برد pcb چیست و چه کاربردی دارد؟ بی شک برد های مدار چاپی (PCB) از اجزای مهم دنیای الکترونیک به شمار می‌روند و بدون آن‌ها، هیچ دستگاه الکترونیکی قادر به عملکرد صحیح نخواهد بود. در این مقاله، به طور کامل و دقیق به بررسی برد PCB و کاربرد های آن می‌پردازیم. این راهنما برای تمام افراد علاقه مند به تعمیرات لوازم الکترونیکی، از مبتدی تا حرفه ای، مفید خواهد بود. ولی همچنین می توانید با گذراندن دوره آموزش تعمیرات برد در کرج بطور کامل تعمیر انواع برد را یاد بگیرید.
برد PCB چیست؟ تعریف و معرفی
برد مدار چاپی (Printed Circuit Board) به یک صفحه نازک از جنس مواد عایق مانند فایبرگلاس، اپوکسی یا پلی‌آمید گفته می‌شود که مسیرهای رسانای الکتریکی بر روی آن چاپ شده‌اند. این مسیرها که عمدتاً از جنس مس هستند، وظیفه هدایت جریان الکتریکی بین قطعات مختلف را بر عهده دارند.
در واقع، PCB همان چیزی است که باعث می‌شود تمام قطعات الکترونیکی یک مدار، به شکلی منظم و پایدار به هم متصل شوند. بدون این بردها، سیم‌کشی‌های دستی و پراکنده جایگزین می‌شدند که مشکلات زیادی به همراه داشت، مانند:
افزایش احتمال خطا در اتصالات
کاهش قابلیت اطمینان دستگاه
افزایش هزینه های تولید و نگهداری
تاریخچه برد PCB؛ از گذشته تا امروز
PCB چگونه اختراع شد؟
برد های مدار چاپی در ابتدای قرن 20 ام توسعه یافتند، اما تحول اصلی آن‌ها پس از جنگ جهانی دوم رخ داد. در آن دوران، مهندسان نیاز به روشی استاندارد و مطمئن برای ساخت مدارهای الکترونیکی داشتند.
۱۹۰۳ – اولین مفهوم مدار چاپی توسط “آلبرت هنسون” ثبت شد.
۱۹۲۵ – چارلز دوکاس فرآیند چاپ مسیرهای رسانا را روی سطوح عایق ارائه داد.
۱۹۴۳ – ارتش ایالات متحده از PCB در تجهیزات رادیویی و مخابراتی استفاده کرد.
دهه ۱۹۵۰ – بردهای دولایه و چندلایه برای اولین بار معرفی شدند.
امروزه – برد های انعطاف پذیر، نانوPCB و فناوری های پیشرفته ای مانند HDI PCB و Rigid-Flex PCB در حال توسعه و پیشرفت هستند.
ساختار و اجزای اصلی یک برد PCB
یک برد مدار چاپی معمولاً از چندین لایه مختلف تشکیل شده است که هرکدام نقش خاصی دارند. اجزای اصلی آن عبارت‌اند از:
لایه مسی (Copper Layer) – مسیرهای رسانای الکتریکی را فراهم می‌کند.
سابستریت (Substrate) – پایه اصلی برد که معمولاً از جنس فایبرگلاس است.
ماسک لحیم (Solder Mask) – پوششی برای جلوگیری از اتصال کوتاه و حفاظت از مسیرهای مسی.
سیلک اسکرین (Silkscreen) – چاپ توضیحات و شماره گذاری روی برد برای راهنمایی مونتاژ.
انواع بردهای PCB و تفاوت‌های آن‌ها
PCBها بسته به نوع استفاده، در مدل‌های مختلفی طراحی می‌شوند:
برد یک‌لایه (Single Layer PCB) – ساده ترین نوع برد که در وسایل الکترونیکی ارزان و مناسب مانند کنترل های تلویزیون استفاده می‌شود.
برد دولایه (Double Layer PCB) – دارای مسیرهای رسانا در دو طرف برد که کاربرد زیادی در لپ‌تاپ و موبایل دارد.
برد چندلایه (Multilayer PCB) – شامل چندین لایه مسی که برای دستگاه های پیچیده مانند سرورها و کارت های گرافیک مورد استفاده قرار می‌گیرد.
برد انعطاف پذیر (Flex PCB) – ساخته شده از مواد انعطاف پذیر که در گوشی های هوشمند و تجهیزات پزشکی کاربرد دارد.
این مقاله نیز برای شما مفید خواهد بود: انواع PCB – کاربردها، مزایا و معایب
برد PCB چگونه طراحی و ساخته می‌شود؟
فرآیند طراحی و ساخت PCB شامل مراحل زیر است:
1️: طراحی شماتیک مدار با استفاده از نرم‌افزارهایی مانند Altium Designer، KiCad یا Eagle
2️: تبدیل شماتیک به طرح PCB و تعیین مسیرهای رسانا
3️: تولید لایه های برد و انجام چاپ مدار مسی
4️: ایجاد ماسک لحیم و سیلک اسکرین
5️: سوراخ کاری و مونتاژ قطعات الکترونیکی روی برد
کاربردهای برد PCB در صنایع مختلف
بردهای مدار چاپی در صنایع مختلف نقش بسیار مهمی ایفا می‌کنند، از جمله:
صنعت مخابرات – مورد استفاده در مودم‌ها، آنتن‌ها و تجهیزات ارتباطی.
صنعت خودرو – در ECU، سنسورها و نمایشگرهای خودرو به کار می‌رود.
تجهیزات پزشکی – در اسکنرهای پزشکی، دستگاه های مانیتورینگ و ایمپلنت های الکترونیکی استفاده می‌شود.
روش های تست و عیب یابی بردهای PCB
برای تست سلامت PCB از روش‌های زیر استفاده می‌شود:
تست بصری (Visual Inspection) – بررسی ترک ها، قطعات معیوب و خرابی‌ها.
تست مدار باز و اتصال کوتاه – با استفاده از مولتی متر و تسترهای مخصوص.
تست عملکردی – بررسی کلی مدار پس از مونتاژ.
مشکلات رایج در برد های PCB و نحوه تعمیر آن‌ها
برخی از مشکلات بردهای PCB شامل موارد زیر می باشد :
قطع شدن مسیرهای رسانا
لحیم کاری نامناسب و اتصالات معیوب
اتصال کوتاه بین قطعات
آسیب های حرارتی و الکترواستاتیکی
آینده برد های PCB؛ چه تغییراتی در راه است؟
PCBهای نانو که کوچک تر و کارآم دتر هستند
استفاده از مواد زیست تجزیه پذیر برای کاهش آلودگی
برد های سه بعدی (3D PCB) که امکان تولید مدارهای پیچیده ترو سخت تر را فراهم می‌کند
تفاوت بردهای PCB معمولی با PCB های پیشرفته
با پیشرفت تکنولوژی، برد های PCB نیز متحول شده‌اند و امروزه انواع پیشرفته تری از آن‌ها در دستگاه های الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما برد های معمولی چه تفاوتی با برد های پیشرفته دارند؟
PCB معمولی: این بردها معمولاً یک‌لایه یا دولایه هستند و در دستگاه های ساده مثل کنترل تلویزیون، ریموت ها و لوازم خانگی استفاده می‌شوند. هزینه تولید کمتری دارند اما قابلیت های محدودی ارائه می‌دهند.
PCB پیشرفته: این بردها چند لایه، انعطاف پذیر یا HDI هستند و در تجهیزات پیشرفته مانند لپ‌تاپ، گوشی های هوشمند و تجهیزات پزشکی کاربرد دارند. این برد ها از مواد با کیفیت بالاتر ساخته شده‌اند، دارای مسیرهای نازک تر و پیچیده تری هستند و امکان تعبیه قطعات بیشتری را فراهم می‌کنند درنتیجه انتخاب نوع برد بستگی به پیچیدگی مدار، هزینه تولید و نیاز دستگاه دارد. تعمیرکاران حرفه ای باید با تفاوت های این برد ها آشنا باشند تا بتوانند بهترین تصمیم را هنگام تعمیر و جایگزینی قطعات بگیرند.
برد PCB در لوازم خانگی؛ نقشی که کمتر دیده می‌شود
برد های مدار چاپی فقط در کامپیوتر و موبایل نیستند. بلکه بسیاری از لوازم خانگی نیز از این بردها برای کنترل عملکرد خود استفاده می‌کنند.
برد PCB در ماشین لباسشویی: پردازنده های داخلی دستگاه، زمان بندی و کنترل موتور را بر عهده دارند.
برد PCB در یخچال: وظیفه کنترل دما، سنسورهای هوشمند و نمایشگر دیجیتال را بر عهده دارد.
برد PCB در جاروبرقی‌های هوشمند: کمک می‌کند تا دستگاه مسیرهای حرکتی را تشخیص دهد و به صورت خودکار کار کند.
شناخت بردهای PCB در لوازم خانگی به متخصصان کمک می‌کند تا مشکلاتی مانند قطعی برد، سوختن فیوزها و خرابی قطعات الکترونیکی را به درستی تشخیص داده و تعمیر کنند.
بررسی مهم ترین نرم‌افزارهای طراحی برد PCB
برای طراحی و شبیه سازی برد های مدار چاپی، ابزارهای نرم‌افزاری مختلفی وجود دارد. آشنایی با این نرم‌افزارها، به تعمیرکاران کمک می‌کند تا نقشه های مدار را بخوانند، تغییر دهند و درک بهتری از طراحی برد داشته باشند.
Altium Designer – یکی از قدرتمند ترین و بهترین ابزارها برای طراحی حرفه ای بردهای چندلایه و پیشرفته.
Eagle PCB – محبوب بین مهندسان الکترونیک و تعمیر کاران برای طراحی برد های کوچک و متوسط.
KiCad – نرم‌افزاری رایگان و متن باز که برای طراحی PCBهای استاندارد کاربرد دارد.
Proteus – علاوه بر طراحی، امکان شبیه سازی مدار و بررسی عملکرد قطعات را فراهم می‌کند.
آشنایی با این نرم‌افزارها به تعمیرکاران کمک می‌کند مدارهای که خراب هستند را بهتر تحلیل کنند، مسیرهای برد را بررسی نمایند و درک درستی از نحوه طراحی برد های پیچیده داشته باشند.
اهمیت مدیریت گرما در برد های PCB و روش های خنک سازی
برد های PCB در هنگام کار گرمای زیادی تولید می‌کنند که اگر به درستی مدیریت نشود، می‌تواند باعث خرابی قطعات شود
اما چگونه می‌توان گرمای PCB را کاهش داد؟
استفاده از هیت سینک : (Heat Sink) برخی از قطعات مانند پردازنده‌ها نیاز به هیت سینک دارند تا گرما را به بیرون انتقال دهند.
لایه های مسی ضخیم تر: در طراحی برد های حرفه‌ای، از مسیرهای مسی ضخیم تر استفاده می‌شود تا انتقال گرما بهتر انجام شود.
سوراخ های حرارتی : (Thermal Vias) در برد های چندلایه، از سوراخ های مخصوصی برای هدایت گرما به بیرون استفاده می‌شود.
فن و سیستم خنک کننده : در دستگاه های پرمصرف مانند لپ‌تاپ و کامپیوتر، فن های داخلی برای کاهش دمای PCB نصب می‌شوند.
توجه داشته باشید که اگر بردی بیش از حد داغ می‌شود و باعث خاموشی ناگهانی دستگاه می‌شود، احتمال دارد که سیستم مدیریت گرمای آن دچار مشکل شده باشد. بررسی خنک کننده ها و تعویض قطعات معیوب می‌تواند مشکل را برطرف کند.
جمع بندی
در این مقاله از سری مقالات آموزشگاه فنی البرز کرج ، برد PCB و کاربردهای آن را از پایه تا پیشرفته بررسی کردیم. بردهای مدار چاپی قلب تپنده تمام دستگاه های الکترونیکی هستند و شناخت آن‌ها برای تعمیرکاران و مهندسان الکترونیک امری مهم و ضوری است.
