مراحل ساخت برد الکترونیکی در خانه و کارگاه

هر مدار الکترونیکی، هرچقدر هم پیچیده یا هوشمند باشد، بدون بردی که اجزایش را به هم متصل کند، عملاً هیچ کارایی ندارد. برد الکترونیکی همان زیرساختی است که ارتباط میان تراشه‌ها، مقاومت‌ها و خازن‌ها را ممکن می‌سازد و فرمان‌ها را در مدار به جریان درمی‌آورد.
فرآیند ساخت برد الکترونیکی از جایی آغاز می‌شود که ایده به شماتیک تبدیل می‌شود و سپس طرح آن با دقت میکرونی روی فیبر چاپ می‌گردد. نتیجه‌ی این مراحل، بستری منظم و مقاوم است که مغز سیستم‌های هوشمند امروزی روی آن شکل می‌گیرد.
در ادامه با مراحل طراحی، ساخت و نکات فنی بردهای الکترونیکی آشنا می‌شویم؛ از انتخاب مواد اولیه تا آزمون نهایی عملکرد مدار.

چگونگی طراحی و ساخت برد الکترونیکی

برد الکترونیکی یا PCB (Printed Circuit Board) یکی از مهم‌ترین اجزای هر مدار است و وظیفه دارد قطعات مختلف را از طریق مسیرهای رسانا به هم متصل کند.
برای رسیدن از ایده‌ی اولیه تا یک برد آماده استفاده، باید دو مرحله‌ی اصلی را طی کنید:

طراحی برد در نرم‌افزار

ساخت فیزیکی آن بر روی فیبر مسی

در ادامه هر دو مرحله را به‌صورت کامل بررسی می‌کنیم.

مرحله اول: طراحی برد الکترونیکی

قبل از شروع ساخت برد الکترونیکی باید آن را طراحی کنید.
در این مرحله، شماتیک مدار رسم شده و چیدمان قطعات روی برد مشخص می‌شود تا در مرحله بعد بتوان طرح را روی فیبر واقعی پیاده کرد.

1. انتخاب نوع  PCB

در ابتدا، باید نوع برد مناسب را انتخاب کنید.
PCB در انواع تک‌لایه، دولایه و چندلایه ساخته می‌شود و انتخاب بین آن‌ها به مواردی مثل پیچیدگی مدار، کیفیت، حجم تولید و مواد در دسترس بستگی دارد.

2. طراحی مدار در نرم‌ افزار

برای طراحی شماتیک و برد می‌توانید از نرم‌افزارهایی مانند Eagle CAD، KiCad  یا Altium Designer استفاده کنید.
در اینجا مراحل کار با نرم‌افزار Eagle CAD آورده شده است:

1. نرم‌افزار Eagle CAD را نصب کرده و از منوی File > New Projectپروژه‌ای جدید بسازید.
2. روی پروژه راست‌کلیک کرده و گزینه New Schematic را انتخاب کنید تا محیط طراحی شماتیک باز شود.
3. از تنظیمات Grid اندازه شبکه را روی ۱ میلی‌متر قرار دهید تا چیدمان دقیق‌تری داشته باشید.
4. با ابزار Add قطعات مورد نیاز (مقاومت، خازن، آی‌سی و…) را اضافه کرده و در جای مناسب قرار دهید.
5. با ابزار Net پایه‌های مرتبط را به هم متصل کنید تا مدار کامل شود.
6. پس از اتمام طراحی، گزینه Switch to Board را انتخاب کنید تا وارد محیط طراحی فیزیکی برد شوید.

3. چیدمان قطعات و مسیرها

در نمای جدید، قطعات را در محل مناسب قرار داده و با ابزار  Route مسیرهای رسانا را رسم کنید.
سیم‌های زرد رنگ (Air Wires) ارتباطات بین قطعات را نشان می‌دهند و با رسم مسیرهای واقعی از بین می‌روند.
در انتها، ابعاد برد را تعیین کرده و از ابزار  Polygon برای مشخص کردن مرز آن استفاده کنید.
سپس فایل نهایی را ذخیره کرده تا آماده مرحله بعدی یعنی ساخت برد الکترونیکی شود.

4. بررسی ابعاد و آماده ‌سازی برای چاپ

در پایان طراحی، لازم است ابعاد نهایی برد را به‌دقت بررسی کرده و آن را با اندازه واقعی فیبر مدار چاپی تطبیق دهید. این کار یکی از مهم‌ترین گام‌ها پیش از چاپ است، زیرا کوچک‌ترین اختلاف در اندازه‌ها می‌تواند باعث شود مسیرها یا محل قرارگیری قطعات در هنگام ساخت برد الکترونیکی به‌درستی روی برد قرار نگیرند.

پس بهتر است حاشیه‌های ایمنی (Margin) و موقعیت سوراخ‌ها یا جای پایه قطعات را نیز کنترل کنید تا هنگام برش و مونتاژ، طرح بدون خطا روی مدار بنشیند. در نهایت، فایل طراحی را ذخیره کنید تا آماده چاپ و ساخت برد الکترونیکی شود.

مرحله اول: ساخت برد الکترونیکی

پس از طراحی و خروجی گرفتن از فایل، نوبت به ساخت فیزیکی برد می‌رسد. در این بخش طرح روی فیبر مسی منتقل، مسیرها حک و قطعات مونتاژ می‌شوند.

1. چاپ طرح مدار

فایل طراحی‌شده را روی کاغذ براق به‌صورت آینه‌ای (Mirror) چاپ کنید تا هنگام انتقال، جهت مسیرها صحیح باشد. از لمس بخش جوهری کاغذ خودداری کنید تا طرح مخدوش نشود.

2. انتقال طرح به فیبر مسی

کاغذ چاپ‌شده را روی سطح مسی فیبر قرار داده و مطمئن شوید که دقیقاً هم‌تراز است. این دقت باعث می‌شود هنگام ساخت برد الکترونیکی مسیرهای چاپی با خطا مواجه نشوند.

3. انتقال حرارتی (اتو کردن)

یک پارچه روی PCB بگذارید و با اتوی گرم (۱۵۰ تا ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد) به مدت ۳۰ تا ۴۵ ثانیه روی سطح فشار دهید تا طرح مدار به مس منتقل شود.

4 .سرد کردن و جدا کردن کاغذ

پس از اتوکشی، فیبر را در آب سرد قرار دهید تا کاغذ به‌راحتی جدا شود. اگر تکه‌هایی از کاغذ باقی ماند، کمی بیشتر خیسش کرده و بدون فشار اضافی جدا کنید.

5.  خشک کردن برد

برد مدار چاپی را با دستمال نرم خشک کنید تا مسیرهای چاپ‌شده سالم بمانند. در این مرحله، طرح باید به‌صورت خطوط تیره روی سطح مسی برد دیده شود.

6. حک و قلم ‌زنی (Etching)

در مرحله حک و قلم‌زنی، برد الکترونیکی آماده می‌شود تا فقط مسیرهای رسانا باقی بمانند و مس اضافی حذف گردد. این مرحله یکی از مهم‌ترین مراحل ساخت برد الکترونیکی است که دقت در آن کیفیت نهایی مدار را تضمین می‌کند.

دو روش متداول برای این کار وجود دارد:

روش ۱: استفاده از اسید کلرید فریک (Ferric Chloride)

• برد مدار چاپی را در محلول اسید قرار دهید و هر ۳ تا ۵ دقیقه آن را کمی تکان دهید تا مس اضافی به‌طور یکنواخت حذف شود.
• پس از اتمام فرآیند، برد را با آب شسته و با استفاده از الکل یا سمباده نرم، مسیرهای رسانای روی برد را تمیز و آماده مرحله بعد کنید.

روش ۲: استفاده از نور UV

• از برد مدار چاپی حساس به نور استفاده کنید.
• طرح مدار را روی شیت شفاف چاپ کرده و آن را روی سطح مسی برد قرار دهید.
• برد را به مدت ۱۵ تا ۲۰ دقیقه در معرض نور UV قرار دهید تا مسیرها روی مس تثبیت شوند.
• سپس برد را با آب مقطر شسته و آماده مرحله اسیدکاری کنید تا ساخت برد الکترونیکی کامل شود.

7. سوراخ ‌کاری و مونتاژ قطعات

با دستگاه دریل PCB محل پایه‌های قطعات را سوراخ کنید.

سپس قطعات را طبق نقشه روی برد قرار دهید و با هویه و قلع لحیم‌کاری کنید. در پایان، با مولتی‌متر اتصالات را تست کنید تا از عملکرد صحیح مدار اطمینان حاصل شود.

کنترل کیفیت و اصلاح برد الکترونیکی

پس از مونتاژ قطعات روی PCBو ساخت برد الکترونیکی مرحله کنترل کیفیت و عیب‌یابی برای اطمینان از عملکرد صحیح مدار ضروری است. تسلط بر این مراحل، یکی از مهارت‌های کلیدی در دوره‌های آموزش تعمیرات برد الکترونیکی به حساب می‌آید و پایه‌ای برای حرفه‌ای شدن تعمیرکاران است.

1. بازرسی بصری مونتاژ:
   بررسی دقیق اتصال قطعات، کیفیت لحیم‌کاری و اطمینان از عدم وجود قلع سرد یا اتصال ناقص.
2. بازبینی با AOI (در صورت دسترسی):

استفاده از سیستم Automated Optical Inspection برای شناسایی مشکلات مونتاژی و تقریبا ۸۰٪ خطاهای رایج برد.

1. تست اهمی و جریان محدود:
   بررسی مسیرهای تغذیه و بخش‌های مهم مدار با تست اهمی، سپس اعمال تغذیه محدود برای تشخیص مشکلات احتمالی جریان کشی.
2. تست عملکردی:
   اعمال ورودی‌ها و بررسی خروجی‌ها برای تایید عملکرد درست مدار در تمامی بخش‌ها.

دیدگاه نهایی

ساخت برد الکترونیکی، جایی است که ایده‌های خام شما به مدارهای واقعی و عملیاتی تبدیل می‌شوند. از طراحی دقیق و چیدمان قطعات تا حک، لحیم‌کاری و تست نهایی، هر مرحله اهمیت حیاتی دارد و دقت در هر گام، عملکرد صحیح و طول عمر مدار را تضمین می‌کند.

اگر می‌خواهید خودتان مهارت طراحی و ساخت برد الکترونیکی را به‌صورت حرفه‌ای یاد بگیرید و توانایی پیاده‌سازی ایده‌هایتان روی بردهای واقعی را داشته باشید، همین امروز در دوره آموزش طراحی برد الکترونیکی مجموعه دکتر برد ثبت‌نام کنید و قدم به قدم مهارت‌های عملی و حرفه‌ای را یاد بگیرید.