انواع PCB – کاربردها، مزایا و معایب

لایه‌ های PCB به لایه های مسی روی برد مدار چاپی اطلاق می‌شود که بین یا روی لایه ‌هایی از مواد رسانا قرار گرفته است. لایه ‌ها روی هم چیده شده‌ اند تا عملکرد بیشتری را برای دستگاه‌ های الکترونیکی فراهم کنند. در این مقاله به مفهوم لایه بندی PCB، انواع  PCB بر اساس لایه ها و مزایای آنها پرداخته شده است.

گفتنی ست برای طراحی و تعمیر بردهای الکترونیکی به صورت تخصصی نیاز به داشتن اطلاعات و مهارت های فنی است که تنها از طریق شرکت در دوره های جامع آموزشی کسب می شوند. آموزشگاه فنی البرز با برگزاری دوره آموزش تعمیرات برد الکترونیکی در کرج گام مهمی در تربیت و آموزش افراد علاقه مند به این رشته ارزشمند برداشته است. برای دریافت اطلاعات کامل می توانید به صفحه مرتبط به این دوره رفته یا با کارشناسان آموزشگاه تماس بگیرید.

PCB چیست؟

لایه‌ های PCB می ‌توانند یک یا چند لایه از مواد دی ‌الکتریک و رسانا باشند که با هم لمینت می ‌شوند تا تخته‌ های مداری را بسازند که در ساخت طیف گسترده‌ ای از دستگاه‌ های الکترونیکی و ماشین ‌آلات در صنایع مختلف مانند مصرف‌ کننده، خودروسازی، مخابرات، هوافضا، نظامی و پزشکی استفاده می‌شوند.

یک برد مدار چاپی معمولاً از مس، بستر و رزین تشکیل شده است و برای اتصال و پشتیبانی از اجزای الکتریکی در دستگاه‌ های الکترونیکی استفاده می‌شود. تعداد لایه ها و ابعاد یک برد خاص قدرت و ظرفیت PCB را تعیین می کند. با اضافه شدن لایه ‌ها، قابلیت ‌ها افزایش می ‌یابد و مزایای زیادی برای ساخت PCB و تولید الکترونیک ارائه می ‌دهد.

PCB تک لایه

یکی از انواع PCB نوع تک لایه است که به عنوان PCB یک طرفه نیز شناخته می شود. PCB تک لایه نوعی برد مدار است که تنها با یک لایه مواد رسانا (معمولا مس) در یک طرف برد تولید می شود، در حالی که از طرف دیگر برای اتصال قطعات الکترونیکی مختلف به برد نیز استفاده می شود.

بنابراین یک PCB تک لایه شامل یک لایه زیرلایه، یک لایه فلزی رسانا، یک ماسک لحیم محافظ و صفحه ابریشمی است که برای ساختن یک برد کامل متشکل از پدها، دریچه‌ ها، سوراخ‌ های نصب، سیم ‌ها، قطعات، کانکتورها استفاده می‌شود.

برد مدار چاپی تک لایه، پایه و اساس فناوری برد مدار چاپی هستند و هنوز نقش مهمی در صنعت الکترونیک دارند.

مزایای PCB تک لایه

• هزینه ساخت پایین
• طراحی آسان تر با احتمال خطا کمتر
• یک لایه باعث می شود سوراخ کاری، لحیم کاری و نصب قطعات بدون عارضه باشد.
• ایده آل برای طرح های کم تراکم
• مقرون به صرفه برای تولید دستگاه های مصرفی
• ایده آل برای تولید سریع و با حجم بالا.

مطالعه بیشتر : معرفی شغل تعمیرات برد الکترونیکی

معایب PCB تک لایه

• طراحی ساده و آسان یک PCB تک لایه ممکن است برای کاربران مفید باشد، اما موانعی نیز دارد.
• فضای کافی و نقاط اتصال برای برد مدارهایی که به قطعات زیادی نیاز دارند، وجود ندارد.
• سرعت کمتر و ظرفیت عملیاتی کمتر.
• عملکرد اضافه شده منجر به اندازه بزرگتر و وزن بیشتر می شود که فشردگی را قربانی می کند.

PCB های تک لایه در لوازم خانگی ساده مانند ماشین های قهوه ساز، رادیو، ماشین حساب، و همچنین سیستم های دوربین و تلفن های همراه کاربرد دارند.

PCB چند لایه

PCB های چند لایه با تخته های دو طرفه ای ساخته می شوند که روی هم قرار گرفته اند. این بردها معمولاً شامل سه تخته دو طرفه هستند، اما می‌ توانند به تعداد تخته ‌ای که برای یک پروژه نیاز است، داشته باشند. با این حال، تعداد فرد از لایه ها می تواند منجر به پیچ و تاب یا تاب برداشتن پس از لحیم کاری شود، بنابراین توصیه می شود از تعداد لایه زوج استفاده کنید.

بردهای چند لایه که کاربردی ترین انواع PCB هستند، با لمینیت لایه های متناوب از مواد اولیه و هسته در دمای بالا تولید می شوند. این فرآیند تضمین می ‌کند که بین لایه ‌ها گیر نمی ‌افتد، زیرا رساناها کاملاً توسط رزین پوشانده شده‌اند و چسبی که لایه ‌ها را در کنار هم نگه می‌ دارد به طور مناسب ذوب می ‌شود. ترکیبات مواد برای ساخت PCB چند لایه از شیشه اپوکسی پایه تا مواد سرامیکی یا تفلون پیچیده و غیره است.

کاربردهای PCB های چند لایه شامل رایانه ها، سرورهای فایل، فناوری GPS، سیستم های ماهواره ای، دستگاه های دستی، تجهیزات پزشکی مانند دستگاه های اشعه ایکس، مانیتورهای قلب و فناوری اسکن ، سیستم های تشخیص هسته ای، تجهیزات کاوشگر فضایی، انتقال سیگنال و بسیاری از موارد دیگر است.

مزایای PCB چند لایه

مزایای بردهای چندلایه در زیر برای شما آورده شده است:

• مناسب برای پروژه های پیچیده

تخته های چند لایه را می توان با ادغام لایه های بیشتر گسترش داد و فضایی را برای مدارهای اضافی با اتصالات اضافی فراهم کرد. این باعث می شود که برد برای دستگاه های پیچیده ای که به مدارها و قطعات اضافی نیاز دارند، مناسب باشد.

• ماندگاری

هرچه لایه های بیشتری اضافه شود، تخته ضخیم تر خواهد بود و آن را بادوام می کند. به این ترتیب، تخته می تواند در برابر دست زدن نامحسوس مقاومت کند و دوام بیشتری داشته باشد.

• ارتباط

چندین جزء معمولاً به بیش از یک نقطه اتصال نیاز دارند، اما PCB چند لایه فقط به یک نقطه اتصال نیاز دارد. این مزیت برای تولید دستگاه هایی با طراحی ساده و ویژگی های سبک مفید است.

• ظرفیت بیشتر

چگالی اضافی PCB های چند لایه آنها را برای دستگاه های پر مصرف مفید می کند. بنابراین، ظرفیت دستگاه‌های قدرتمند برای عملکرد مؤثر افزایش می‌یابد.

معایب PCB چند لایه

برخی از معایب بردهای مدار چاپی چندلایه نیز در زیر آمده است:

• گران بودن

PCB های چند لایه نیاز به مواد، تخصص و زمان بیشتری برای فرمول بندی دارند. بنابراین، هزینه آنها بسیار بیشتر از تخته تک لایه اصلی است. سازنده باید اطمینان حاصل کند که پروژه ارزش هزینه برد چند لایه را دارد.

• زمان سرب طولانی

الزامات پیچیده فرآیند لایه ‌بندی باعث می شود که تخته‌ های چند لایه بیشتر طول بکشد. زمان کلی تکمیل به دلیل تعداد لایه های درگیر در فرآیند تولید افزایش می یابد.

• ممکن است تعمیر مشکل باشد

ممکن است در تعمیر PCB چند لایه معیوب مشکلاتی وجود داشته باشد. چرا که برخی از لایه های داخلی که از بیرون قابل مشاهده نیستند، یافتن منبع مشکل را دشوار می کند. هر چه تعداد لایه های بیشتری روی برد باشد، تعمیر آن پیچیده تر خواهد بود.

به دلیل دشواری در تولید PCB های چند لایه انعطاف پذیر، PCB های چند لایه اغلب به عنوان برد های صلب طبقه بندی می شوند. اکثر PCBهای چند لایه استاندارد بین 4 تا 8 لایه دارند. بسته به پیچیدگی برنامه، گوشی های هوشمند می توانند تا 12 لایه داشته باشند. همچنین، از آنجایی که لمینیت تعداد لایه‌های فرد می‌تواند منجر به مداری شود که بیش از حد پیچیده است و مشکلاتی دارد، سازندگان لایه‌های زوج را به لایه‌های فرد ترجیح می‌دهند. هزینه بالا یکی دیگر از مواردی است که باید در نظر گرفته شود.

با این حال، انباشته ‌های لایه زیر، لایه‌ های یک برد مدار چاپی چند لایه معمولی هستند:

PCB دو لایه

یکی دیگر از انواع PCB برد مدار چاپی دو لایه است که از دو طرف مس با یک لایه عایق در وسط پوشیده شده است. دارای قطعاتی در دو طرف برد است و به همین دلیل به آن PCB دو طرفه نیز می گویند. آنها از اتصال دو لایه مس به یکدیگر و یک ماده دی الکتریک در بین آنها ساخته می شوند. مس در هر طرف می تواند سیگنال های الکتریکی مختلفی را منتقل کند، که آنها را برای کاربردهایی که بسته بندی با سرعت بالا و فشرده ضروری است، مناسب می کند.

سیگنال های الکتریکی بین دو لایه مس هدایت می شوند و مواد دی الکتریک بین آنها کمک می کند تا این سیگنال ها از یکدیگر جلوگیری کنند. بردهای مدار چاپی دو لایه رایج ترین و همچنین مقرون به صرفه ترین بردهای تولیدی هستند.

پی سی بی چهار لایه

در بین انواع PCB نیز بردهای مدار چاپی 4 لایه، بردهایی هستند که دارای چهار لایه رسانا هستند: لایه بالایی، دو لایه داخلی و لایه پایینی. هر دو لایه داخلی هسته هستند که معمولاً به عنوان صفحات قدرت یا زمین استفاده می شوند، در حالی که لایه های بیرونی بالا و پایین برای قرار دادن اجزا و سیگنال های مسیریابی هستند.

لایه‌ های بیرونی معمولاً در ماسک‌ های لحیم کاری با لنت‌های باز پوشیده می‌شوند تا نقاط قرارگیری برای اتصال دستگاه‌ های نصب سطحی و اجزای سوراخ عبوری فراهم شود. سوراخ‌های Via معمولاً برای ایجاد اتصالات بین چهار لایه استفاده می ‌شوند که وقتی با هم لمینت می‌شوند، یک تخته واحد ایجاد می‌ کنند.

در اینجا یک تفکیک سریع از این لایه ها آورده شده است:

لایه اول: این لایه زیرین است که معمولاً از مس ساخته شده است. به عنوان پایه ای برای کل برد عمل کرده و از لایه های دیگر پشتیبانی می کند.

لایه دو: این صفحه قدرت است. به این دلیل نامیده می شود که یک منبع تغذیه تمیز و پایدار برای تمام اجزای برد فراهم می کند.

لایه سه: این لایه سطح زمین است که به عنوان منبع زمین برای تمام اجزای تخته عمل می کند.

لایه چهار: لایه بالایی برای مسیریابی سیگنال ها و ارائه نقاط اتصال برای اجزای سازنده خدمت می کند.

این چیدمان برای استک آپ استاندارد 4 لایه PCB است، اما بسته به مشخصات طراحی و لایه ای که بیشترین سیگنال را دارد می توان آن را تغییر داد.

PCB های 4 لایه بسیار متنوع تر از PCB های 2 لایه سنتی هستند و طیف وسیعی از کاربردها را ارائه می دهند. همچنین، لایه های اضافی یکپارچگی سیگنال بهتر و مدیریت حرارتی بهبود یافته را تضمین می کنند. به خاطر همین آنها نسبت به PCB های 2 لایه سودمندتر هستند.

پی سی بی 6 لایه

یک PCB  شش لایه اساساً یک برد 4 لایه است که 2 لایه سیگنال اضافی بین نقشه اضافه شده است. استک آپ استاندارد PCB شش لایه شامل 4 لایه مسیریابی (دو لایه بیرونی و دو لایه داخلی) و 2 لایه داخلی (یکی برای زمین و دیگری برای برق) است. این امر EMI (تداخل الکترومغناطیسی) را با ارائه 2 لایه داخلی برای سیگنال های پرسرعت و 2 لایه خارجی برای مسیریابی سیگنال های کم سرعت، به طور قابل توجهی تقویت می کند. EMI انرژی است که سیگنال دهی یک دستگاه الکترونیکی را از طریق تشعشع یا القاء مختل می کند.

ترتیبات مختلفی برای پشته کردن PCB شش لایه وجود دارد، اما تعداد لایه های برق، سیگنال و زمین مورد استفاده بر اساس الزامات برنامه تعیین می شود.

استک آپ استاندارد برد مدار چاپی شش لایه شامل لایه بالایی – پیش آماده سازی – صفحه داخلی زمین – هسته – لایه مسیریابی داخلی – لایه پیش آماده سازی – لایه مسیریابی داخلی – هسته – صفحه قدرت داخلی – پیش آماده سازی – لایه پایین است.

اگرچه استاندارد است، اما این آرایش برای هر طراحی PCB مناسب نخواهد بود، بنابراین ممکن است نیاز به تغییر موقعیت لایه ها یا داشتن یک لایه خاص بیشتر باشد. با این وجود، قرار دادن باید با در نظر گرفتن بهره وری مسیریابی و به حداقل رساندن تداخل انجام شود.

PCB هشت لایه

یک PCB هشت لایه دارای چهار لایه سیگنال و چهار صفحه است که در کنار هم قرار گرفته اند. این لایه ها شامل صفحه زمین، صفحه قدرت و لایه های سیگنال هستند. سطوح زمین و قدرت، تداخل بین لایه‌ های سیگنال را از هم جدا کرده و به حداقل می‌ رسانند. انباشته شدن لایه ها روی PCB هشت لایه مسیریابی با کیفیت، ردیابی سیگنال و کارایی دستگاه های فشرده را افزایش می دهد.

PCB های 8 لایه همچنین به دلیل جریان بالای خود که معمولاً بسیار ضخیم هستند و امپدانس کمی دارند مفید هستند. علاوه بر این، آنها قدرت بهتر و جداسازی سطح زمین، افزایش عملکرد EMC (سازگاری الکترومغناطیسی) و مسیریابی سیگنال با سرعت بالا را ارائه می دهند.

نتیجه

چندین دهه قبل از این، PCB های تک لایه در اکثر دستگاه های الکتریکی استفاده می شدند، اما معرفی PCB های چند لایه که مزایای بهینه ای را برای نیازهای پیچیده ارائه می دهند، صنعت را تحت تأثیر قرار داد، زیرا دنیا از نظر فناوری پیشرفته تر می شود. با این وجود، PCB های تک لایه هنوز برای دستگاه های ساده تر ارتباط دارند، در حالی که PCB های چند لایه پر از دستگاه های با تکنولوژی بالا هستند.

آموخته های افراد در دوره های طراحی و تعمیر برد در کلاس هایی چون آموزش تعمیرات لپ تاپ در کرج ، آموزش تعمیرات موبایل در کرج و آموزش تعمیرات کامیپوتر در کرج نیز بسیار کارا و مفید هستند. داشتن مهارت تعمیر بردهای مختلف لوازم خانگی و سایر لوازم الکترونیکی می تواند برای فرد فرصت های کاری بی شماری را فراهم کند که به تبع آن سطح درآمدی شخص نیز افزایش خواهد یافت.