برد الکترونیکی چیست؟ (همه چیز درباره انواع بردهای الکترونیکی)
برد الکترونیکی (Electronic Board) یا همان PCB (Printed Circuit Board)، یک تکه برد یا صفحه است که بر روی آن اجزای الکترونیکی نصب می‌شوند و اتصالات الکتریکی بین این اجزا را برقرار می‌کند. برد الکترونیکی معمولاً از یک ماده خام مانند فیبرگلاس، سرامیک یا پلی‌آمید ساخته می‌شود که دارای خطوط هدایت الکتریکی (تراک) و چاپ سیم‌های مسی است. این خطوط هدایت الکتریکی به صورت لایه‌هایی روی سطح برد قرار می‌گیرند و با استفاده از فرآیند چاپ، حکاکی یا روش‌های دیگری روی برد تولید می‌شوند. در ادامه این مقاله از شهاب الکترونیک همراه ما باشید تا همه چیز را درباره انواع برد الکترونیکی بدانید.
نقش برد الکترونیکی در دستگاه های الکترونیکی چیست؟
برد الکترونیکی نقش بسیار مهمی در دستگاه‌های الکترونیکی دارد و به عنوان یک پایه فیزیکی برای نصب و اتصال قطعات الکترونیکی استفاده می‌شود. نقش‌های اصلی برد الکترونیکی عبارتند از:
اتصالات الکتریکی:
برد الکترونیکی با خطوط هدایت الکتریکی (تراک) و چاپ سیم‌های مسی که بر روی آن قرار دارند، اتصالات الکتریکی بین اجزای الکترونیکی را برقرار می‌کند. این اتصالات به صورت فیزیکی بین قطعات مختلف مانند مقاومت‌ها، خازن‌ها، ترانزیستورها و مدارهای متکامل برقرار می‌شود.
نصب قطعات الکترونیکی:
برد الکترونیکی به عنوان مکانی برای نصب قطعات الکترونیکی در دستگاه‌ها عمل می‌کند. قطعات الکترونیکی مانند تراشه‌ها، مقاومت‌ها، خازن‌ها، ترانزیستورها و سایر اجزا روی سطح برد قرار می‌گیرند و به وسیله اتصالات الکتریکی به برد متصل می‌شوند.
سهولت تعمیر و ارتقاء:
استفاده از برد الکترونیکی به تعمیر و ارتقاء دستگاه‌های الکترونیکی کمک می‌کند. با داشتن یک برد الکترونیکی، قطعات معیوب یا قدیمی را می‌توان به راحتی جدا کرده و قطعات جدید را جایگزین کرد. این امر امکان تعمیر سریعتر و بهبود عملکرد دستگاه را فراهم می‌کند.
بهتر است بدانید استفاده از پری هیترها برای کار مجدد بر روی برد های چند لایه ویا صفحات زمینی بزرگ به منظور جلوگیری از شوک حرارتی و تسهیل فرآیند لحیم کاری با انواع هویه مانند هویه رومیزی ضروری است.
حفاظت و عزل:
برد الکترونیکی به عنوان یک لایه محافظ برای قطعات الکترونیکی عمل می‌کند و آنها را از آسیب‌های خارجی مانند ضربه، گرد و غبار، رطوبت و حرارت محافظت می‌کند. همچنین، با ایجاد عزل بین قطعات الکترونیکی، از تداخل الکترومغناطیسی و تداخلات الکتریکی جلوگیری می‌کند. به طور کلی، برد الکترونیکی نقش بسیار مهمی در ساختار و عملکرد دستگاه‌های الکترونیکی دارد و بدون آن، عملکرد صحیح و پایدار این دستگاه‌ها به مخاطره می‌افتد.
انواع برد الکترونیکی
برد الکترونیکی در انواع مختلفی طراحی و ساخته می‌شود، که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. در زیر به برخی از انواع رایج برد الکترونیکی اشاره می کنم:
بردهای تک لایه (Single-layer PCB):
در این نوع برد، تمام اجزا و اتصالات الکتریکی روی یک لایه واحد قرار دارند. این نوع بردها برای مدارهای ساده و کم پیچیده استفاده می‌شوند و به دلیل سادگی ساخت و هزینه کم، مناسب برای کاربردهای اقتصادی هستند.
بردهای دو لایه (Double-layer PCB):
در این نوع برد، اجزا و اتصالات الکتریکی روی دو لایه قرار دارند. لایه‌های برد با استفاده از مسیرهای هدایت الکتریکی به یکدیگر متصل می‌شوند. بردهای دو لایه معمولاً در مدارهایی با پیچیدگی متوسط و کاربردهای گسترده‌تر استفاده می‌شوند.
بردهای چند لایه (Multi-layer PCB):
در این نوع برد، بیش از دو لایه مختلف وجود دارد که به وسیله لایه‌های عایقی از یکدیگر جدا شده‌اند. لایه‌های داخلی برای عبور سیگنال‌های الکتریکی استفاده می‌شوند و لایه بیرونی به عنوان لایه‌های پایه و مکانیکی به کار می‌روند. بردهای چند لایه برای مدارهای پیچیده و با فرکانس‌های بالا استفاده می‌شوند و امکان استفاده از سیگنال‌های الکتریکی بیشتر را فراهم می‌کنند.
بردهای اعتبارسنجی یا همان بردهای آزمون (Test Boards):
این بردها برای اعتبارسنجی و آزمایش قطعات و مدارات الکترونیکی قبل از تولید انبوه استفاده می‌شوند. طراحی این بردها برای انجام آزمون‌های الکتریکی و عملکردی مدارها بهینه شده است.
بردهای اختصاصی (Custom PCBs):
این نوع بردها براساس نیازهای خاص یک محصول یا سیستم الکترونیکی طراحی و ساخته می‌شوند. طراحی برد اختصاصی به ویژگی‌ها و نیازهای خاص سیستم مورد نظر پاسخ می‌دهد و معمولاً در صنایع خاصی مانند صنعت خودروباتیک، صنایع خودروسازی، الکترونیک مصرفی و غیره استفاده می‌شود.
بردهای انعطاف‌پذیر (Flexible PCBs):
این بردها از مواد انعطاف‌پذیر مانند پلی‌آمید (PI) یا پلی‌استر (PET) ساخته می‌شوند و قابلیت انعطاف و انحنا را دارند. بردهای انعطاف‌پذیر برای کاربردهایی که نیاز به اتصالات الکتریکی در فضاهای محدود یا مناطق منحنی وجود دارد، استفاده می‌شوند.
بردهای چند‌لایه انعطاف‌پذیر (Flexible Multilayer PCBs):
این نوع بردها ترکیبی از بردهای چند لایه و انعطاف‌پذیر هستند و ویژگی‌های هر دو را ترکیب می‌کنند. آنها اتصالات الکتریکی پیچیده‌تر را در یک ساختار انعطاف‌پذیر فراهم می‌کنند.
این تنها چند نمونه از انواع بردهای الکترونیکی هستند و هر یک دارای ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود هستند. انتخاب نوع مناسب برد الکترونیکی بستگی به نیازها و محدودیت‌های مربوط به سیستم یا محصول الکترونیکی دارد.
اجزای برد الکترونیکی
برد الکترونیکی، به عنوان پایه‌ای برای نصب و اتصال قطعات الکترونیکی و الکترونیک‌های مختلف، از اجزای مختلفی تشکیل شده است. در زیر، به برخی از اجزای اصلی برد الکترونیکی اشاره می‌کنم:
- مسیرهای روی برد (Traces):مسیرهای روی برد الکترونیکی، مسیرهایی هستند که جریان الکتریکی در آنها جریان می‌یابد. این مسیرها معمولاً از مواد هدایت الکتریکی مانند مس یا آلومینیوم ساخته می‌شوند و با استفاده از فرآیندهای تولید برد، بر روی لایه‌های مختلف بردها ایجاد می‌شوند.
- پد‌ها (Pads):پد‌ها نقاطی هستند که قطعات الکترونیکی به آنها متصل می‌شوند. این نقاط معمولاً در سراسر برد و در نقاطی که نیاز به اتصال قطعات و اجزا وجود دارد قرار دارند. پد‌ها معمولاً از مس ساخته می‌شوند و به عنوان نقاط اتصال برای سرریزها، پین‌ها و سایر قطعات مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- سرریزها (Connectors):سرریزها نقاط اتصال است که برای اتصال برد الکترونیکی به دستگاه‌ها یا قطعات خارجی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این اجزا شامل پین‌ها، سوکت‌ها، جک‌ها و سایر نوع اتصالات است. سرریزها به صورت فیزیکی به برد الکترونیکی متصل می‌شوند و ارتباط بین برد و سایر اجزا را فراهم می‌کنند.
- قطعات نصب شده (Mounted Components):قطعات الکترونیکی که بر روی برد نصب می‌شوند، شامل مقاومت‌ها، خازن‌ها، ترانزیستورها، میکروکنترلرها و سایر قطعات الکترونیکی است. این قطعات به طریق جوشکاری یا نصب سطحی (SMD) بر روی برد الکترونیکی قرار می‌گیرند و از طریق مسیرها و پد‌ها به یکدیگر و به قطعات دیگر متصل می‌شوند.
- لایه‌های برد (Board Layers):بردهای الکترونیکی معمولاً از چندین لایه تشکیل شده‌اند. لایه‌های مختلف برد شامل لایه‌های مسی، لایه‌های جداگانه برای مسیرهای روی برد، لایه‌های زبری (Prepreg) و لایه‌های زیرین برد (Substrate) می‌باشند. لایه‌های مسی برای ارتباط بین مختصات الکتریکی استفاده می‌شوند، لایه‌های زبری برای فاصله‌دهی بین لایه‌های مسی استفاده می‌شوند و لایه‌های زیرین برد باعث ارتباط میان لایه‌ها و استحکام مکانیکی برد می‌شوند.
این فقط برخی از اجزای اصلی برد الکترونیکی هستند. بردهای الکترونیکی می‌توانند بسیار پیچیده باشند و از اجزا و فناوری‌های متنوعی استفاده کنند. علاوه بر این، بسته به نوع برد و کاربردهای خاص، ممکن است اجزای دیگری نیز در برد الکترونیکی استفاده شود.
اتصالات در برد الکترونیکی
اتصالات در برد الکترونیکی به صورت فیزیکی برای اتصال قطعات الکترونیکی و اجزا مختلف به یکدیگر استفاده می‌شوند. این اتصالات می‌توانند به صورت سیمی یا بی‌سیم باشند. شرکت شهاب الکترونیک با پرسنل مجرب با بیش از ۸ سال سابقه در مونتاژ انواع قطعات BGA آماده سفارش خدمات شما میباشد.
در زیر، به برخی از اتصالات متداول در برد الکترونیکی اشاره می‌کنم:
جوشکاری (Soldering):
جوشکاری یکی از روش‌های رایج برای اتصال قطعات الکترونیکی به برد است. در این روش، پایه‌های فلزی قطعات الکترونیکی به پد‌های برد متصل می‌شوند. ابتدا قطعه الکترونیکی روی پد قرار داده می‌شود و سپس با استفاده از یک اتصال کننده فلزی به نام جوش، پایه‌های قطعه به پد جوش داده می‌شوند. جوش سپس با استفاده از حرارت توسط دمای بالا فعال می‌شود و پس از خنک شدن، اتصال قوی و الکتریکی بین قطعه و برد ایجاد می‌شود.
نصب سطحی (Surface Mount Technology – SMT):
در این روش، قطعات الکترونیکی به صورت مستقیم روی سطح برد نصب می‌شوند. قطعات با ابعاد کوچکتر و بدون پایه‌های فلزی (Surface Mount Devices – SMDs) استفاده می‌شوند. قطعات با استفاده از فناوری SMT روی پد‌های برد قرار می‌گیرند و با استفاده از مواد چسبنده یا ماده حلال در مواضع مناسب ثابت می‌شوند. سپس با استفاده از پایه‌های فلزی کوچک (پین‌های بسیار کوچک)، قطعات به پد‌ها وصل می‌شوند. این روش به دلیل اندازه کوچک قطعات و امکان اتصال چندین پین در یک بار نصب، در بردهای الکترونیکی پرکاربرد است.
سوکت‌ها (Sockets):
سوکت‌ها نوعی اتصال فیزیکی هستند که امکان نصب و جدا کردن قطعات الکترونیکی را فراهم می‌کنند. به‌عنوان مثال، برای قطعاتی که نیاز به تعویض مکرر دارند مانند میکروکنترلرها، از سوکت‌ها استفاده می‌شود. در این روش، قطعه الکترونیکی درون سوکت قرار می‌گیرد و با استفاده از پایه‌های سوکت به پد‌های برد متصل می‌شود. این روش امکان تعویض وجدا کردن سریع و آسان قطعات را فراهم می‌کند.
اتصالات بی‌سیم:
در برخی موارد، اتصالات بی‌سیم مانند بلوتوث، وای‌فای، رادیوفرکانس (RF) و سایر فناوری‌های مشابه برای ارتباط بین قطعات الکترونیکی در برد استفاده می‌شوند. این اتصالات بی‌سیم به صورت موجودیت‌های الکترونیکی درون برد و قطعات مختلفی که برای ارتباط بی‌سیم طراحی شده‌اند، پیاده سازی می‌شوند. این روش به دلیل عدم نیاز به سیم‌کشی و اتصال فیزیکی مستقیم، در بردهایی که به اتصال بی‌سیم نیاز دارند مورد استفاده قرار می‌گیرد. مهمترین نکته در اتصالات برد الکترونیکی، استحکام و پایداری اتصالات است. اتصالات باید به گونه‌ای طراحی و اجرا شوند که در مقابل ارتعاشات، حرارت، تغییرات فشار و رطوبت، پایداری خوبی داشته باشند تا عملکرد صحیح قطعات الکترونیکی را تضمین کنند.
انواع برد الکترونیکی از نظر کاربرد
بردهای الکترونیکی در انواع مختلف و با کاربردهای متنوعی در صنایع مختلف استفاده می‌شوند. در زیر، به برخی از انواع بردهای الکترونیکی از نظر کاربرد اشاره می‌کنم:
بردهای تست و آزمایشگاهی (Prototyping Boards)
این نوع بردها برای توسعه و تست مدارات الکترونیکی در فاز ابتدایی طراحی استفاده می‌شوند. آنها از حفرات و پد‌های قطعه‌نگاری بر روی سطح برد برای قرار دادن قطعات الکترونیکی و اتصال آنها با یکدیگر استفاده می‌کنند. بردهای تست و آزمایشگاهی به طراحان اجازه می‌دهند تا قبل از تولید مقیاس بزرگ، عملکرد و عیب‌یابی مدارات را بررسی کنند.
بردهای مدار چاپی (Printed Circuit Boards – PCBs)
بردهای مدار چاپی یا PCBs برای ساخت مدارات الکترونیکی در مقیاس بزرگ استفاده می‌شوند. این بردها معمولاً از یک لایه یا چند لایه مسی است که روی یک سطح غیرهادی (معمولاً فیبرگلاس) قرار می‌گیرد. اتصالات الکتریکی بین قطعات الکترونیکی با استفاده از جوشکاری یا نصب سطحی بر روی پد‌های مسی برقرار می‌شود. PCBs به دلیل ارتباطات منظم و قابل اعتماد، استفاده گسترده‌ای در صنایع مانند الکترونیک مصرفی، صنایع خودروسازی، صنایع پزشکی و سایر صنایع الکترونیکی دارند.
بردهای تخصصی (Specialized Boards)
برخی از بردهای الکترونیکی برای نیازهای خاص و تخصصی طراحی و تولید می‌شوند. برای مثال، بردهای قدرت برای کنترل و مدیریت توان در سیستم‌های قدرت بالا استفاده می‌شوند. بردهای حسگری (Sensor Boards) برای جمع‌آوری و پردازش اطلاعات از حسگرها استفاده می‌شوند. همچنین، بردهای کنترلی (Control Boards) برای کنترل و مدیریت سیستم‌های خاص مانند رباتیک، خودروهای هوشمند و سیستم‌های اتوماسیون صنعتی طراحی می‌شوند.
بردهای مجتمع (Integrated Boards)
بردهای مجتمع یا سیستم‌های درون‌برد (Integrated Boards): بردهای مجتمع یا سیستم‌های درون‌برد (System-on-Board – SoB)، تمام قطعات الکترونیکی مورد نیاز را در یک برد الکترونیکی یکپارچه می‌کنند. این بردها شامل قطعاتی مانند میکروکنترلرها، حافظه‌ها، مبدل‌ها، مدارهای قدرت و سایر قطعات الکترونیکی است. بردهای مجتمع برای کاربردهایی مانند سیستم‌های هوشمند، دستگاه‌های پزشکی، تلفن همراه و سیستم‌های جاسوسی استفاده می‌شوند.
بردهای صنعتی (Industrial Boards)
بردهای صنعتی برای کاربردهای صنعتی و صنعت‌های خاص طراحی و تولید می‌شوند. این بردها معمولاً برای مقاومت در برابر شرایط سخت صنعتی مانند دما، رطوبت، لرزش و نویز الکترومغناطیسی بهینه‌سازی شده‌اند. از بردهای صنعتی در سیستم‌های کنترل صنعتی، رباتیک صنعتی، سیستم‌های اتوماسیون و سایر برنامه‌های صنعتی استفاده می‌شود.
همچنین، بردهای الکترونیکی دیگری نیز وجود دارند که براساس نوع تکنولوژی، سطح پیچیدگی و کاربردهای خاص متفاوتی طراحی و استفاده می‌شوند. برای هر کاربرد خاص، برد الکترونیکی مناسب باید با توجه به نیازهای طراحی و عملکرد مدار انتخاب شود.
انواع برد الکترونیکی از لحاظ جنس فیبر
از لحاظ جنس فیبری که در ساخت بردهای الکترونیکی استفاده می‌شود، می‌توان انواع زیر را نام برد:
- برد FR-4: بردهای FR-4 از جنس فیبرگلاس اپوکسی (epoxy fiberglass) ساخته می‌شوند. این نوع بردها بسیار رایج هستند و در بیشتر بردهای الکترونیکی استفاده می‌شوند. آنها دارای عایق الکتریکی خوبی هستند و مقاومت مناسبی در برابر حرارت و رطوبت دارند.
- برد FR-2: بردهای FR-2 نیز از جنس فیبرگلاس است، اما جنس اپوکسی آنها معمولاً از نوعی مقرون به صرفه‌تر و با کیفیت پایین‌تر است. بردهای FR-2 در برخی از بردهای ارزان قیمت و کاربردهای خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- برد CEM-1 و CEM-3: بردهای CEM-1 و CEM-3 نیز با استفاده از فیبرگلاس و مواد رزینی ساخته می‌شوند. این نوع بردها معمولاً در بردهایی با ترکیبات پایین تر از نظر سرعت سیگنال و کاربردهایی که نیاز به عایق الکتریکی با کیفیت بالا ندارند، استفاده می‌شوند.
- برد Metal Core (برد MCPCB): بردهای Metal Core با استفاده از یک لایه فیبرگلاس، لایه مس و لایه فلزی (معمولاً آلومینیوم) ساخته می‌شوند. این نوع بردها برای کاربردهایی که نیاز به انتقال حرارت بیشتر و مدیریت حرارت بهتری دارند، مناسب هستند. به عنوان مثال، در بردهای LED و بردهایی که با توان بالا سروکار دارند، استفاده می‌شوند.
در اضافه به موارد فوق، بردهای الیاف کربنی (Carbon Fiber) و بردهای کریستال مایع (Liquid Crystal Polymer) نیز در صنایع خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرند. هر نوع برد الکترونیکی با توجه به خواص مکانیکی، حرارتی و الکتریکی مورد نیاز برنامه و کاربرد خاص، انتخاب می‌شود.
تعمیر بردهای الکترونیکی
تعمیر برد الکترونیکی یک فرآیند است که در آن برای رفع خرابی‌ها و عیب‌های برد الکترونیکی اقدام می‌شود. در ادامه، توضیحاتی در مورد این فرآیند به شما ارائه می‌دهم:
تعمیر برد الکترونیکی
تعمیر برد الکترونیکی شامل مجموعه اقدامات است که به منظور تشخیص و رفع خرابی‌های برد الکترونیکی انجام می‌شود. این خرابی‌ها ممکن است به دلیل عوامل مختلفی از جمله خطا در طراحی، خرابی قطعات الکترونیکی، خرابی اتصالات، عوامل محیطی و غیره رخ دهد. تعمیر برد الکترونیکی به منظور بازیابی عملکرد صحیح و عادی برد الکترونیکی و اجزای آن انجام می‌شود.
مراحل تعمیر برد الکترونیکی
1. تشخیص خرابی:
در ابتدا، خرابی و مشکل در برد الکترونیکی شناسایی می‌شود. این مرحله شامل استفاده از ابزارهای اندازه‌گیری و تجهیزات تست الکترونیکی است. اقداماتی مانند بررسی اتصالات، اندازه‌گیری ولتاژ و جریان، بررسی قطعات و سایر تست‌ها می‌توانند در این مرحله انجام شوند.
2. تعویض قطعات خراب:
پس از تشخیص خرابی، قطعات الکترونیکی خراب یا آسیب دیده را می‌توان تعویض کرد. این شامل جایگزینی قطعات معیوب یا قدیمی با قطعات جدید و سالم است. اجرای این مرحله ممکن است نیاز به مهارت و دانش فنی داشته باشد.
3. بازسازی اتصالات:
در صورت وجود اشکال در اتصالات بین قطعات، مراحل بازسازی و تعمیر اتصالات صورت می‌گیرد. این شامل استفاده از روش‌های جوشکاری، لحیم کاری، وصل کابل‌ها و مراحل دیگر برای بهبود اتصالات می‌شود.
4. تست و تأیید عملکرد:
پس از تعمیر، برد الکترونیکی تست می‌شود تا اطمینان حاصل شود که عملکرد آن به حالت صحیح بازگشته است. از ابزارها و تجهیزات تست مانند اسیلوسکوپ، منبع تغذیه، مولتی‌متر و سایر وسایل تست الکترونیکی استفاده می‌شود.
5. پیگیری و رفع مشکلات فنی:
در صورتی که بعد از تست و تأیید عملکرد، مشکلات فنی یا نقص‌های دیگر مشاهده شود، باید اقدامات لازم برای رفع این مشکلات انجام شود. این شامل تنظیمات نرم‌افزاری، تنظیمات پارامترها، بازبینی مجدد قطعات و اتصالات، تعمیر قطعات جانبی و غیره است.
6. آزمایش نهایی و تحویل:
در نهایت، بعد از رفع خرابی‌ها و اجرای تست‌های لازم، برد الکترونیکی آزمایش نهایی می‌شود تا اطمینان حاصل شود که عملکرد صحیح دارد. پس از تأیید عملکرد، برد به مالک یا مشتری تحویل داده می‌شود.
تعمیر برد الکترونیکی ممکن است به دلیل مشکلات مختلف از جمله خرابی قطعات الکترونیکی، خرابی اتصالات، خطا در طراحی و سایر عوامل رخ دهد. تعمیر برد الکترونیکی نیاز به دانش و مهارت فنی دارد و معمولاً توسط تعمیرکاران متخصص الکترونیک انجام می‌شود.
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.