برد مدار چاپی PCB یک طراحی مدار فیزیکی بسیار مطمئن و بادوام است که به یکی از اجزای ضروری هر دستگاه الکترونیکی تبدیل شده است. تخته های مدار چاپی از یک بستر بسیار نازک ساخته شده اند که با قطعات الکترونیکی به هم متصل شده و با استفاده از لایه نازک از آثار متصل کننده مس به هم متصل شده اند.
بستر برد مدار چاپی PCB معمولا از جنس اپوکسی کامپوزیت فایبرگلاس یا سایر مواد لمینت ساخته می شود. به طور کلی این مدار دستگاه الکترونیکی شامل دو جز فعال و غیرفعال خواهد بود. با در دسترس بودن اجزای پیشرفته تر و کوچکتر، می توان یک مدار بسیار بزرگ و پیچیده را در طراحی PCB کوچک قرار داد. در ادامه مراحل مربوط به فرآیند طراحی و ساخت برد مدار چاپی PCB را مورد بررسی قرار می دهیم.
16 مرحله چاپ برد مدار چاپی PCB
برد مدار چاپی PCB تقریبا در هر دستگاه الکترونیکی که فکرش را بکنید استفاده می شوند و در عین ظاهر ساده ای که دارند، از پیچیدگی بسیاری برخوردار هستند؛ بنابراین این سوال پیش می آید که چگونه یک برد مدار چاپی PCB تولید می شود؟ در اینجا ما فرآیند ساخت PCB را تجزیه می کنیم.
1. تجزیه و تحلیل نیاز ها و انتخاب قطعات الکترونیکی مناسب
اولین قدم در طراحی برد مدار چاپی PCB، تجزیه و تحلیل نیاز ها و انتخاب اجزای مناسب مانند پردازنده، مقاومت، خازن، ترانزیستور و منبع تغذیه است؛ بنابراین باید نقشه ای طراحی کنید که تمام الزامات را برآورده سازد.
2. طراحی داخلی سیستم
طرح PCB در ابتدا با استفاده از یک نرم افزار طراحی PCB طراحی می شود. Altium Designer، Autodesk EAGLE، KiCad EDA، OrCAD برخی از نرم افزار های تجاری موجود برای طراحی PCB هستند. خروجی این طرح معمولا در قالب یک فایل Gerber است. فایل Gerber اطلاعاتی از جمله لایه های ردیابی مس، نقاشی مته، نشانه گذاری اجزا و سایر پارامتر ها را رمزگذاری می کند.
3. چاپ لایه های داخلی
گام بعدی این است که قبل از شروع ساخت برد مدار چاپی PCB، بررسی Design for Manufacture (DFM) را روی طراحی اجرا کنید. این کار به منظور جلوگیری از هرگونه مغایرت در طراحی انجام می شود. پس از آن یک عکس برای تصویر برداری از PCB با استفاده از چاپگر یا پلاتر لیزری ساخته می شود. لایه های مختلف برد مدار چاپی PCB با سوراخ های موجود در هر ورق عکس به صورت دقیق تراز می شوند. این عکس برای کمک به ایجاد مسیریابی دقیق مس ساخته می شود.
قبل از چاپ لایه های داخلی معمولا روی صفحه PCB اپوکسی کامپوزیت پوشیده شده و تمیز و خشک می شود. همچنین مس در دو طرف بستر از قبل چسبیده است. تمیزی صفحه مهم ترین عامل برای جلوگیری از خطا های اتصال کوتاه یا باز است.
مس با لایه ای از مقاومت در برابر نور پوشانده شده است که سپس با استفاده از اشعه ماورا بنفش خشک می شود تا سفت شود. عکس چاپ شده در مرحله قبل روی لایه مس قرار می گیرد و با استفاده از آن، موقعیت های پین تراز می شود.
سپس برد های مدار چاپی PCB دوباره تحت تابش اشعه ماورا بنفش قرار می گیرد. مناطق تیره روی عکس اجازه تابش اشعه ماورا بنفش را نمی دهد، بنابراین مناطق زیر نواحی تاریک عکس، سفت نمی شوند. در حالی که مناطق نوری که برای سیم کشی مسی در نظر گرفته شده است، سخت می شوند.
4. حک کردن مس روی برد
سپس پانل را با محلول قلیایی شستشو می دهند تا مواد مسی که سفت نشده اند، شسته شود. در نتیجه لایه مسی مورد نظر در زیر لایه سخت شده محافظت می شود. سپس مقاومت نوری که روی لایه مس قرار دارد نیز برداشته می شود. این به نوبه خود، تنها لایه مس مورد نیاز را دست نخورده باقی می گذارد.
5. تراز لایه ها
در این مرحله، لایه های مختلف تراز شده و با استفاده از دستگاه سوراخ کن نوری، سوراخ های ثابتی را ایجاد می کنند. این امر لایه های داخلی را با لایه های بیرونی هم تراز می کند.
6. بازرسی خودکار نوری
پس از لمینیت برد های مدار چاپی PCB، دیگر مرتب کردن خطا ها در لایه های داخلی غیر ممکن خواهد بود؛ بنابراین صفحات برد مدار چاپی PCB قبل از اتصال و لمینت، تحت بازرسی خودکار نوری قرار می گیرند. این دستگاه پیشرفته با استفاده از سنسور لیزری، لایه ها را اسکن کرده و با فایل Gerber اصلی مقایسه می کند تا در صورت وجود مغایرت، اصلاح شود.
7. لایه بندی و باند کردن صفحات
لایه های برد مدار چاپی PCB توسط صفحه پرس آلومینیومی به یکدیگر متصل می شوند. برای PCB دو و چند بعدی، فویل های مسی بیشتری روی لایه های اصلی فشرده می شوند و لایه های عایق در بین آنها قرار می گیرد و این روند چند بار تکرار می شود. در نهایت، تمام لایه ها به هم چسبیده شده تا شکل نهایی را به صفحه برد مدار چاپی PCB ارائه دهند.
8. حفاری
در این مرحله، پشته برد مدار چاپی PCB برای سوراخ کاری آماده می شود. این سوراخ ها جاهایی هستند که قطعات الکترونیکی PCB درون سوراخ ها قرار گرفته و به هم متصل می شوند. سوراخ هایی با قطر تقریبی 100 تا 150 میکرون حفر می شوند. دقت کلید اصلی فرایند حفاری است. برای دستیابی به دقت لازم در این مرحله، از لیزریاب یا سیستم مختصات X-Y استفاده می شود.
9. رسوب گذاری و آبکاری مس
در این مرحله پس از حفاری، کل پانل را با یک لایه تازه مس می پوشانند. سپس این پانل ها را به هم می چسبانند تا مواد غیر رسانایی را که پس از حفاری در پانل قرار گرفته اند، پوشانده شود. برای آبکاری از دستگاه الکترولیز شیمیایی استفاده می شود. برای اطمینان از اتصال مناسب، سوراخ های مته با حدود 25 میکرون مس پوشانده شده است.
10. تصویربرداری لایه بیرونی و حکاکی روی مس
مشابه مرحله 3، یک ماده مقاوم به نور روی لایه مس خارجی اعمال می شود و سپس از آنها تصویر برداری می شود. پوشش محافظ قلع در ناحیه مس مورد نیاز به عنوان یک محافظ عمل کرده و مس اضافی دیگر برداشته می شود. اتصالات برد مدار چاپی PCB پس از این مرحله برقرار می شود.
11. ماسک لحیم کاری
در حال حاضر برد مدار چاپی PCB تمیز شده و ماسک لحیم کاری بر روی آن اعمال می شود. ماسک لحیم کاری برای محافظت از تخته در برابر اکسیداسیون مس، آسیب و خوردگی است. از اکسپوکسی به همراه ماسک لحیم کاری استفاده می شود که رنگ سبز معمول را به تخته می دهد. ماسک لحیم کاری ناخواسته با قرار گرفتن در معرض اشعه ماورا بنفش برداشته می شود. سپس در آخر تخته برد مدار چاپی PCB در فر پخته می شود.
12. سطح روکش طلا یا نقره
سپس برد مدار چاپی PCB با طلا، نقره یا HASL بدون سرب یا سطح لحیم کاری با هوای گرم روکش می شود. این کار به گونه ای انجام می شود که اجزا بتوانند به پد های ایجاد شده لحیم شوند و از مس محافظت کنند.
13. صفحه سیلک
صفحه سیلک یا پروفایل فرآیند چاپ تمام اطلاعات مهم روی برد مدار چاپی PCB، مانند شناسه سازنده، شماره اجزای نام شرکت، نقاط اشکال زدایی است. این کار در هنگام سرویس و تعمیر دستگاه الکترونیکی مفید خواهد بود.
14. تست برق
آزمایش برق با استفاده از تستر های پروب انجام می شود. آزمایشات مدار باز و کوتاه انجام شده و تست های الکتریکی قابلیت اطمینان عملکرد را تضمین می کند. آزمایش دوام نیز پس از آزمایش عملکرد انجام می شود.
15. برش دهی
در این مرحله برد مدار چاپی PCB از صفحه تولید شده جدا شده و بر اساس طرح مشتری و تاریخ فایل اصلی Gerber، صفحات برد در اندازه ها و اشکال خاصی بریده می شود. برش های V شکل در کناره های تخته ایجاد می شود که به آن اجازه می دهد به راحتی از پانل خارج شود.
16. بازرسی نهایی و بسته بندی
برد مدار چاپی PCB تحت بازرسی نهایی بصری و بازرسی کیفیت قرار می گیرد. گزارش های آزمایش برای تایید مشتری ارائه می شود. بسته بندی نهایی برای جلوگیری از آسیب فیزیکی به صفحات برد انجام می شود.
نتیجه گیری
فرآیند طراحی برد مدار چاپی PCB یک فرآیند مبتنی بر نیاز است و بسیار قابل تنظیم بوده که ما را قادر می سازد تا عملکرد مدار خاصی را چه پیچیده و چه ساده تولید کنیم. تمیزی و دقت مهم ترین اقداماتی است که در طراحی و ساخت برد مدار چاپی PCB باید رعایت شود.