اتصالات به دلیل نامناسب بودن فرآیند چاپ به درستی انجام نشود و باعث خرابی اجزای الکترونیکی شود.
- پایداری در برابر دما: ممکن است چاپ سولدر سبز به دلیل حساسیت به دما، پایداری کافی را در برابر تغییرات دما نداشته باشد.
- محدودیت در اندازه قطعات: ممکن است سایز برخی از اجزای الکترونیکی بزرگ‌تر از حد مجاز برای چاپ سولدر سبز باشد.
مزایای استفاده از چاپ سولدر معمولی عبارتند از:
- هزینه کم: تجهیزات لازم برای چاپ سولدر معمولی قابل دسترس و به راحتی در دسترس است، بنابراین هزینه کمتری برای انجام عملیات لازم در مقایسه با چاپ سولدر سبز نیاز است.
- سرعت بالا: چاپ سولدر معمولی اجازه می‌دهد تا عملیات اتصال اجزای الکترونیکی به سرعت و با دقت انجام شود، به عنوان مثال، در مقایسه با دیگر روش‌های اتصال الکترونیکی مانند اتصال با سیم.
- پایداری در برابر دما: معمولاً سولدر استفاده شده در چاپ سولدر معمولی با دماهای بالا سازگار است و می‌تواند پایداری و عملکرد صحیحی را در برابر تغییرات دما حفظ کند.
- کارایی بالا: با استفاده از چاپ سولدر معمولی، می‌توان عملیات اتصال را در حجم بالا و با سرعت بالا انجام داد و در نتیجه به کارایی بالاتری در صنعت الکترونیک دست یافت.
معایب استفاده از چاپ سولدر معمولی عبارتند از:
- ریزش جوش در طی فرایند تولید مدار چاپی که باعث ایجاد نقص در قطعات الکترونیکی می‌شود.
- ناهمگونی پخش جوش در سطح مدار چاپی که باعث کاهش کیفیت اتصالات الکتریکی می‌شود.
- مشکل در حذف اضافی جوش‌ها که می‌تواند باعث آسیب به قطعات الکترونیکی و یا کاهش کیفیت اتصالات الکتریکی شود.
- افزایش هزینه تولید به دلیل نیاز به تعویض و بازسازی قطعات خراب شده و یا به دلیل کاهش کیفیت اتصالات الکتریکی.
جمع بندی
فیبر مدار چاپی(PCB) اساسی ترین وسیله برای ابزارآلات و مدارات الکترونیکی و الکتریکی است چرا که بدون ایشون هیچ بردی نمی تواند تولید شود. ممنونم که تا اینجا همراه ما بودید امیدوار هستیم که اطلاعات ما برای شما مفید واقع شده باشه.