آنچه باید درباره برد مدار چاپی بدانیم / pcb چیست ؟

برد مدار چاپی

pcb مخفف Printed Circuit Board یا همون مدار چاپی الکترونیکی است. بُرد مدار چاپی شامل مجموعه‌ای از مدارهای الکتریکی بوده و می‌تواند یک طرفه (یک لایه مس)، دو طرفه (دو لایه مس) و یا حتی چند لایه باشد؛ بطوریکه قطعات الکترونیکی مانند مقاومت، خازن، آی سی و … بر روی آن مونتاژ شده و جهت استفاده در تجهیزات الکترونیکی بکار می‌رود.

 

 

آنچه در این مطلب می خوانید شامل:

• تعریف برد مدار چاپی
• لایه ها در pcb
• نکاتی که هر طراح PCBباید بداند
• برنامه ریزی برای طراحی
• جایابی قطعات
• مسیر یابی
• گرما
• لایه silkscreen
• خطایابی قبل از چاپ
• طراحی و ساخت برد مدار چاپی
• ساخت  مدار چاپی  با روش ماژیک ضد اسید
• ساخت  مدار چاپی  با پرینتر لیزری و دستگاه پرس کارت

ماده خام تشکیل دهنده این بردها از متریال‌های مختلفی مانند فایبر، راجرز، تفلون، فلکسی بل و … ساخته شده و با ضخامت‌های ۰٫۲ تا ۳٫۲ میلیمتر عرضه می‌گردند.

لایه‌های مختلف از طریق سوراخ‌های روکش داری به نام ، وایا (vias) به هم متصل می‌شوند.

 

 

لایه ها

–  تعداد لایه ها با توجه به سطوح پاور و پیچیدگی برد انتخاب می­شوند. لایه­ها به صورت جفت اضافه می­ شوند. برد­های معمولی ۲ یا ۴ لایه می باشند و قطر سوراخ­های دریل آنها ۱۰ میل یا بیشتر می­باشد.

بردهای چند لایه یا مولتی لایر

بردهای چند لایه یا مولتی لایر دارای یک پلتفرم پایه از بردهای دو رو می‌باشند که توسط یک سری عملیات پیچیده ساخت و registration به بردهای چند لایه تبدیل می‌شوند. وجود بردهای چند لایه در پیشرفت محاسبات امروزی بسیار تأثیر گذار می‌باشد.

 

نکاتی که هر طراح PCB باید بداند

متداول­ ترین فرمت استفاده شده در صنایع مدارات چاپی فایل گربر gerber است. همچنین فرمت­های خامی نظیر .pcb و یا .pcbdoc و .cad نیز استفاده می شود که البته امروزه بسیاری از همان فرمت .pcb و .pcbdocکه خروجی های آلتیوم دیزاینر می باشد ، استفاده می کنند.

برنامه ­ریزی برای طراحی

– معمولا یک طراحی برد خوب از یک شماتیک خوب شروع می ­گردد. شماتیک، مطابق با طراحی مفهومی طرح باید کشیده شود. انتخاب قطعات مطابق با نیازمندی­ های طرح باید صورت گیرد. همزمان با طراحی شماتیک، لیست قطعات نیز باید تهیه گردد. داشتن یک BOM تمیز، طراحی را حرفه ­ای­ تر و فرایند تولید را سریع ­تر می­ سازد.

– طراحی PCB و مسیریابی یک روند تکراری است. ممکن است چندین بار طرح خود را تغییر دهید تا به طرح بهینه برسید. دانش و تجربه الکترونیکی در کنار هنر، خلاقیت و شکیبایی، راهگشا خواهد بود.

پارامترهایی نظیر ماکزیمم دما، ولتاژ و جریان قابل تحمل در کنار مسائلی نظیر هزینه، در دسترس بودن و اندازه در انتخاب قطعات تاثیرگذار خواهد بود.

 

جایابی قطعات

– معمولا اولین مرحله طراحی، جایابی قطعات است. قبل از مسیرکشی، باید زمانی صرف جایابی مناسب قطعات شود. سعی شود تا تجهیزات به صورت ماژولار و مجزا جایابی گردند. شکل زیر دو نمونه از جایابی را نشان می­ دهد.

 

 

– بهتر است که ابتدا مکان کانکتور­ها مطابق با نیازمندی­ های طرح، تعیین گردد. قطعات مرتبط (مانند مدارات تغذیه) بایستی تا حد امکان نزدیک به هم پیاده­ سازی گردند. معمولا قطعات پردازنده نظیر میکروکنترلرها را وسط برد در نظر می­ گیرند تا به راحتی به ابزار جانبی دسترسی مسیرکشی شوند.

– دقت کنید که از دیتاشیت های به روز شده استفاده شود. دیتاشیت­ ها معمولا در نگاه اول طولانی و پیچیده به نظر می ­رسند اما آن­ ها حاوی اطلاعات مهمی برای اسمبل کردن PCB می ­باشند. به طور مثال دیتاشیت­ ها می ­توانند به مهندسان در پیدا کردن  pad layout مناسب برای یک قطعه کمک کنند.

– همواره اسمبل کردن برد را مدنظر قرار دهید. قطعاتی که اندازه نیستند یکی از رایج ­ترین مشکلاتی هستند که در هنگام اسمبل کردن با آن برخورد می­ شود. جهت قرار گرفتن قطعات نیز از دیگر مشکلات رایج است. از فوت پرینت توصیه شده توسط سازندگان پیروی کنید. اندازه فوت پرینت برای هر کامپوننت به روش لحیم کاری نیز بستگی دارد و باید بین ۳ تا ۲۰ میل بزرگتر از پایه های کامپوننت باشد.

– نازکی برد باید متناسب با اندازه و تعداد کامپوننت ها باشد. چرا که برد های بسیار نازک منجر به  خمیدگی برد می شود.

 

 

مسیریابی  – ROUTING

– مسیریابی، فعالیتی تجربی است که برای بالابردن این توانایی، تمرین و ممارست در نرم افزارهایی مثل آلتیوم و … لازم است.

– اولویت های مسیریابی باید بر پایه سطوح پاور، نویز و … باشد. برای کاهش هزینه ­ها تا جایی که امکان دارد مدارات چاپی را ساده طراحی نمایید، تا با ساده­ ترین تکنولوژی ممکن قابل تولید باشد. برای این منظور، مسیرها باید ۱۰ میل یا بیشتر از لبه برد فاصله داشته باشند. فاصله بین دو مسیر که در واقع فاصله بین مراکز دو مسیر می ­باشد باید ۱۰ میل یا بیشتر باشد.

– پهنای مسیر­ها و قطر حلقه­ وایا را متناسب با جریان عبوری از مسیر انتخاب کنید برای محاسبه حداقل قطر مسیر می­ توانید از ابزارهای مرتبط استفاده نمایید.

– بهتر است که برای تغییر جهت دادن هنگام مسیریابی از زاویه ۴۵ درجه استفاده کنید. استفاده از زوایای دلخواه و متنوع باعث ایجاد مشکل به خصوص در برد های پیچیده می­ شود.

– بهتر است که به جای استفاده از مسیریابی خودکار autoroute ، به طور دستی مسیریابی routing  را انجام دهید. زمانی که با مدار­های فرکانس بالا سروکار داریم طول مسیر­ها باید تا حد ممکن کوتاه باشد. کوتاه بودن طول مسیر­ها به کاهش اثرات پارازیتی کمک می­ کند.

 

گرما

– دفع گرما از جمله ملاحظات ضروری در هنگام قرار دادن قطعات می ­باشد. قطعاتی  که بیشتر از ۱۰mw مصرف می­ کنند ویا بیشتر از ۱۰mA جریان از خود عبور می­ دهند باید از نظر مشخصات الکتریکی مورد توجه بیشتری باشند. کلفتی مس، تعداد لایه ها و مسیر های گرمایی متصل به هم اثر مستقیم بر دمای کاری قطعات دارند. برای کاهش دما­های کاری از لایه های بیشتری از صفحات زمین یا پاور استفاده کنید. این صفحات به طور مستقیم با چند وایا به منابع گرما متصل می شوند.

– پوشاندن قسمت هایی از لایه های برد با مس می تواند به دفع گرما و توزیع مناسب گرما در برد کمک کند. این قسمت ها می توانند به طور مثال به زمین مدار وصل شوند. باید توجه شود که بهتر است این قسمت ها حداقل ۱۰ میلی اینچ از ترک ها track فاصله داشته باشند.

 

لایه silkscreen

– لایه silkscreen که به مارکاژ برد نیز شناخته می­ شود. لایه­ ای سفید یا سیاه رنگ است که در سطح برد چاپ می­ شود. بهتر است که در این لایه مواردی مانند شماره IC­ ها، علامتی برای مشخص کردن پایه شماره ۱، نام مقاومت ­ها و خازن ­ها (مانند R1, R2, C1, C2)، عملکرد سوئیچ ها و تاریخ طراحی برد وجود داشته باشد.

مشخص بودن مارکینگ های silkscreen برد به طور مثال پلاریته دیود های smd بسیار مهم است. اگر به هر دلیلی شما نمی توانید یا نمی خواهید که داده لایه silkscreen را فراهم سازید، Assembly Drawing در فرمت­ های گربر یا PDF جایگزین مناسبی می­ باشد.

 

خطایابی قبل از چاپ

– خطا های طراحی باید مدام توسط DRC (Design Rule Check) بررسی شوند. DRC تنها می ­تواند خطا هایی را نشان دهد که از پیش برای آنها برنامه ریزی شده باشد. از جمله ابتدایی ترین بررسی ها در نظر گرفتن فضای مناسب بین دو قطعه می باشد. ماسک لحیم کاری باید بین تمام نقاط لحیم کاری وجود داشته باشد و بهتر است برای کاهش هزینه تولید، clearance ، ۵ میل یا بیشتر باشد. میزان نزدیکی وایا ها به پد های لحیم کاری، میزان نزدیکی وایا ها به یکدیگر و وجود وایا در پد های روی سطح برد همه و همه باید بررسی شوند.

نرم افزار PCB123 نیز فایل های گربر را بررسی می کند و شماتیک را با BOM مقایسه می کند تا درست قرار گرفتن قطعات روی layout را بررسی کند.

 

طراحی و ساخت برد مدار چاپی

اولین قدم طراحی مدار الکتریکی و رسم آن است . پس از طراحی مدارچاپی با یکی از نرم افزار های طراحی pcb  مانند التیوم دیزاینر نوبت به ساخت فیبر مدار چاپی میرسد.

انتخاب روش مناسب ساخت برد مدارچاپی  :

برای ساخت PCB روش های گوناگون و متفاوتی وجود دارد و انتخاب هر کدام از آن ها به امکانات و وسایل شما ، میزان توقع شما از حرفه ای بودن آن، سختی و یا راحتی روش ساخت برد مدارچاپی و سایر عوامل بستگی دارد.

 

• ساخت  مدار چاپی  با روش ماژیک ضد اسید:

در این روش نیاز به ایمنی و مراقبت بسیار دارید چراکه با مواد خطرناکی مانند مواد اسیدی کار میکنید. این روش ساخت برد مدارچاپی کمی زمان بر است و کیفیت برد مدارچاپی ساخته شده با این روش متناسب با موادی که استفاده میکنید متفاوت خواهد بود اما به طور معمول برای ساخت برد مدارچاپی ساده و در سطح مبتدی روش مناسبی است.

اگر از روش ماژیک ضد اسید استفاده کنید باید مدار الکتریکی مورد نظر را با ماژیک ضد اسید روی برد بکشید.

این ماژیک به راحتی تهیه میشود فقط باید در نظر داشت این روش برای ساخت بردهای PCB  در تعداد محدود مناسب است و برای تولیدات متوسط و یا انبوه به هیچ عنوان مناسب نیست. استفاده از پرینتر لیزری متداولترین روش چاپ مدار الکتریکی برد است.

 

 

وقتی که دارید مدار خود را با نرم افزار طراحی مدارچاپی رسم میکنید باید صفحه ی آن را متناسب با ابعاد فیبر مدار چاپی انتخاب کنید یعنی سایز صفحه نرم فزار طراحی مدارچاپی با سایز برد مدار الکتریکی شما یکسان باشد.

طرح مدار الکتریکی خود را روی صفحه گلاسه مانند صفحات  مجله ها پرینت یگیرید هنگام پرینت گزینه mirrored را انتخاب کنید(در این حالت مدار بصورت معکوس روی کاغذ پرینت می شود و وقتیکه آن را روی فیبر قرار می دهیم ، مجددا حالت اصلی مدار روی برد پیاده سازی می شود.)

برگه گلاسه را از طرفی که مدار روی آن چاپ شده است روی سطح مسی فیبر مدار چاپی قرار دهید و آن ها را کاملا روی هم تراز کنید، حالا اتو را آماده کنید و در تمام قسمت ها به آرامی حرکت دهید و بعد از ۳۰ الی ۴۰ ثانیه اتو را بردارید.

 

 

بعد از اینکه کارتان با اتو تمام شد فیبر مدار چاپی را داخل ظرف آب داغ قرار و آرام فیبر را درون آب تکان دهید تا چسبندگی بین کاغذ و فیبر از بین برود برای اینکار زمانی حدود ۱۰ دقیقه نیاز است.

حالا سعی کنید به آرامی کاغذ را از روی فیبر مدار چاپی جدا کنید و اگر فکر می کنید هنوز بعضی قسمت ها هنوز حالت چسبندگی دارد و ممکن است در صورت کندن ،مدار چاپی را خراب کند اجازه دهید کمی بیشتر خیسانده شود، حالا طرح مدار شما به خوبی روی فیبر مدار چاپی نقش بسته است.

 

 

 

حالا باید مدار چاپی  کاملا خشک شود. آرام دستمال را روی آن قرار دهید تا قطره های درشت آب را به خود جذب کند ولی دستمال را به هیچ عنوان روی آن نکشید و اجازه بدهید حدود ۳۰ ثانیه زیر باد پنکه یا کولر بماند.

 

 

حذف مس های اضافی روی برد مدار چاپی :

با یکی از روش های زیر باید مس های اضافی روی برد را پاک کنیم تا فقط سیم کشی یا ترک های مدار الکتریکی باقی بماند.

با استفاده از اسید :

متداولترین انتخاب نوع اسید، Ferric chloride است  ، نکته مهم خطرناک بودن این ماده شیمیایی است که باید بسیار مراقب باشید و تمام نکات ایمنی را رعایت کنید.

 

 

آماده سازی اسید :

بسته به نوع اسیدی که انتخاب می کنید ممکن است ساختار آماده سازی اسید برای از بین بردن مس های اضافی برد PCB متفاوت باشد، بعضی از اسیدها باید با آب گرم مخلوط شود تا آماده استفاده شوند مانند Crystallized Acid و نوع دیگر نیاز به هیچ اقدامی نداشته باشد و آماده استفاده باشد.

برد را به آرامی در محلول اسید آماده غوطه ور کنید.  ۳-۵ دقیقه آن را در محلول اسید تکان دهید.

وقتیکه تمام مس های اضافه روی فیبر مدار چاپی پاک شد آن را باید با آب شستشو دهیم. برای حذف مس های اضافه فیبر می توانید از یک سمباده خوب و با کیفیت هم استفاده کنید.

سوراخکاری برد مدار چاپی :

ماشینی که با آن برد PCB  باید سوراخکاری شود به صورت اختصاصی برای این کار ساخته شده است با یک سری تنظیمات می توان ازاین ماشین های سوراخکاری در خانه هم استفاده کرد.

 

حالا می توان قطعات الکترونیک را روی PCB که ساخته اید توسط هویه لحیم کنید.

• ساخت  مدار چاپی  با پرینتر لیزری و دستگاه پرس کارت:

اول برد رو به اندازه دلخواه ببرید و گوشه هاش رو با سوهان قشنگ صاف کنید تا پلیسه نداشته و طرف مسی برد رو با سمباده نرم مثل P360 و مایع ظرف شویی زیر آب بسابید تا تمامی چرک و روغن هاش از بین برد و تمیز تمیز بشه بعد یا بگذارید خودش خشک بشه یا با فشار هوا خشکش کنید ولی بهش دست نزنید

طرح مدار چاپی رو بصورت نرمال و نه mirror شده با پرینتر لیزری دارای تونر کافی و حداکثر غلظت روی کاغذ گلاسه ۹۰ گرمی (روغنی) که تو لوازم تحریری ها هم به همین نام هستش پرینت کنید و از هر طرف طرح حداکثر ۲ سانت از کاغذ بگذارید اضافه بمونه و ببرید

حالا طرح پرینت شده رو روی طرف مسی تمیز و خشک شده فیبر قرار دهید و قشنگ گوشه های طرح رو با گوشه های فیبر فیت کنید و از دو طرف فیبر کاغذ اضافی رو بر گردونید پشت فیبر و نوار چسب بزنید تا کاغذ دقیقاً روی فیبر محکم بمونه و جابجا نشه . دستگاه پرس کارت رو هم از همون اول شروع کار روشن کنید و درجه دماش رو بگذارید روی حداکثر دما تا خوب داغ بشه

 

 

وقتی خوب داغ شد فیبر رو که طرف مسی که کاغذ روشه رو به بالا بگیرید و از یک طرف بدید به دستگاه پرس کارت تا غلطک هاش فیبر و بکشه تو و بعد از چند ثانیه از اون طرف بده بیرون بعد کلید ریورس رو بزنید تا از اون ور بکشه تو و از این ور بده بیرون اینکار رو برای حدود ده دقیقه انجام بدید تا کاغذ تونر دار قشنگ پرس بشه به طرف مسی فیبر و مسیر های طرح مدار قشنگ روی فیبر و از روی کاغذ مشخص بشه

یک ظرف پر از آب سرد و هم اندازه فیبر رو هم آماده داشته باشید تا سریع فیبر داغی که طرح روش پرس شده رو از دستگاه بردارید و بندازید داخل آب سرد با تغییر ناگهانی دما به نوعی تونر از کاغذ کنده میشه و روی مس میمونه بگذارید کاغذ روی فیبر ده دقیقه ای قشنگ خیس بخوره و آب بره ریزش بعدش داخل همون آب با انگشتان دست روی کاغذ روی فیبر بکشید تا کاغذ به حالت خمیر مانند از روی فیبر کنده بشه این کار رو بطور مرتب و یکنواخت و با کمترین فشار تکرار کنید تا فقط تونر روی فیبر بمونه و تمامی کاغذهای بین ترک ها و پدها و داخل سوراخ پدها و جاهای خالی کنده بشه

اگه کاغذ جایی از فیبر یا داخل سوراخ های پدها موند با یک ابزار نوک تیز به آرامی اون رو بکنید تا کاغذی باقی نمونه و جلوی نفوذ اسید رو نگیره اگرم جایی از تونرهای روی فیبر کنده شده با ماژیک ضد آب جاهای کنده شده رو ترمیم کنید تا اسید اونجاها رو نخوره

 

 

بعد از اتمام تمامی مراحل فیبر رو بندازید داخل اسید که هم غلظت مناسبی داشته باشه هم خوب داغ شده باشه بعد از چند دقیقه بسته به سایز فیبر فیبر اسید کاری شده کاملاً آماده است برای پاک کردن تونرها من تمیز ترین راهی که دیدم سابیدن با سمباده نرم P360 داخل آب هستش

برای سوراخکاری دستی هم باید سوراخ تمامی پدها رو ۲۰ میل (امپریال) تنظیم کنید تا فقط به اندازه گیر کردن نوک مته فضای بدون مس وسط پدها وجود داشته باشه نه بیشتر و ترجیحاً اول کل پدها رو با مته ۰/۸ میلیمتر سوراخ کنید و بعد اگه سوراخ بزرگ تری لازم بود با مته مناسب انجامش بدید سوراخکاری هم ترجیحاً با دریل پایه دار یا فرز انجام بدید تا سوراخ ها قشنگ سنتر در بیاد

برای اب کاری قلع هم باید آب مقطر و اسید سولفوریک و کلرید قلع و تیوره تهیه کنید

یه ۱۰۰ سی سی آب مقطر رو با ۲۰ سی سی اسید سولفوریک و ۵ گرم پودر قلع و ۲۰ گرم تیوره با هم مخلوط کنید یه مایع دوغ مانندی بدست میاد بعد بورد بندازید داخلش و مثل اسید کاری تکونش بدید و تمام

 

 

برد نمونه چاپ شده به این روش

 

منابع:لبخند الکترونیک و شرکت آیسیس

 

****************************************************************

 

آموزش عیب یابی سنسور های خودرو + روش های تست PDF

راهنمای آموزش برق خودرو پراید Pdf

دانلود فایل کامل تعمیراتی کلیه سیستم های خودرو چری تیگو ۵

دانلود آموزش برق خودرو پراید pdf به زبان ساده

 

 

مسیرهای برق رسانی در محصولات ایران خودرو PDF

آموزش کاربردی شفاف کردن چراغ خودرو + فرمول ترکیب مواد رفع کدری

دانلود مجموعه نقشه های سیستم انژکتوری تمامی خودرو های ایرانی

 

 

پروژه پایانی کارشناسی رشته مکانیک، خودرو و برق با عنوان: سیستم تعلیق خودرو

پاورپوینت سیستم برق رسانی خودرو

 

 

جزوه آموزش برق خودرو سنگین PDF

دانلود آموزش برق خودرو پراید pdf به زبان ساده

پاورپوینت سیستم برق رسانی خودرو

 

 

جزوه آموزش برق خودرو سنگین PDF

 

 

دانلود مجموعه پاورپوینت پویا نقشه های سیستم الکتریکی خودرو پژو ۲۰۶

 

 

تعمیرات مکانیکی موتور – رشته مکانیک خودرو pdf

دانلود فایل pdf آموزش برق خودرو

آشنایی و تعمیرات سیستم برق خودرو آشنایی با برق اتومبیل

 

 

ایربگ تیبا (کیسه هوا) ، راهنمای تعمیر و سرویس PDF – دنیای صنعت برق (sbargh.ir)

 

دانلود آموزش برق خودرو پراید pdf به زبان ساده – دنیای صنعت برق (sbargh.ir)

راهنمای کامل خودروی سمند PDF | سمند ال ایکس – دنیای صنعت برق (sbargh.ir)