ویژگیهای فنی برد مدار چاپی
ساختار و اجزای اصلی برد مدار چاپی
برد مدار چاپی از چندین لایه تشکیل شده است که هر کدام نقش مشخصی در عملکرد کلی برد ایفا میکنند. هسته اصلی شامل لایههای دیالکتریک (معمولاً FR-4) است که عایق الکتریکی را فراهم میکنند و لایههای رسانا (مس) که مسیرهای ارتباطی (Trace) و پدها را تشکیل میدهند. لایه ماسک لحیم (Solder Mask) که معمولاً سبز رنگ است، از اکسیداسیون مس جلوگیری کرده و از ایجاد اتصالات کوتاه ناخواسته در حین لحیمکاری محافظت میکند. لایه سیلکاسکرین (Silkscreen) نیز برای چاپ علائم، شماره قطعات و راهنمای مونتاژ استفاده میشود.
انواع مواد دیالکتریک
انتخاب ماده دیالکتریک بر اساس نیازهای الکتریکی، حرارتی و مکانیکی مدار انجام میشود:
- FR-4: رایجترین ماده، دارای خواص مکانیکی و الکتریکی متعادل، مقرون به صرفه.
- آلومینیوم: دارای هسته آلومینیومی، برای کاربردهای با توان بالا و مدیریت حرارت عالی.
- فلکسیبل (Polyimide): برای مدارهایی که نیاز به انعطافپذیری و خم شدن دارند.
- PTFE (تفلون): برای کاربردهای فرکانس بالا (RF/مایکروویو) به دلیل ثابت دیالکتریک پایین و تلفات کم.
پارامترهای فنی کلیدی
تعداد لایهها
PCB ها از یک تا چند ده لایه میتوانند ساخته شوند. بردهای یکطرفه (Single-sided) سادهترین نوع هستند و فقط در یک طرف دارای مسیرهای مسی هستند. بردهای دوطرفه (Double-sided) در هر دو طرف مسیر دارند و امکان چگالی مدار بالاتر را فراهم میکنند. بردهای چندلایه (Multi-layer) با افزودن لایههای دیالکتریک و مسی بیشتر، پیچیدگی و چگالی مدار را به شدت افزایش میدهند که برای مدارهای با سرعت بالا و فشرده ضروری است.
ضخامت مس
ضخامت مس معمولاً بر حسب اونس (oz) در هر فوت مربع (1oz مس معادل تقریباً 35 میکرومتر ضخامت) بیان میشود. ضخامتهای رایج شامل 1oz و 2oz است. برای مدارهایی که جریانهای بالاتری نیاز دارند یا نیاز به مدیریت حرارتی بهتر دارند، از مس با ضخامت بیشتر (مثلاً 3oz یا 4oz) استفاده میشود. ضخامت مس مستقیماً بر مقاومت الکتریکی مسیرها و توانایی حمل جریان آنها تأثیر میگذارد.
روکش نهایی سطح (Surface Finish)
روکش نهایی سطح از اکسیداسیون پدهای مسی جلوگیری کرده و قابلیت لحیمکاری را بهبود میبخشد. انواع رایج عبارتند از:
- HASL (Hot Air Solder Leveling): یکی از قدیمیترین و ارزانترین روشها، شامل پوشاندن سطح با قلع-سرب یا قلع بدون سرب.
- ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold): پوششی از نیکل و سپس طلا، برای اتصالات صاف، دوام بالا و مناسب برای fine-pitch.
- OSP (Organic Solderability Preservative): یک لایه آلی نازک که از مس محافظت میکند، دوستدار محیط زیست و مقرون به صرفه.
- Immersion Silver/Tin: گزینههای دیگر برای قابلیت لحیمکاری خوب.
ملاحظات طراحی و ساخت
در طراحی برد مدار چاپی، پارامترهای مهمی مانند امپدانس کنترل شده برای خطوط انتقال سیگنال با سرعت بالا، یکپارچگی سیگنال (Signal Integrity) برای جلوگیری از تداخل و افت سیگنال، و مدیریت حرارتی برای توزیع بهینه گرما باید در نظر گرفته شوند. طراحی دقیق Viaها (سوراخهای ارتباطی بین لایهها) و پدهای اتصال نیز برای عملکرد صحیح و قابلیت مونتاژ حیاتی است. فرآیند ساخت شامل مراحل متعددی از جمله سوراخکاری، آبکاری، لایهبندی، حکاکی، اعمال ماسک لحیم و سیلکاسکرین است که هر یک از آنها دقت و کنترل کیفیت بالایی را میطلبند تا یک برد با کیفیت و مطابق با مشخصات فنی تولید شود.
همچنین، توجه به استانداردهای IPC برای طراحی و ساخت PCB از اهمیت بالایی برخوردار است تا از سازگاری و قابلیت اطمینان محصول نهایی اطمینان حاصل شود. انتخاب تکنیکهای مونتاژ (مانند SMT یا Through-hole) نیز بر طراحی نهایی و انتخاب نوع PCB تأثیرگذار است. با پیشرفت تکنولوژی، نیاز به PCBهای با چگالی بالاتر، کوچکتر و با قابلیتهای فرکانس بالاتر به طور فزایندهای در حال افزایش است.