همه چیز در مورد PCB (بُرد مدار چاپی) – قسمت اول

0
183
بُرد مدار چاپی
بُرد مدار چاپی

تاریخچه بُرد مدارچاپی

تا پیش‌از اختراع بُرد مدارچاپی، قطعات الکترونیکی آن زمان برروی تخته‌هایی سوار و سیم‌بندی می‌شد.

پاول ایسلر
پاول ایسلر

 

این فرد پاول ایسلر(Paul Eisler) است. یهودی اتریشی تبار فارغ‌التحصیل دانشگاه فنی وین، که پس‌از چند تجربه شغلی ناموفق به‌کار روزنامه‌نگاری مشغول‌شد. او متوجه‌شد که صنعت‌چاپ‌صنعتی دقیق است. از این‌رو تلاش‌کرد تا بتواند سیم‌کشی‌های چاپ‌شده تولید‌کند. رشد نازی‌ها در آلمان سبب مهاجرت او به انگلیس شد. در انگلیس او با انجام کار‌های متفرقه و حتی فروش طرح‌هایش امرارمعاش می‌کرد. تا‌اینکه ایسلر توانست در سال۱۹۴۰ اولین رادیوی جهان با مدارچاپی را بسازد و به جهان معرفی‌کند. و گواهی ثبت اختراع آن را اخذ کند.

اولین رادیوی ساخته‌شده با بُرد مدارچاپی توسط پاول ایسلر در سال ۱۹۴۰میلادی
اولین رادیوی ساخته‌شده با بُرد مدارچاپی توسط پاول ایسلر در سال ۱۹۴۰میلادی

 

در سال۱۹۴۸ نیروی هوایی آمریکا اعلام‌کرد که تمامی آلات دقیق هواپیما‌های خود را با‌استفاده‌از فیبر مدار‌چاپی اجرا‌خواهد‌نمود. و از همین تاریخ بود که این اختراع تجاری شد. جالب‌است بدانید اختراعات‌دیگری نیز توسط این مخترع انجام‌شده ازجمله گرم‌کن شیشه خودرو و … ایسلر در سال ۱۹۹۲ در لندن درگذشت.

معرفی فناوری‌ها، مواد‌مصرفی و راهکارها

در زمانیکه الکترونیک محدود به لامپ های خلاء بود، تولید مدارات کاری زمان‌بر بُرد، چون غالباً تکه‌ایی چوب(عموماً از جنس فیبر) آماده می‌کردند، با دریل سوراخ‌هایی زده می‌شد و تعدادی سوکت لامپ و کانکتور نصب و سیم‌کشی می‌شد… بُردهای مدار چاپی عموماً از یک هسته عایق و ورق‌های نازک رسانا تشکیل می‌شوند. مواد تشکیل‌دهنده عمده بُردها، پلیمر و رزین است. حال با‌توجه‌به مشخصات پلیمرها و رزین‌ها رده‌های مختلفی به‌دست می‌آید.

توضیحات جنس مواد رده مواد
رزین پلیمر
قابل شستشو در دمای اتاق – مقاومت پایین در برابر رطوبت فنولیک کاغذی FR-1
مناسب برای بُردهای یک‌رو در لوازم ارزان قیمت مصرفی- مقاومت خوب در برابر رطوبت فنولیک کاغذی FR-2
طراحی شده برای مشخصات الکتریکی و مکانیکی بهتر اپوکسی کاغذی FR-3
مشخصات الکتریکی و مکانیکی عالی دارد اپوکسی پارچه شیشه­ای FR-4
استحکام زیاد در دماهای بالا – درصورت شعله ور شدن خود اطفاء می‌باشد اپوکسی پارچه شیشه­ای FR-5
استحکام بسیار زیاد – کاربرد در مصارف نظامی پلی استر پارچه شیشه ای خاص FR-6
مقاومت عایقی بالا، بالاترین استحکام نوارهای نازک شیشه‌ایی ، مقاومت بالا در برابر رطوبت اپوکسی پارچه شیشه­ای G10
مقاومت خمشی زیاد در دماهای بالا ، مقاومت خیلی زیاد نسبت به حلال‌ها اپوکسی پارچه شیشه­ای G11

 

مواد ساخته‌شده با پلیمرهای کاغذی و رزین‌های فنولیک ارزان هستند اما کارآیی بالایی ندارند. در کاربردهای خاص، موادی از جنس سرامیک و پلیمرهایی با جنس‌هایی دیگر(همچون پلی آمید) نیز کاربرد دارد. در طراحی بُرد همواره چندنکته بایستی رعایت‌گردد و با‌توجه‌به آن متریال مناسب انتخاب‌گردد. در کاربری‌های نظامی، تکنولوژی‌های مختلفی توسط ارتش آمریکا توسعه‌داده‌شد که یکی‌از آن‌ها استفاده‌از سرامیک به‌عنوان هسته‌ی بُرد بود. این تکنولوژی به آن‌ها این امکان را می‌داد که در سیستم‌های موشکی که دمای بسیاربالایی نیز دارند به‌کار گرفته‌شوند. در بُردهای نظامی یک امر مهم دیگر این است که بُرد در مجاورت آتش شعله‌ور نشود یا درصورت شعله‌ورشدن سریعاً خاموش‌شود. در زبان‌فارسی به این خاصیت خود اطفایی می‌توانیم بگوییم. متریال‌های FR-۱ الی FR-۳ به‌دلیل استفاده‌از کاغذ فنولیک ایمنی کمتری نسبت‌به بُردهای فایبر گلاس دارند و نسبت‌به آتش چندان‌مصون نیستند. البته دیده‌شده که در برخی‌از بُردهای قدیمی‌تر نظامی، پس‌از عملیات مونتاژ و تست، رزین‌های خاصی روی بُرد پاشیده می‌شود تا مشخصات مکانیکی، حرارتی و ایمنی بورد بالا رود. در بُردهایی که قطعات بسیارظریف دارند،(همچون قطعات BGA) لازم‌است که بُرد استقامت حرارتی خوبی داشته‌باشد، از این‌رو متریال FR5 و نمونه‌های قوی‌تر جهت این امر توصیه می‌شوند، زیرا انبساط و انقباض بُرد در اثر حرارت مشکل‌ساز خواهد شد. در برخی‌از پروژه‌ها نیازبه ارتباطی منظم و دقیق بین دو بورد یا دستگاه داریم. در این‌موارد نیازبه بُردهایی داریم که به‌راحتی خم شوند، در این بُردها از پلی‌کربنات به‌عنوان هسته استفاده می‌شود و به بُردهای Rigid-Flex معروف هستند(در آینده این بُردها و تکنیک‌های طراحی آن‌ها بررسی‌خواهند‌شد) نمونه‌های این بُردها را می‌توان در کیلومتر خودروها، نمایشگرها، تجهیزات قابل‌حمل همچون موبایل و… نیز مشاهده‌کرد.

مروری کوتاه و تصویری بر…

جمع‌بندی

در اکثر پروژه‌های شما متریال FR-4 و FR-3 کفایت می‌کند و نیازی‌به جستجو برای مواد باکیفیت‌تر ندارید! ولی در پروژه‌های خاص‌تر، همچون مدارات فرکانس‌بالا، برخی ادوات صنعتی و کاربری‌های نظامی، نیاز شدیدی به موادخاص و باکیفیت پیدا‌خواهید‌کرد.

در قسمت‌های بعدی این مقاله استاندارد‌های طراحی PCB، تکنیک‌های کنترل کیفیت بُرد، ترفندها و متدهایی برای طراحی بهتر را بررسی‌خواهیم‌کرد.

 

 

 

برای این مقاله نظر بگذارید:

لطفا دیدگاه خود را بنویسید
لطفا نام خود را وارد کنید