اگر به داخل هر وسیله الکترونیکی نگاهی بیندازید، از موبایل و تلویزیون گرفته تا ماشین لباسشویی یا لپ‌تاپ، صفحه‌ای سبزرنگ با مسیرهای مسی منظم خواهید دید؛ همان برد مدار چاپی که اساس کار تمام این دستگاه‌هاست.
برد مدار چاپی وظیفه دارد قطعات مختلف مانند مقاومت، خازن و آی‌سی را به‌صورت دقیق به هم متصل کند تا جریان برق به‌درستی در مدار جریان یابد و دستگاه عملکرد مطلوبی داشته باشد.
اهمیت برد مدار چاپی در دنیای امروز به‌قدری بالاست که تقریباً هیچ وسیله الکترونیکی بدون آن ساخته نمی‌شود. دلیل استفاده گسترده از این بردها، دقت بالا، چیدمان منظم قطعات، استحکام مناسب و هزینه تولید مقرون‌به‌صرفه است. با پیشرفت فناوری و افزایش نیاز به دستگاه‌های کوچک‌تر و هوشمندتر، بردهای مدار چاپی نیز از مدل‌های ساده‌ی تک‌لایه به بردهای چندلایه، انعطاف‌پذیر و با کارایی بیشتر تکامل یافته‌اند. در ادامه، با انواع برد مدار چاپی در الکترونیک و نقش هرکدام در عملکرد تجهیزات مختلف آشنا می‌شویم.
برد مدار چاپی چیست؟
برد مدار چاپی (PCB) همان صفحه سبز یا قهوه‌ای‌رنگی است که داخل بیشتر وسایل الکترونیکی مثل موبایل، تلویزیون یا لپ‌تاپ دیده میشود. این برد در واقع پایه‌ی اصلی مدار الکترونیکی است و تمام قطعاتی مثل مقاومت، خازن و آی‌سی روی آن نصب می‌شوند تا از طریق مسیرهای مسی به یکدیگر متصل شوند و دستگاه درست کار کند.
جنس برد مدار چاپی معمولاً از مواد عایق مانند فایبرگلاس یا رزین اپوکسی ساخته میشود و روی آن خطوطی از مس رسانا قرار دارد که مسیر عبور جریان برق را مشخص می‌کنند. ضخامت بردها بسته به نوع کاربرد متفاوت است و معمولاً بین چند دهم تا چند میلی‌متر است.
استاندارد جهانی تولید بردهای مدار چاپی بر اساس استانداردهای UL و IPC تعریف شده است تا کیفیت، ایمنی و دوام بردها تضمین شود. همچنین برای طراحی این بردها معمولاً از نرم‌افزارهای تخصصی مانند Protel و Altium Designer استفاده میشود که امکان طراحی دقیق و چندلایه را فراهم می‌کنند.
تاریخچه شکل گیری و تحول برد مدار چاپی
ریشه‌های برد مدار چاپی (PCB) به میانه قرن نوزدهم بازمی‌گردد؛ زمانی که مهندسان برای برقراری اتصالات الکتریکی ساده از سیم‌کشی‌های دستی استفاده می‌کردند. در سال ۱۹۰۴، توماس ادیسون با ایده‌ی کشیدن خطوط رسانا روی سطوح عایق، نخستین گام را به‌سوی ایجاد مسیرهای منظم الکتریکی برداشت. این روش بعدها الهام‌بخش طراحی بردهای اولیه شد.
در دهه ۱۹۵۰ میلادی، با رشد صنعت الکترونیک و نیاز به مدارهای فشرده‌تر، فناوری چاپ مسیرهای مسی روی فیبر عایق شکل گرفت و برد مدار چاپی به‌صورت تجاری وارد بازار شد. از آن زمان تاکنون، PCBها با پیشرفت فناوری، از نمونه‌های ساده‌ی تک‌لایه به بردهای چندلایه و انعطاف‌پذیر امروزی تکامل یافته‌اند.
انواع برد مدار چاپی (PCB) و کاربردهای آن در الکترونیک
انواع برد مدار چاپی بسته به نوع کاربرد، طراحی و جنس ساخت، در دسته‌های مختلفی تولید می‌شوند. این دسته‌بندی معمولاً بر اساس تعداد لایه‌ها و جنس مواد سازنده (فیبر) انجام می‌گیرد.
در دوره آموزش طراحی برد الکترونیکی مجموعه فنی‌وحرفه‌ای دکتر برد، هنرجویان به‌صورت کاربردی و مرحله‌به‌مرحله با این دسته‌بندی‌ها و تفاوت‌های فنی هر نوع برد آشنا می‌شوند و نحوه طراحی، انتخاب فیبر مناسب و پیاده‌سازی اصولی مدارها را به شکل عملی و تخصصی فرا می‌گیرند.
انواع PCB براساس ساختار و انعطاف پذیری
- تک‌لایه (Single Layer PCB)
ساده‌ترین نوع برد است که فقط یک لایه مسی روی فیبر عایق دارد. مسیرهای برق در یک سمت و قطعات روی سمت دیگر قرار می‌گیرند و برای مدارهای ساده و کم‌حجم مناسب است. - دولایه (Double Layer PCB)
دارای دو لایه مسی روی هر سمت فیبر است و مسیرها میتوانند از طریق سوراخ‌های اتصال (Via) به هم وصل شوند. این ساختار اجازه می‌دهد مدارهای متوسط و کمی پیچیده طراحی شوند. - چندلایه (Multilayer PCB)
شامل چندین لایه مسی و عایق فشرده است که حجم مدار را کاهش داده و عملکرد آن را دقیق‌تر میکند. برای مدارهای پیچیده و پیشرفته مثل موبایل، لپ‌تاپ و تجهیزات مخابراتی به‌کار می‌رود. - PCB صلب (Rigid PCB)
بردی سخت و غیرقابل خم شدن که استحکام بالا و دوام طولانی دارد؛ در اکثر تجهیزات الکترونیکی استاندارد استفاده میشود. - PCB فلکس (Flexible PCB)
برد قابل خم شدن که در فضاهای محدود و تجهیزات جمع‌وجور کاربرد دارد؛ معمولاً در موبایل‌ها و دستگاه‌های پوشیدنی استفاده میشود. - PCB انعطاف‌پذیر سخت (Rigid-Flex PCB)
ترکیبی از برد سخت و انعطاف‌پذیر است و برای تجهیزات حساس و پیچیده مانند سیستم‌های پزشکی و هوافضا کاربرد دارد.
انواع فیبرهای مدار چاپی بر اساس مواد سازنده
- فیبر فنولیک (Phenolic PCB)
از ارزان‌ترین نوع فیبرهاست که برای مدارهای ساده و کم‌حرارت استفاده میشود. استحکام کمی دارد و در برابر رطوبت و گرما مقاومت کمتری از خود نشان می‌دهد.
کاربرد: در لوازم الکترونیکی ارزان‌قیمت یا مصرفی ساده مانند اسباب‌بازی‌ها و بردهای آموزشی. - فایبرگلاس (Fiberglass PCB – FR4)
رایج‌ترین و استانداردترین نوع فیبر در صنعت الکترونیک است. از الیاف شیشه و رزین اپوکسی ساخته میشود و مقاومت بالایی در برابر حرارت، رطوبت و فشار دارد.
کاربرد: تقریباً در تمام تجهیزات الکترونیکی خانگی و صنعتی، از موبایل و کامپیوتر تا تجهیزات مخابراتی. - راجرز (Rogers PCB)
از مواد سرامیکی یا ترکیبی ساخته میشود و ویژگی‌های الکتریکی بسیار دقیقی دارد. در فرکانس‌های بالا عملکرد عالی دارد و معمولاً گران‌تر از انواع دیگر است.
کاربرد: در مدارهای مخابراتی، آنتن‌ها، سیستم‌های راداری و تجهیزات با فرکانس بالا (RF). - آلومینیوم (Aluminum PCB)
در این نوع برد مدار چاپی، به‌جای فیبر شیشه، از پایه‌ای فلزی (معمولاً آلومینیوم) برای انتقال بهتر گرما استفاده میشود. این ویژگی باعث خنک‌ماندن مدار و افزایش طول عمر قطعات میشود.
کاربرد: در مدارهای توان بالا و دستگاه‌هایی که تولید حرارت زیادی دارند، مانند چراغ‌های LED پرقدرت، پاور ساپلای‌ها و تجهیزات صنعتی.
دیدگاه نهایی
بردهای مدار چاپی (PCB) نقش حیاتی در عملکرد تمام وسایل الکترونیکی دارند و با انواع مختلف تک‌لایه، دولایه، چندلایه، صلب، فلکس، سخت و انعطاف‌پذیر، نیازهای مدارهای ساده تا پیچیده را پوشش می‌دهند. انتخاب نوع مناسب برد و فیبر، باعث افزایش کارایی، دوام و ایمنی مدار میشود.
علاقه‌مندان میتوانند با شرکت در دورههای طراحی برد الکترونیکی و آموزش تعمیرات برد الکترونیکی
مهارت‌های عملی در طراحی مسیرها، لحیم‌کاری و عیب‌یابی را کسب کنند و در بازار الکترونیک کاربردی و حرفهای فعالیت نمایند.
