در حوزه فناوری مدرن امروزی، بردهای الکترونیکی که به عنوان برد مدار یا برد مدار چاپی (PCB) نیز شناخته می‌شوند، نقش مهمی در عملکرد دستگاه‌های الکترونیکی ایفا می‌کنند. این بردها ستون فقرات سیستم‌های الکترونیکی هستند و بستری را برای یکپارچه سازی مدارات و اتصال قطعات مختلف الکترونیکی فراهم می‌کنند. در این مقاله ابتدا به تعریف برد الکترونیکی می پردازیم و سپس با مراحل موردنیاز برای طراحی تا ساخت یک برد الکترونیکی آشنا می‌شوید.
برد الکترونیکی چیست؟
برد الکترونیکی، یک صفحه نازک ساخته شده از فایبرگلاس، اپوکسی کامپوزیت یا سایر مواد کامپوزیتی است و در اغلب وسایل الکترونیکی هم به‌عنوان پشتیبان فیزیکی و هم به عنوان بستری برای سیم‌کشی و اتصال قطعات الکترونیکی استفاده می‌شود. بردهای الکترونیکی در مدارات و سیستم‌های مختلف الکتریکی مانند تلویزیون، رادیو، رادار، سیستم‌های کامپیوتری، دوربین های دیجیتال، تلفن همراه و غیره یافت می‌شوند.
مراحل طراحی برد الکترونیکی
طراحی و ساخت یک برد مدار شامل مراحل مختلفی از طراحی تا تولید نهایی است. در ادامه، مراحل مورد نیاز برای ساخت یک برد مدار به طور کامل شرح داده شده است:
الف) تعریف الزامات پروژه مدار
قبل از شروع طراحی باید الزامات پروژه، از جمله هدف مدار الکتریکی که قرار است ساخته شود، عملکرد مورد نیاز، محدودیت‌های ابعاد، ولتاژهای کاری لازم برای مدار و هر ویژگی خاص یا اجزایی که مورد نیاز است را به وضوح شناسایی و مستند کنید.
ب) طراحی شماتیک مدار
در این مرحله نیاز است که با نرم افزارهای طراحی برد الکترونیکی مثل آلتیوم دیزاینر، EDA، EAGLE، KiKad یا موارد مشابه کار کرده باشید و آشنایی‌های لازم را داشته باشید. سپس، باید یک شماتیک ایجاد کنید و اتصالات مدار و قطعات مورد نیاز را مطابق نقشه مدار طراحی و رسم کنید. در این مرحله باید سعی کنید از قطعاتی استفاده کنید که در بازار برای خرید و تهیه موجود باشند. همچنین، تمام قطعاتی که در مدار قرار می‌دهید بایستی دارای مدل PCB باشند تا بعد از طراحی به مشکل برخورد نکنید.
پ) طراحی و چیدمان PCB
در این مرحله، مداری که شماتیک آن را رسم کرده بودید، در داخل نرم افزار به محیط PCB انتقال می‌دهید. در این گام ابتدا قطعات را روی برد و در جای مناسب قرار دهید، سعی کنید قطعاتی که از نظر مداری مسیر کوتاه تری دارند را در کنار یکدیگر قرار دهید. در نهایت ترک ها و مسیرهای لازم برای ایجاد اتصالات الکتریکی بین قطعات را ترسیم کنید. این بخش را تاجایی ادامه می دهید که همه اتصالات برقرار شوند. در نهایت ضخامت اتصالات و مسیرها را بررسی کنید و یک خروجی از نرم افزار بگیرید تا مطمئن شوید عملیات رسم مسیر یا همان روتینگ به صورت صد در صدی صورت گرفته است.
نحوه ساخت برد چاپی
برای ساخت برد مداری که در مرحله قبل به طور کامل طراحی شد، از دو روش زیر می توان استفاده کرد:
الف) سفارش برد چاپی برای ساخت
در این روش، فایل PCB طراحی شده را به منظور ساخت به یکی از شرکت‌های سازنده برد مدار چاپی ارسال می‌کنیم. به طور مثال، اگر طراحی PCB را با استفاده از نرم افزار آلتیوم دیزاینر انجام داده اید، فایل با فرمت pcb را برای چاپ و ساخت به سازنده ارسال می‌کنید. دقت کنید که در مرحله سفارش برد مدار چاپی، باید مشخصاتی از جمله ابعاد برد، جنس برد، تعداد، ضخامت فیبر و جنس فیبر را مشخص کنید.
ب) ساخت برد چاپی به روش دستی
برای ساخت برد مدار چاپی به روش دستی و با استفاده از پرینتر و کاغذ گلاسه مراحل زیر را انجام دهید:
1) پرینت مدار
نقشه طراحی شده را با استفاده از پرینتر لیزری بر روی کاغذ گلاسه چاپ کنید و مطمئن شوید که چاپ به صورت دقیق و بدون هیچ گونه تغییر اندازه‌ای صورت گیرد. همچنین، حتما دقت کنید پرینت را به صورت mirror شده انجام دهید.
2) آماده‌سازی فیبر برد
برد مدار چاپی خام که یک یا دو سمت آن مس است را برداشته و سطح آن را به طور کامل با سمباده ریز و مواد شیمیایی مانند اسید کلریدریک تمیز کنید.
3) حک نقشه روی برد
در این مرحله کاغذ گلاسه چاپ شده را روی برد قرارداده و به مدت 30 الی 40 ثانیه اتو کنید. سپس بردی که کاغذ به آن چسبیده را داخل آب نسبتا داغ به مدت 10 دقیقه قرار دهید. در نهایت، برد را برداشته و کاغذهای اضافی را با یک جسم نوک تیز تمیز کنید طوری که فقط سیم کشی و ترک‌ها باقی بمانند.
4) قرار دادن برد در اسید
در این مرحله با رعایت نکات ایمنی، برد را داخل اسید Ferric chloride قرار دهید و حدود 3 الی 5 دقیقه برد را به آرامی داخل اسید تکان دهید تا مس های اضافی حل شوند. پس از تکمیل کار، برد را در آب شسته و با سمباده نرم، سطح مس باقیمانده را به خوبی تمیز کنید. در نهایت سوراخ کاری های لازم را روی برد انجام دهید. اکنون برد چاپی آماده است.
5) مونتاژ اجزای مورد نیاز مدار
پس از پایان ساخت برد مدار چاپی، مرحله بعدی مونتاژ قطعات است. این کار را می توان به صورت دستی یا از طریق دستگاه های خودکار نصب سطحی (SMT) انجام داد. با رعایت تکنیک ها و دستورالعمل های مناسب لحیم کاری، قطعات را به دقت روی برد مدار لحیم کنید.
6) تست برد الکترونیکی
مرحله نهایی، تست برد الکترونیکی ساخته شده و اعمال ولتاژ به منظور بررسی صحت عملکردی مدار می باشد.
جمع بندی
در این مقاله، مطالب مهمی در مورد برد الکترونیکی و نحوه طراحی تا ساخت آن توضیح داده شد و به طور کامل مورد بحث و بررسی قرار گرفت. تمامی موارد فوق را به صورت عملی همراه با نکات تجربی دیگر در مورد انواع بردها و مدارهای الکتریکی و نکات عملی مربوط به هر کدام به طور کامل در دوره جامع آموزش الکترونیک بررسی کرده‌ایم.
در پایان، ممنون که همراه ما بودید. هر سوال یا ابهامی در مورد مطالب ارائه شده در این مقاله دارید حتما در کامنت ها بنویسید، به تمام سوالات پاسخ داده میشه. اگه انتقاد یا پیشنهادی هم داشتید ممنون میشم با ما در میان بزارید.
منابع: IPCB Eurocircuits
