در دنیای پیچیده الکترونیک، تعداد کمی از اجزا به اندازه برد مدار چاپی (PCB) اساسی و همهگیر هستند. PCBها که اغلب دیده نمیشوند اما همیشه ضروری هستند، قهرمانان گمنامی هستند که تقریباً تمام دستگاههای الکترونیکی را که روزانه با آنها تعامل داریم، نیرو میدهند. از تلفن هوشمند در جیب شما گرفته تا تجهیزات پزشکی پیچیده، این بردهای چند لایه و چند مادهای، پایه و اساس پایداری را تشکیل میدهند که زندگی دیجیتال ما بر روی آن بنا شده است.
در اصل، برد مدار چاپی (PCB) یک پایه مکانیکی است که برای نگه داشتن و اتصال الکتریکی اجزای یک مدار الکتریکی استفاده میشود. این یک ساختار «ساندویچی» مهندسی شده دقیق از لایههای رسانا و عایق است که برای جایگزینی سیمکشی حجیم و غیرقابل اعتماد نقطه به نقطه سیستمهای الکترونیکی قدیمی طراحی شده است.
یک PCB معمولی از موارد زیر تشکیل شده است:
زیرلایه (هسته): این ماده عایق پایه است که معمولاً رزین اپوکسی تقویت شده با فایبرگلاس (FR-4) است، اما برای کاربردهای انعطافپذیر، پلیایمید یا حتی فلز برای مدیریت حرارتی پیشرفته نیز استفاده میشود. این ماده استحکام مکانیکی و عایق الکتریکی را فراهم میکند.
لایه های مسی: لایه های نازک فویل مسی روی یا بین لایه های زیرلایه لمینت می شوند. اینها برای ایجاد مسیرهای رسانای مدار، که به عنوان ردیابی شناخته می شوند، و نقاط اتصال برای اجزا، که به عنوان پد نامیده می شوند، حکاکی می شوند.
ماسک لحیم: یک لایه پلیمری محافظ، معمولاً سبز رنگ، که روی ردیابی های مسی اعمال می شود تا از اتصال کوتاه جلوگیری کرده و از اکسیداسیون محافظت کند. این فقط پدهایی را که اجزا روی آن لحیم می شوند، در معرض دید قرار می دهد.
سیلک اسکرین: یک لایه جوهر غیر رسانا، معمولاً سفید، که برای چاپ برچسبها، نشانگرهای مرجع، طرح کلی اجزا و لوگوها روی سطح PCB برای مونتاژ و عیبیابی استفاده میشود.
PCBها مسئول هدایت جریان الکتریکی بین اجزای فعال (مانند ترانزیستورها و مدارهای مجتمع که سیگنالها را تولید یا تقویت میکنند) و اجزای غیرفعال (مانند مقاومتها، خازنها و سلفها که انرژی را ذخیره یا تنظیم میکنند) هستند. اتصالات الکتریکی بین لایه ها از طریق سوراخ های سوراخ شده و آبکاری شده به نام ویاها ایجاد می شوند.
PCBها در انواع پیکربندی ها وجود دارند که هر کدام برای الزامات عملکردی، محدودیت های فضایی و ملاحظات هزینه ای مختلف بهینه شده اند.
PCBهای یک طرفه: ساده ترین و مقرون به صرفه ترین نوع، با ردیابی های رسانا فقط در یک طرف زیرلایه. ایده آل برای الکترونیک پایه.
PCBهای دو طرفه: دارای لایه های رسانا در هر دو طرف زیرلایه هستند که توسط سوراخ های آبکاری شده (ویاها) به هم متصل می شوند. این امر امکان تراکم اجزای بالاتر و مسیریابی پیچیده تر را فراهم می کند.
PCBهای چند لایه: از سه یا چند لایه مسی رسانا تشکیل شده اند که توسط مواد عایق (پیش آغشته) از هم جدا شده و تحت حرارت و فشار به هم لمینت می شوند. آنها تراکم اجزای بسیار بالاتر، یکپارچگی سیگنال بهبود یافته و مدیریت حرارتی پیشرفته را ارائه می دهند که برای دستگاه های مدرن پیچیده ضروری است.
PCBهای سخت: رایج ترین نوع، ساخته شده از زیرلایه های جامد و غیر قابل انعطاف مانند FR-4. آنها بادوام، پایدار و مقرون به صرفه برای تولید انبوه هستند.
PCBهای انعطاف پذیر (Flex PCBs): بر روی زیرلایه های پلاستیکی انعطاف پذیر، معمولاً پلیایمید، ساخته می شوند. این بردها می توانند خم شوند، پیچ بخورند و تا شوند و آنها را برای دستگاه های جمع و جور، پوشیدنی ها و کاربردهایی که نیاز به حرکت دارند، ایده آل می کند.
PCBهای سخت-انعطاف پذیر: عناصری از بردهای سخت و انعطاف پذیر را ترکیب می کنند و دارای بخش های سخت هستند که توسط مدارهای انعطاف پذیر به هم متصل می شوند. آنها بهترین های هر دو جهان را ارائه می دهند: دوام، راندمان فضا و قابلیت های خم شدن پویا، که اغلب در هوافضا و دستگاه های پزشکی یافت می شوند.
PCBهای اتصال متراکم بالا (HDI): با خطوط و فضاهای ظریف تر، ویاهای کوچکتر (میکروویاها) و تراکم پد اتصال بالاتر مشخص می شوند. فناوری HDI طراحی های جمع و جورتر و سبک تر را امکان پذیر می کند، به ویژه برای دستگاه های تلفن همراه و محاسبات با کارایی بالا.
PCBهای فرکانس بالا: برای کاربردهایی که به انتقال سیگنال با سرعت بالا نیاز دارند، طراحی شده اند و اغلب از مواد تخصصی با تلفات کم برای حفظ یکپارچگی سیگنال در سیستم های مخابراتی و راداری استفاده می کنند.
PCBهای هسته فلزی (MCPCBs): از یک پایه فلزی (به عنوان مثال، آلومینیوم) برای اتلاف موثر گرما استفاده می کنند که برای روشنایی LED با توان بالا و کاربردهای خودرو ضروری است.