مدار چاپی، PCB یا برد الکترونیکی چیست و چه ویژگی هایی دارد؟

مدار چاپی ساده از صفحه تخت و محکم از جنس فیبر فنلی (مقوای فشرده) یا فایبرگلس (الیاف پشم و شیشه) ساخته شده که با لایه های مجزا به ساختار های باریک و رسانای مسی به مدار وصل شده است. این ساختارهای رسانا شکل های هندسی مانند مستطیلی، دایره‌ای یا مربعی در مدار می سازند که مستطیل های طولانی نقش ارتباطی (معادل سیم های برق) دارند و دیگر اشکال پل های ارتباطی بین قطعات هستند.

بعضی از انواع مدار چاپی دارای یک لایه رسانا هستند. این تک لایه بودن باعث محدودیت در طراحی و کاربرد مدار میشود و از فضای موجود بهترین استفاده را نبرده و در نقاط ارتباطی مشکلاتی ایجاد می‌کند.

لایه‌های رسانای اضافه تر در تولید PCB ها به فشرده تر شدن و طراحی آسان تر آنها می‌انجامد. مدار چاپی ۲ لایه قطعا مزیت های بیشتری نسبت به مدار تک لایه دارد، حتی برای استفاده های خاص می توان تا ۴ لایه رسانا در مدار چاپی به کار برد. مدار ۴ لایه از یک لایه بالایی، یک لایه پایینی، و دو لایه میانی تشکیل شده است (لایه پایینی و بالایی ممکن است در اصطلاحات مدار چاپی با تعاریف دیگر مباحث متفاوت باشد).

به چینش لایه های رسانا و مجزا کننده در مدار چاپی چند لایه، استک آپ (stack up) می گویند.  در شکل می توانید چینش یک مدار چاپی ۴ لایه را مشاهده کنید جنس ماده رسانا معمولاً از مس بوده و لایه اشباع کننده رزینی است که لایه‌های رسانه ها را از هم جدا می کند و لایه میانی شبیه به همان لایه اشباع کننده است.

مدار چاپی ۴ لایه یکی از پرکاربردترین مدار ها برای طراحی های مختلف است که می‌توان یک لایه داخلی را برای کاربرد دلخواه (مثلاً گراند) در نظر گرفت و از لایه دیگر برای پخش کردن ولتاژ بین قطعات و مدار استفاده کرد. لایه های بالایی و و حتی پایینی نیز در صورت نیاز، برای اتصال قطعات به کار می رود و طراحی مدار را فشرده و کاربردی تر می سازد.

در مبحث PCB ها لغات و اسامی بخصوصی وجود دارند که در این قسمت به بررسی اجمالی آنها می پردازیم:

• به اتصالات رساناها در مدار را مسیر (TRACE) می گویند و نقاط اتصال قطعات به مدار(جایی که پایه قطعات در سوراخ به مدار وصل میشود) را پد (PAD) می نامند. سوراخ های لحیم کاری (THROUGH HOLES) نیز برای اتصال قطعات به مسیر ها به وسیله پد استفاده میشود.
• همه سوراخ های روی مدار برای لحیم کاری قطعات نیستند. گاهی لازم است تا سیگنال یا ولتاژی را از لایه ای به لایه دیگر مدار چاپی بفرستیم که این فرآیند با سوراخ های رسانا و کوچکی به نام میانراه (VIAS) انجام میشود.
• در اکثر PCB ها سوراخ های اتصالی وجود دارد که به جای ایفای نقش الکتریکی، برای نصب قطعات مکانیکی هستند و استفاده متفاوتی نسبت به قطعات الکترونیکی دارند. در واقع این قطعات عملا ارتباط خاصی با مسیرها و ماده رسانای درون مدار ندارند و برق آنها نیز معمولا از منبع تغذیه جداگانه ای فراهم میشود.
• به قسمتی از لایه های مدارچاپی که حجم زیادی مس در آنجا بکار رفته باشد، مجتمع مس (COPPER POUR) میگویند. این نقاط میتوانند اتصالات کم مقاومتی ایجاد کند که برای بهینه سازی گرمایی در مدار بسیار مناسب است.
• لایه ای از PCB که کاملا از مجتمع مس بزرگی تشکیل شده باشد را لایه مسطح (PLANE) می نامند. معمولا لایه های میانی مدارچاپی را سطح گراند (GROUND PLANE) می نامیم. از این سطح در اتصالات گراند و برای قرارگرفتن میانراه ها درکنار سوراخ های قطعات استفاده میشود.
• سوراخ های اتصال قطعات و میانراه ها با سوراخ کاری های ظریفی روی مسیر ماده رسانا ایجاد شده اند و حفره دایره ای شکلی در وسط لایه مسی ایجاد میکنند. به ضخامت باقی مانده از ماده رسانا بعد از سوراخ کاری، حلقه خارجی (ANNULAR RING) گفته میشود.
• نوشته هایی رو مدارهای چاپی وجود دارند که شامل اطلاعات تکمیلی هستند و نقشی در عملکرد الکتریکی دستگاه ندارند. برای مثال میتوان به مرجعی برای اطلاعات طراحی و نقاطی برای نشان قرار گیری قطعات اشاره کرد و مدل مدار و سریال نامبر حک شده را نیز میتوان جز این اطلاعات دانست. به این اطلاعات چاپ شده روی مدارچاپی، صحفه ابریشمی (SLIK SCREEN) میگویند.