تخته مدار چاپی

از ویکیپدیا، دانشنامه آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو

PCB یک دستگاه پخش DVD. به طور معمول، PCB ها سبز هستند، اما ممکن است در رنگ های دیگری نیز ساخته شوند.
بخشی از برد کامپیوتر Sinclair ZX Spectrum در سال 1984 ، یک PCB، که ردپای رسانا، vias (مسیرهای سوراخ به سطح دیگر) و برخی از قطعات الکترونیکی نصب شده با استفاده از نصب از طریق سوراخ را نشان می دهد.

برد مدار چاپی ( PCB ) یا برد سیم‌کشی چاپی ( PWB ) یک ساختار ساندویچی چند لایه از لایه‌های رسانا و عایق است. PCB ها دو عملکرد مکمل دارند. اولین مورد این است که قطعات الکترونیکی را در مکان های مشخص شده روی لایه های بیرونی با استفاده از لحیم کاری بچسبانید. مورد دوم این است که اتصالات الکتریکی قابل اعتماد (و همچنین مدارهای باز قابل اعتماد) بین پایانه های قطعه را به شیوه ای کنترل شده که اغلب به عنوان طراحی PCB نامیده می شود، فراهم کند. هر یک از لایه‌های رسانا با یک الگوی هنری از هادی‌ها (مشابه سیم‌های روی سطح صاف) طراحی شده‌اند که اتصالات الکتریکی را روی آن لایه رسانا ایجاد می‌کند. فرآیند تولید دیگری اضافه می کندحفره‌های روکش شده که امکان اتصال بین لایه‌ها را فراهم می‌کنند.

PCBها به طور مکانیکی از قطعات الکترونیکی با استفاده از پدهای رسانا به شکل طراحی شده برای پذیرش پایانه‌های قطعه پشتیبانی می‌کنند و همچنین آنها را با استفاده از ردپاها، صفحات و سایر ویژگی‌های حکاکی شده از یک یا چند لایه ورق مس روی و/یا بین لایه‌های ورقه غیر متصل می‌کنند. - بستر رسانا [1] قطعات معمولاً روی PCB لحیم می شوند تا هم به صورت الکتریکی وصل شوند و هم به صورت مکانیکی به آن بچسبند. بردهای مدار چاپی تقریباً در تمام محصولات الکترونیکی و در برخی محصولات الکتریکی مانند جعبه سوئیچ غیرفعال استفاده می شود.

جایگزین های PCB شامل پوشش سیم و ساخت نقطه به نقطه است که هر دو زمانی محبوب بودند اما اکنون به ندرت استفاده می شوند. PCBها برای چیدمان مدار نیاز به تلاش طراحی بیشتری دارند، اما ساخت و مونتاژ می تواند خودکار باشد. نرم افزار طراحی الکترونیکی به کمک کامپیوتر برای انجام بسیاری از کارهای چیدمان در دسترس است. مدارهای تولید انبوه با PCB ارزان تر و سریعتر از سایر روش های سیم کشی است، زیرا قطعات در یک عملیات نصب و سیم کشی می شوند. تعداد زیادی PCB را می توان همزمان ساخت و طرح بندی فقط یک بار انجام شود. PCB ها همچنین می توانند به صورت دستی در مقادیر کم ساخته شوند و مزایای کمتری دارند. [2]

PCB ها می توانند یک طرفه (یک لایه مس)، دو طرفه (دو لایه مس در هر دو طرف یک لایه بستر) یا چند لایه (لایه های خارجی و داخلی مس، متناوب با لایه های زیرلایه) باشند. PCB های چند لایه تراکم اجزای بسیار بالاتری را امکان پذیر می کنند، زیرا ردپای مدار در لایه های داخلی در غیر این صورت فضای سطحی بین اجزا را اشغال می کند. افزایش محبوبیت PCBهای چند لایه با بیش از دو و به خصوص با بیش از چهار صفحه مسی همزمان با پذیرش فناوری نصب سطحی بود . با این حال، PCBهای چند لایه تعمیر، تجزیه و تحلیل و اصلاح میدانی مدارها را بسیار دشوارتر و معمولا غیرعملی می کنند.

بازار جهانی PCB های خالی در سال 2014 از 60.2 میلیارد دلار فراتر رفت [3] و تخمین زده می شود تا سال 2024 به 79 میلیارد دلار برسد. [4] [5]

نمای کلی

یک PCB پایه شامل یک ورقه مسطح از مواد عایق و یک لایه فویل مسی است که روی لایه لایه لایه شده است. حکاکی شیمیایی مس را به خطوط رسانای مجزا به نام مسیرها یا ردپای مدار ، بالشتک‌ها برای اتصالات، راه‌های عبور اتصالات بین لایه‌های مس، و ویژگی‌هایی مانند مناطق رسانای جامد برای محافظ الکترومغناطیسی یا اهداف دیگر تقسیم می‌کند. مسیرها مانند سیم هایی هستند که در جای خود ثابت شده اند و توسط هوا و مواد بستر تخته از یکدیگر عایق می شوند. سطح PCB ممکن است دارای پوششی باشد که از مس در برابر خوردگی محافظت می کند و احتمال لحیم کاری را کاهش می دهد .بین آثار یا تماس الکتریکی نامطلوب با سیم های لخت سرگردان. این پوشش به دلیل عملکردی که در جلوگیری از شورت لحیم کاری دارد، مقاوم در برابر لحیم کاری یا ماسک لحیم کاری نامیده می شود.

یک برد مدار چاپی می تواند چندین لایه مس داشته باشد که تقریباً همیشه به صورت جفت چیده شده اند. تعداد لایه ها و اتصالات طراحی شده بین آنها (Vias، PTHs) یک تخمین کلی از پیچیدگی برد ارائه می دهد. استفاده از لایه‌های بیشتر، گزینه‌های مسیریابی بیشتر و کنترل بهتر یکپارچگی سیگنال را امکان‌پذیر می‌کند، اما ساخت آن نیز زمان‌بر و پرهزینه است. به همین ترتیب، انتخاب vias برای برد همچنین امکان تنظیم دقیق اندازه برد، فرار از سیگنال های IC های پیچیده، مسیریابی و قابلیت اطمینان طولانی مدت را فراهم می کند، اما به شدت با پیچیدگی و هزینه تولید همراه است.

یکی از ساده ترین تخته ها برای تولید تخته دو لایه است. دو طرف آن مس است که از آن به عنوان لایه های خارجی یاد می شود. تخته های چند لایه ساندویچ لایه های داخلی اضافی از مس و عایق. بعد از PCB های دو لایه، مرحله بعدی ارتقاء چهار لایه است. برد چهار لایه به طور قابل توجهی گزینه های مسیریابی بیشتری را در لایه های داخلی در مقایسه با برد دو لایه اضافه می کند و اغلب بخشی از لایه های داخلی به عنوان صفحه زمین یا صفحه قدرت استفاده می شود تا یکپارچگی سیگنال بهتر، فرکانس های سیگنالینگ بالاتر، EMI پایین تر به دست آید. ، و جداسازی منبع تغذیه بهتر.

اجزای "از طریق سوراخ" توسط سیم های سیم خود که از تخته عبور می کنند نصب می شوند و در طرف دیگر لحیم می شوند. اجزای "Surface Mount" توسط لیدهای خود به آثار مسی در همان سمت تخته متصل می شوند. یک برد ممکن است از هر دو روش برای نصب قطعات استفاده کند. PCBهایی که فقط اجزای آنها را از طریق سوراخ نصب می کنند اکنون غیر معمول هستند. نصب سطحی برای ترانزیستورها ، دیودها ، تراشه های آی سی ، مقاومت ها و خازن ها استفاده می شود. نصب از طریق سوراخ ممکن است برای برخی از اجزای بزرگ مانند خازن های الکترولیتی و اتصالات استفاده شود.

الگویی که باید در هر لایه مسی PCB حک شود "اثر هنری" نامیده می شود. اچ کردن معمولاً با استفاده از مقاومت نوری انجام می شود که روی PCB پوشانده می شود و سپس در معرض نوری که در الگوی اثر هنری پخش می شود قرار می گیرد. ماده مقاوم از انحلال مس در محلول اچینگ محافظت می کند. سپس تخته اچ شده تمیز می شود. یک طرح PCB را می توان به روشی شبیه به روشی که عکس ها را می توان به صورت انبوه از نگاتیوهای فیلم با استفاده از یک چاپگر عکاسی کپی کرد، تکثیر انبوه کرد .

در تخته های چند لایه، لایه های مواد در یک ساندویچ متناوب با هم لمینت می شوند: مس، بستر، مس، بستر، مس و غیره. هر صفحه مسی حکاکی می شود، و هر گذرگاه داخلی (که به هر دو سطح بیرونی تخته چند لایه تمام شده گسترش نمی یابد) قبل از اینکه لایه ها با هم لمینت شوند، از طریق آبکاری می شوند. فقط لایه های بیرونی باید پوشش داده شوند. لایه‌های مس داخلی توسط لایه‌های زیرلایه مجاور محافظت می‌شوند.

اپوکسی شیشه ای FR-4 رایج ترین زیرلایه عایق است. یکی دیگر از مواد بستر، کاغذ پنبه ای آغشته به رزین فنولیک است که اغلب قهوه ای یا قهوه ای رنگ است.

هنگامی که PCB هیچ قطعه ای نصب نکرده باشد، کمتر به آن تخته سیم کشی چاپی ( PWB ) یا برد سیم کشی اچ شده گفته می شود. با این حال، اصطلاح "برد سیم کشی چاپی" از بین رفته است. یک PCB پر از قطعات الکترونیکی، مجموعه مدار چاپی ( PCAمجموعه برد مدار چاپی یا مجموعه PCB ( PCBA ) نامیده می شود. در استفاده غیررسمی، اصطلاح "برد مدار چاپی" بیشتر به معنای "مجموعه مدار چاپی" (با اجزا) است. اصطلاح ترجیحی IPC برای یک برد مونتاژ شده، مونتاژ کارت مدار ( CCA[6] است.و برای یک صفحه پشتی مونتاژ شده، مونتاژ صفحه پشتی است . "کارت" یکی دیگر از اصطلاحات غیررسمی پرکاربرد برای "مجموعه مدار چاپی" است. به عنوان مثال، کارت توسعه .

یک PCB ممکن است با یک افسانه چاپ شود که اجزاء، نقاط آزمایش یا متن را شناسایی می کند. در ابتدا از چاپ سیلک برای این کار استفاده می شد، اما امروزه معمولا از روش های چاپ با کیفیت تری استفاده می شود. معمولاً افسانه بر عملکرد PCBA تأثیر نمی گذارد.

تابلوی شکست

حداقل PCB برای یک جزء، که برای نمونه سازی استفاده می شود، برد شکست نامیده می شود . هدف از برد برک آوت، "شکستن" سرنخ های یک جزء در ترمینال های جداگانه است تا بتوان اتصالات دستی به آنها را به راحتی انجام داد. تخته‌های شکسته مخصوصاً برای قطعات نصب شده روی سطح یا هر جزء با سطح سرب خوب استفاده می‌شوند.

PCB های پیشرفته ممکن است حاوی اجزایی مانند خازن ها و مدارهای مجتمع باشند تا میزان فضای اشغال شده توسط قطعات روی سطح PCB را کاهش دهند و در عین حال ویژگی های الکتریکی را بهبود بخشند. [7]

خصوصیات

فناوری از طریق سوراخ

مقاومت های از طریق سوراخ (سرب دار).

اولین PCBها از فناوری سوراخ عبوری استفاده کردند و قطعات الکترونیکی را با سربهایی که از طریق سوراخ‌هایی در یک طرف برد وارد می‌کردند و روی آثار مسی در طرف دیگر لحیم می‌شدند، نصب کردند. تخته ها ممکن است یک طرفه، با قسمت بدون آبکاری، یا تخته های دو طرفه فشرده تر، با قطعات لحیم شده در هر دو طرف باشند. نصب افقی قطعات سوراخ دار با دو سرب محوری (مانند مقاومت ها، خازن ها و دیودها) با خم کردن 90 درجه سیم ها در یک جهت و قرار دادن قطعه در تخته (اغلب خم کننده ها در پشت سرب) انجام می شود. تخته را در جهت مخالف برای بهبود استحکام مکانیکی قطعه، لحیم کردن لیدها و برش دادن انتهای آن قرار دهید. سرب ها ممکن است به صورت دستی یا توسط دستگاه لحیم کاری موجی لحیم شوند.[8]

تولید از طریق سوراخ با نیاز به سوراخ‌های زیاد برای حفاری دقیق به هزینه برد می‌افزاید، و منطقه مسیریابی موجود را برای ردیابی سیگنال در لایه‌های بلافاصله زیر لایه بالایی تخته‌های چند لایه محدود می‌کند، زیرا سوراخ‌ها باید از همه لایه‌ها عبور کنند تا طرف مقابل. هنگامی که نصب روی سطح مورد استفاده قرار گرفت، تا حد امکان از قطعات SMD با اندازه کوچک استفاده شد، با نصب تنها قطعاتی که به دلیل نیاز برق یا محدودیت‌های مکانیکی برای نصب روی سطح نامناسب هستند یا تحت فشار مکانیکی قرار می‌گیرند که ممکن است به PCB آسیب برساند. (مثلاً با برداشتن مس از روی سطح تخته). [ نیازمند منبع ]

فناوری نصب سطحی

اجزای نصب سطحی، از جمله مقاومت، ترانزیستور و یک مدار مجتمع

فناوری نصب سطحی در دهه 1960 ظهور کرد، در اوایل دهه 1980 شتاب گرفت و در اواسط دهه 1990 به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت. قطعات به صورت مکانیکی دوباره طراحی شدند تا زبانه‌های فلزی کوچک یا درپوش‌های انتهایی داشته باشند که می‌توان آن‌ها را مستقیماً روی سطح PCB لحیم کرد، به جای سیم‌هایی که از سوراخ‌ها عبور می‌کنند. قطعات بسیار کوچکتر شدند و قرار دادن قطعات در هر دو طرف برد نسبت به نصب از طریق سوراخ رایج تر شد و به مجموعه های PCB بسیار کوچکتر با تراکم مدار بسیار بالاتر اجازه داد. نصب سطحی به خوبی به درجه بالایی از اتوماسیون کمک می کند، هزینه های نیروی کار را کاهش می دهد و نرخ تولید را در مقایسه با بردهای مدار سوراخ بسیار افزایش می دهد. قطعات را می توان به صورت نصب شده بر روی نوارهای حامل عرضه کرد. اجزای نصب سطحی می توانند حدود یک چهارم تا یک دهم اندازه و وزن اجزای سوراخ دار باشند. و قطعات غیرفعال بسیار ارزان تر است. با این حال، قیمت نیمه هادیدستگاه‌های نصب سطحی (SMD) بیشتر توسط خود تراشه تعیین می‌شوند تا بسته، با مزیت قیمت کمی نسبت به بسته‌های بزرگ‌تر، و برخی از اجزای سیمی مانند دیودهای سوئیچ سیگنال کوچک 1N4148 ، در واقع به‌طور قابل‌توجهی ارزان‌تر از معادل‌های SMD هستند.

یک PCB در ماوس کامپیوتر : سمت جزء (چپ) و سمت چاپ شده (راست)

ویژگی های مدار PCB

هر ردی شامل یک قسمت مسطح و باریک از فویل مسی است که پس از اچ کردن باقی می ماند. مقاومت آن که بر اساس عرض، ضخامت و طول آن تعیین می شود، باید به اندازه کافی برای جریانی که هادی حمل می کند کم باشد. ردپای برق و زمین ممکن است نیاز به عریض تر از ردیابی سیگنال داشته باشد. در یک تخته چند لایه، کل یک لایه ممکن است عمدتاً مس جامد باشد تا به عنوان صفحه زمین برای محافظت و برگشت نیرو عمل کند. برای مدارهای مایکروویو ، خطوط انتقال را می توان به صورت مسطح مانند خط نواری یا میکرو نوار با ابعاد دقیق کنترل شده قرار داد تا از امپدانس ثابت اطمینان حاصل شود.. در مدارهای فرکانس رادیویی و سوئیچینگ سریع، اندوکتانس و ظرفیت رساناهای برد مدار چاپی به عناصر مدار قابل توجهی تبدیل می شوند که معمولاً نامطلوب هستند. برعکس، آنها را می توان به عنوان بخشی عمدی از طراحی مدار استفاده کرد، مانند فیلترهای عناصر توزیع شده ، آنتن ها و فیوزها ، که نیاز به اجزای گسسته اضافی را از بین می برد. PCBهای اتصالات با چگالی بالا (HDI) دارای مسیرها و/یا گذرگاه‌هایی با عرض یا قطر کمتر از 152 میکرومتر هستند. [9]

مواد

PCB سازگار با RoHS

در بسیاری از کشورها (از جمله همه شرکت‌کنندگان در بازار واحد اروپایی، [ 10 ] بریتانیا ، [11] ترکیه و چین )، قوانین استفاده از سرب ، کادمیوم و جیوه را در تجهیزات الکتریکی محدود می‌کنند. بنابراین PCBهایی که در چنین کشورهایی فروخته می شوند باید از فرآیندهای تولید بدون سرب و لحیم کاری بدون سرب استفاده کنند و اجزای متصل خود باید مطابقت داشته باشند. [12] [13]

لمینت ها

ورقه ورقه ها با پخت تحت فشار و حرارت لایه های پارچه یا کاغذ با رزین ترموست برای تشکیل یک قطعه نهایی یکپارچه با ضخامت یکنواخت تولید می شوند. اندازه می تواند تا 4 در 8 فوت (1.2 در 2.4 متر) در عرض و طول باشد. برای دستیابی به ضخامت نهایی و ویژگی های دی الکتریک مورد نظر، از بافت های مختلف پارچه (نخ در هر اینچ یا سانتی متر)، ضخامت پارچه و درصد رزین استفاده می شود . ضخامت لمینت استاندارد موجود در ANSI/IPC-D-275 ذکر شده است. [14]

پارچه یا مواد الیاف مورد استفاده، مواد رزین و نسبت پارچه به رزین تعیین کننده نوع لمینت (FR-4، CEM-1، G-10، و غیره) و در نتیجه ویژگی های لمینت تولید شده است. مشخصه های مهم عبارتند از: سطحی که ورقه ورقه در آن مقاوم در برابر آتش است ، ثابت دی الکتریک (e rمماس تلفات (tan δ)، استحکام کششی ، مقاومت برشی ، دمای انتقال شیشه ( Tg ) و Z- ضریب انبساط محور (چقدر ضخامت با دما تغییر می کند).

تعداد کمی دی الکتریک مختلف وجود دارد که می توان آنها را برای ارائه مقادیر مختلف عایق بسته به الزامات مدار انتخاب کرد. برخی از این دی الکتریک ها پلی تترا فلوئورواتیلن (تفلون)، FR-4، FR-1، CEM-1 یا CEM-3 هستند. مواد شناخته شده پیش آماده سازی مورد استفاده در صنعت PCB عبارتند از FR-2 (کاغذ پنبه ای فنولیک)، FR-3 (کاغذ پنبه ای و اپوکسی)، FR-4 (شیشه بافته شده و اپوکسی)، FR-5 (شیشه بافته شده و اپوکسی). ، FR-6 (شیشه مات و پلی استر)، G-10 (شیشه بافته شده و اپوکسی)، CEM-1 (کاغذ پنبه ای و اپوکسی)، CEM-2 (کاغذ پنبه ای و اپوکسی)، CEM-3 (شیشه غیر بافته شده و اپوکسی)، CEM-4 (شیشه بافته شده و اپوکسی)، CEM-5 (شیشه بافته شده و پلی استر). انبساط حرارتی به ویژه در مورد آرایه شبکه توپ یک نکته مهم است(BGA) و فن آوری های قالب برهنه و الیاف شیشه بهترین ثبات ابعادی را ارائه می دهد.

FR-4 رایج ترین ماده ای است که امروزه استفاده می شود. استوک تخته ای که روی آن مس بدون حفره قرار دارد، «لمینت مسی» نامیده می شود.

با کاهش اندازه ویژگی‌های تخته و افزایش فرکانس‌ها، ناهمگونی‌های کوچک مانند توزیع ناهموار فایبرگلاس یا سایر پرکننده‌ها، تغییرات ضخامت، و حباب‌ها در ماتریس رزین و تغییرات محلی مرتبط در ثابت دی الکتریک اهمیت پیدا می‌کنند.

پارامترهای اصلی زیرلایه

بسترهای مدار معمولاً از مواد کامپوزیت دی الکتریک هستند. کامپوزیت ها حاوی یک ماتریس (معمولاً یک رزین اپوکسی) و یک تقویت کننده (معمولاً بافته شده، گاهی اوقات نبافته، الیاف شیشه، گاهی اوقات حتی کاغذ)، و در برخی موارد یک پرکننده به رزین اضافه می شود (به عنوان مثال سرامیک، سرامیک تیتانات می تواند استفاده شود. برای افزایش ثابت دی الکتریک).

نوع تقویت کننده دو دسته عمده از مواد را تعریف می کند: بافته شده و غیر بافته. آرماتورهای بافته شده ارزان تر هستند، اما ثابت دی الکتریک بالای شیشه ممکن است برای بسیاری از کاربردهای فرکانس بالاتر مطلوب نباشد. ساختار ناهمگن فضایی نیز تغییرات محلی در پارامترهای الکتریکی را به دلیل نسبت رزین/شیشه متفاوت در مناطق مختلف الگوی بافت معرفی می‌کند. آرماتورهای نبافته یا مواد با تقویت کم یا بدون آرماتور، گران تر هستند اما برای برخی از کاربردهای RF/آنالوگ مناسب تر هستند.

زیرلایه ها با چندین پارامتر کلیدی مشخص می شوند، عمدتاً ترمومکانیکی ( دمای انتقال شیشه ، استحکام کششی ، استحکام برشی ، انبساط حرارتی )، الکتریکی ( ثابت دی الکتریک ، مماس تلفات ، ولتاژ شکست دی الکتریک ، جریان نشتی ، مقاومت ردیابی ...) و غیره. (مثلاً جذب رطوبت ).

در دمای انتقال شیشه ای ، رزین موجود در کامپوزیت نرم می شود و انبساط حرارتی را به طور قابل توجهی افزایش می دهد. بیش از Tg باعث اضافه بار مکانیکی بر روی اجزای تخته می شود - به عنوان مثال مفاصل و منافذ. در زیر Tg ، انبساط حرارتی رزین تقریباً با مس و شیشه مطابقت دارد، در بالای آن به طور قابل توجهی بیشتر می شود. از آنجایی که آرماتور و مس تخته را در امتداد صفحه محدود می کنند، تقریباً تمام حجم گسترش به ضخامت می رسد و بر سوراخ های روکش شده فشار وارد می کند. لحیم کاری مکرر یا قرار گرفتن در معرض دمای بالاتر می تواند باعث خرابی آبکاری شود، به خصوص با تخته های ضخیم تر. بنابراین تخته های ضخیم به ماتریسی با Tg بالا نیاز دارند .

مواد مورد استفاده ثابت دی الکتریک زیرلایه را تعیین می کنند. این ثابت به فرکانس نیز وابسته است و معمولاً با فرکانس کاهش می یابد. از آنجایی که این ثابت سرعت انتشار سیگنال را تعیین می کند ، وابستگی فرکانس باعث ایجاد اعوجاج فاز در کاربردهای باند پهن می شود. ثابت دی الکتریک در برابر مشخصه های فرکانس که قابل دستیابی باشد در اینجا مهم است. امپدانس خطوط انتقال با فرکانس کاهش می‌یابد، بنابراین لبه‌های سریع‌تر سیگنال‌ها بیشتر از لبه‌های کندتر منعکس می‌شوند.

ولتاژ شکست دی الکتریک تعیین کننده حداکثر گرادیان ولتاژی است که مواد می توانند قبل از شکست (رسانایی یا قوس الکتریکی از طریق دی الکتریک) در معرض آن قرار گیرند.

مقاومت ردیابی تعیین می‌کند که چگونه ماده در برابر تخلیه‌های الکتریکی ولتاژ بالا که روی سطح تخته خزنده می‌شوند مقاومت می‌کند.

مماس اتلاف تعیین می کند که چه مقدار از انرژی الکترومغناطیسی سیگنال های موجود در هادی ها در مواد تخته جذب می شود. این فاکتور برای فرکانس های بالا مهم است. مواد کم تلفات گران تر هستند. انتخاب غیر ضروری مواد کم تلفات یک خطای مهندسی رایج در طراحی دیجیتال با فرکانس بالا است. هزینه تابلوها را بدون سود مربوطه افزایش می دهد. تخریب سیگنال توسط مماس از دست دادن و ثابت دی الکتریک را می توان به راحتی با الگوی چشمی ارزیابی کرد .

جذب رطوبت زمانی اتفاق می افتد که مواد در معرض رطوبت یا آب زیاد قرار گیرند. هم رزین و هم آرماتور ممکن است آب را جذب کنند. همچنین ممکن است آب توسط نیروهای مویرگی از طریق حفره های موجود در مواد و در امتداد آرماتور خیس شود. اپوکسی های مواد FR-4 خیلی حساس نیستند و تنها 0.15 درصد جذب می کنند. تفلون دارای جذب بسیار کم 0.01 درصد است. از طرف دیگر پلی آمیدها و استرهای سیانات از جذب آب بالایی رنج می برند. آب جذب شده می تواند منجر به تخریب قابل توجه پارامترهای کلیدی شود. مقاومت ردیابی، ولتاژ شکست و پارامترهای دی الکتریک را مختل می کند. ثابت دی الکتریک نسبی آب حدود 73 است، در مقایسه با حدود 4 برای مواد تخته مدار معمولی. رطوبت جذب شده همچنین می تواند در هنگام گرم شدن تبخیر شود، مانند هنگام لحیم کاری، و باعث ترک خوردگی و لایه لایه شدن شود، [15]همان اثر مسئول آسیب "پاپ کورنینگ" در بسته بندی مرطوب قطعات الکترونیکی است. ممکن است قبل از لحیم کاری به پخت دقیق زیرلایه ها برای خشک کردن آنها نیاز باشد. [16]

بسترهای رایج

موادی که اغلب با آن مواجه می شوند:

  • FR-2 ، کاغذ فنولیک یا کاغذ پنبه ای فنلی، کاغذ آغشته به رزین فنل فرمالدئید . رایج در لوازم الکترونیکی مصرفی با بردهای یک طرفه. خواص الکتریکی پایین تر از FR-4. مقاومت قوس ضعیف به طور کلی تا 105 درجه سانتیگراد درجه بندی می شود.
  • FR-4 ، پارچه فایبرگلاس بافته شده با رزین اپوکسی آغشته شده است . جذب آب کم (تا حدود 0.15٪)، خواص عایق خوب، مقاومت قوس الکتریکی خوب. بسیار رایج. چندین درجه با خواص تا حدودی متفاوت موجود است. به طور معمول تا 130 درجه سانتیگراد درجه بندی می شود.
  • آلومینیوم یا تخته هسته فلزی یا بستر فلزی عایق شده (IMS)، روکش شده با دی الکتریک نازک رسانای حرارتی - برای قطعاتی که نیاز به خنک کننده قابل توجهی دارند - کلیدهای برق، LED ها استفاده می شود. متشکل از تخته مدار نازک معمولاً تک لایه و گاهی دولایه مبتنی بر مثلاً FR-4، لمینت شده روی ورق فلزی آلومینیومی، معمولاً 0.8، 1، 1.5، 2 یا 3 میلی متر ضخامت. ورقه های ضخیم تر گاهی اوقات با فلزی شدن مس ضخیم تر نیز همراه هستند.
  • زیرلایه های انعطاف پذیر - می توانند یک فویل مستقل با روکش مس باشند یا می توانند به یک سفت کننده نازک لمینت شوند، به عنوان مثال 50-130 میکرومتر
    • Kapton یا UPILEX ، [17] یک فویل پلی آمید . برای مدارهای چاپی منعطف استفاده می شود ، به این شکل که در لوازم الکترونیکی مصرفی با فاکتور کوچک یا برای اتصالات انعطاف پذیر رایج است. مقاوم در برابر درجه حرارت بالا.
    • Pyralux ، یک فویل کامپوزیت پلی‌آمید-فلوروپلیمر. [18] لایه مس می تواند در طول لحیم کاری لایه لایه شود.

موادی که کمتر با آن مواجه می شوند:

  • FR-1، مانند FR-2، معمولاً 105 درجه سانتیگراد تعیین می شود، برخی از درجه ها تا 130 درجه سانتیگراد تعیین می شوند. قابل پانچ در دمای اتاق شبیه مقوا. مقاومت ضعیف در برابر رطوبت. مقاومت قوس کم.
  • FR-3، کاغذ پنبه ای آغشته به اپوکسی. به طور معمول تا 105 درجه سانتیگراد درجه بندی می شود.
  • FR-5، فایبرگلاس بافته شده و اپوکسی، استحکام بالا در دماهای بالاتر، معمولاً تا 170 درجه سانتیگراد مشخص می شود.
  • FR-6، شیشه مات و پلی استر
  • G-10، شیشه بافته شده و اپوکسی - مقاومت عایق بالا، جذب رطوبت کم، استحکام باند بسیار بالا. به طور معمول تا 130 درجه سانتیگراد درجه بندی می شود.
  • G-11، شیشه بافته شده و اپوکسی - مقاومت بالا در برابر حلال ها، حفظ مقاومت خمشی بالا در دماهای بالا. [19] معمولاً تا 170 درجه سانتیگراد درجه بندی می شود.
  • CEM-1، کاغذ پنبه ای و اپوکسی
  • CEM-2، کاغذ پنبه ای و اپوکسی
  • CEM-3، شیشه نبافته و اپوکسی
  • CEM-4، شیشه بافته شده و اپوکسی
  • CEM-5، شیشه بافته شده و پلی استر
  • PTFE ، ("تفلون") - گران قیمت، تلفات دی الکتریک کم، برای کاربردهای فرکانس بالا، جذب رطوبت بسیار کم (0.01٪)، مکانیکی نرم. لمینت کردن سخت است، به ندرت در کاربردهای چند لایه استفاده می شود.
  • PTFE، سرامیک پر شده - گران قیمت، تلفات دی الکتریک کم، برای کاربردهای فرکانس بالا. نسبت متفاوت سرامیک/PTFE امکان تنظیم ثابت دی الکتریک و انبساط حرارتی را فراهم می کند.
  • RF-35، PTFE پر از سرامیک تقویت شده با فایبرگلاس. نسبتا ارزان تر، خواص مکانیکی خوب، خواص فرکانس بالا خوب. [20] [21]
  • آلومینا ، سرامیک سخت، شکننده، بسیار گران قیمت، عملکرد بسیار بالا، هدایت حرارتی خوب.
  • پلی آمید ، یک پلیمر با دمای بالا. گران قیمت، با کارایی بالا. جذب آب بالاتر (0.4%). قابل استفاده از دماهای برودتی تا بالای 260 درجه سانتیگراد.

ضخامت مس

ضخامت مس PCB ها را می توان مستقیماً یا به عنوان وزن مس در هر منطقه (بر حسب اونس در فوت مربع) مشخص کرد که اندازه گیری آن آسان تر است. ضخامت یک اونس در هر فوت مربع 1.344 میل یا 34 میکرومتر است. مس سنگین لایه ای بیش از سه اونس مس در هر فوت مربع یا تقریباً 0.0042 اینچ (4.2 میل، 105 میکرومتر) ضخامت است. لایه های مس سنگین برای جریان بالا یا کمک به دفع گرما استفاده می شود.

در بسترهای رایج FR-4، 1 اونس مس در هر فوت 2 (35 میکرومتر) رایج ترین ضخامت است. ضخامت 2 اونس (70 میکرومتر) و 0.5 اونس (17.5 میکرومتر) اغلب یک گزینه است. 12 و 105 میکرومتر کمتر رایج هستند، گاهی اوقات 9 میکرومتر در برخی از بسترها موجود است. بسترهای انعطاف پذیر معمولاً فلزی شدن نازک تری دارند. تخته های هسته فلزی برای دستگاه های با قدرت بالا معمولاً از مس ضخیم تر استفاده می کنند. 35 میکرومتر معمول است اما می توان با 140 و 400 میکرومتر نیز مواجه شد.

در ایالات متحده آمریکا، ضخامت فویل مس بر حسب واحد اونس بر فوت مربع (oz/ft 2 ) مشخص می‌شود که معمولاً به عنوان اونس شناخته می‌شود . ضخامت های معمول عبارتند از: 1/2 oz/ft 2 (150 g/m 2 )، 1 oz/ft 2 (300 g/m 2 )، oz/ft 2 (600 g/m 2 ) و 3 oz/ft 2 (900 گرم بر متر مربع ) . اینها به ترتیب به ضخامت های 17.05 میکرومتر (0.67 هزار ) ، 34.1 میکرومتر (1.34 هزار )، 68.2 میکرومتر (2.68 هزار نفر) و 102.3 میکرومتر (4.02 هزار نفر) کار می کنند. 1/2 اونس/ فوت 2فویل به طور گسترده به عنوان وزن مس تمام شده استفاده نمی شود، اما برای لایه های بیرونی استفاده می شود، زمانی که آبکاری برای سوراخ ها باعث افزایش وزن مس نهایی می شود برخی از تولید کنندگان PCB به فویل مس 1 oz/ft 2 به ضخامت 35 میکرومتر اشاره می کنند (همچنین ممکن است به 35 میکرون، 35 میکرون یا 35 میکرون گفته می شود).

  • 1/0 - نشان دهنده 1 اونس / فوت 2 مس در یک طرف، بدون مس در طرف دیگر است.
  • 1/1 - نشان دهنده 1 اونس / فوت 2 مس در هر دو طرف است.
  • H/0 یا H/H – به ترتیب نشان دهنده 0.5 oz/ft 2 مس در یک یا هر دو طرف است.
  • 2/0 یا 2/2 - به ترتیب نشان دهنده 2 اونس / فوت 2 مس در یک یا هر دو طرف است.

گواهینامه ایمنی (ایالات متحده)

استاندارد ایمنی UL 796 الزامات ایمنی قطعات را برای تخته های سیم کشی چاپی برای استفاده به عنوان اجزا در دستگاه ها یا لوازم خانگی پوشش می دهد. آزمایش ویژگی هایی مانند اشتعال پذیری، حداکثر دمای عملیاتی ، ردیابی الکتریکی، انحراف گرما، و پشتیبانی مستقیم از قطعات الکتریکی زنده را تجزیه و تحلیل می کند.

طراحی

تابلویی که در سال 1967 طراحی شد. انحناهای فراگیر در ردپاها شواهدی از طراحی دست آزاد با استفاده از نوار چسب است

در ابتدا PCBها به صورت دستی با ایجاد یک ماسک نوری روی یک صفحه شفاف مایلار ، معمولاً دو یا چهار برابر اندازه واقعی، طراحی می شدند. با شروع از نمودار شماتیک، پدهای پین مؤلفه روی مایلار قرار گرفتند و سپس آثاری برای اتصال پدها هدایت شدند. انتقال خشک با مالش ردپای اجزای رایج کارایی را افزایش داد. آثار با نوار چسب ساخته شد. شبکه‌های پیش‌چاپ شده غیرقابل تکثیر روی mylar به کمک طرح‌بندی. ماسک نوری تمام شده به صورت فتولیتوگرافی روی یک پوشش مقاوم به نور روی تخته‌های مسی خالی تکثیر شد.

PCBهای مدرن با نرم افزارهای چیدمان اختصاصی طراحی می شوند، به طور کلی در مراحل زیر: [22] [23]

  1. تصویربرداری شماتیک از طریق ابزار اتوماسیون طراحی الکترونیکی ( EDA ).
  2. ابعاد و قالب کارت بر اساس مدار مورد نیاز و محفظه PCB تعیین می شود.
  3. موقعیت قطعات و هیت سینک ها مشخص می شود.
  4. پشته لایه PCB با یک تا ده ها لایه بسته به پیچیدگی تعیین می شود. هواپیماهای زمینی و نیروگاهی تصمیم گیری می شود. یک صفحه قدرت همتای یک صفحه زمین است و به عنوان یک سیگنال AC عمل می کند در حالی که برق DC را برای مدارهای نصب شده روی PCB فراهم می کند. اتصالات سیگنال در صفحات سیگنال ردیابی می شوند. صفحات سیگنال می توانند در لایه های بیرونی و درونی باشند. برای عملکرد بهینه EMI ، سیگنال‌های فرکانس بالا در لایه‌های داخلی بین صفحات قدرت یا زمین هدایت می‌شوند. [24]
  5. امپدانس خط با استفاده از ضخامت لایه دی الکتریک، ضخامت مس مسیریابی و عرض ردیابی تعیین می شود. جداسازی ردیابی نیز در مورد سیگنال های دیفرانسیل در نظر گرفته می شود. برای مسیریابی سیگنال‌ها می‌توان از میکرواستریپ، استریپ لاین یا خط دوگانه استفاده کرد .
  6. قطعات قرار داده شده است. ملاحظات حرارتی و هندسه در نظر گرفته شده است. مسیرها و زمین ها مشخص شده اند.
  7. ردیابی سیگنال مسیریابی می شود . ابزارهای اتوماسیون طراحی الکترونیکی معمولاً فاصله ها و اتصالات را در هواپیماهای برق و زمین به طور خودکار ایجاد می کنند.
  8. داده‌های ساخت شامل مجموعه‌ای از فایل‌های Gerber ، یک فایل مته و یک فایل انتخاب و مکان است. [23]

تولید

تولید PCB از مراحل زیادی تشکیل شده است.

PCB CAM

تولید از داده های ساخت تولید شده توسط طراحی به کمک کامپیوتر و اطلاعات اجزا شروع می شود. داده های ساخت در نرم افزار CAM (Computer Aided Manufacturing) خوانده می شود. CAM عملکردهای زیر را انجام می دهد:

  1. ورودی داده های ساخت
  2. تایید داده ها
  3. جبران انحرافات در فرآیندهای تولید (به عنوان مثال پوسته پوسته شدن برای جبران اعوجاج در طول لمینیت)
  4. پانل سازی
  5. خروجی ابزارهای دیجیتال (الگوهای مسی، فایل های مته، بازرسی و غیره)

پانل سازی

چندین برد مدار چاپی کوچک را می توان برای پردازش به عنوان یک پانل با هم گروه بندی کرد. پانل متشکل از یک طرح تکراری n بار، n - panel نیز نامیده می شود ، در حالی که یک پانل چندگانه چندین طرح مختلف را در یک پانل واحد ترکیب می کند. نوار ابزار بیرونی اغلب شامل سوراخ‌های ابزار ، مجموعه‌ای از صفحات پنل ، یک کوپن آزمایشی است و ممکن است شامل ریختن مس هچ شده باشد.یا الگوهای مشابه برای توزیع مساوی در کل پانل به منظور جلوگیری از خم شدن. اسمبلرها اغلب قطعات را به جای PCB های تکی روی پانل ها نصب می کنند زیرا این کار کارآمد است. همچنین ممکن است برای تخته‌هایی که اجزای آن در نزدیکی لبه‌های برد قرار گرفته‌اند، لازم باشد، زیرا در غیر این صورت نمی‌توان برد را در حین مونتاژ نصب کرد. اکثر کارگاه های مونتاژ به یک منطقه آزاد حداقل 10 میلی متری در اطراف تخته نیاز دارند.

این پانل در نهایت از طریق فرز یا برش به PCB های جداگانه در امتداد سوراخ ها یا شیارهای پانل [25] شکسته می شود. برای پانل های آسیاب شده، فاصله مشترک بین تخته های جداگانه 2 تا 3 میلی متر است. امروزه جداسازی صفحه اغلب توسط لیزرهایی انجام می شود که تخته را بدون هیچ تماسی برش می دهند. جداسازی لیزری فشار وارد بر مدارهای شکننده را کاهش می دهد و عملکرد واحدهای بدون نقص را بهبود می بخشد.

الگوسازی مس

اولین قدم این است که الگوی سیستم CAM سازنده را روی یک ماسک محافظ روی لایه‌های PCB فویل مسی تکرار کنید. اچ کردن بعدی، مس ناخواسته را که توسط ماسک محافظت نشده است، از بین می برد. (به طور متناوب، یک جوهر رسانا را می توان بر روی یک تخته خالی (غیر رسانا) جوهر افشان کرد. این تکنیک همچنین در ساخت مدارهای ترکیبی استفاده می شود.)

  1. چاپ سیلک از جوهرهای مقاوم در برابر اچ برای ایجاد ماسک محافظ استفاده می کند.
  2. حکاکی نوری از یک ماسک نوری و توسعه دهنده استفاده می کند تا به طور انتخابی یک پوشش مقاوم به نور حساس به اشعه ماوراء بنفش را حذف کند و در نتیجه یک ماسک مقاوم به نور ایجاد کند که از مس زیر آن محافظت می کند. گاهی اوقات از تکنیک های تصویربرداری مستقیم برای نیازهای با وضوح بالا استفاده می شود. آزمایش هایی با مقاومت حرارتی انجام شده است. [26] ممکن است به جای ماسک عکس از لیزر استفاده شود. این به عنوان لیتوگرافی بدون ماسک یا تصویربرداری مستقیم شناخته می شود.
  3. آسیاب PCB از یک سیستم فرز مکانیکی دو یا سه محوره برای آسیاب کردن فویل مسی از بستر استفاده می کند. یک ماشین فرز PCB (که به آن "PCB Prototyper" گفته می شود) به روشی مشابه یک پلاتر عمل می کند و دستورات را از نرم افزار میزبان دریافت می کند که موقعیت هد فرز را در محور x، y و (در صورت لزوم) z کنترل می کند. .
  4. فرسایش مقاوم در برابر لیزر رنگ سیاه را روی لمینت مسی اسپری کنید و در پلاتر لیزری CNC قرار دهید. لیزر شطرنجی PCB را اسکن می‌کند و رنگ را در جایی که هیچ مقاومتی نمی‌خواهد از بین می‌برد (تبخیر می‌کند). (توجه: فرسایش مس با لیزر به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد و تجربی در نظر گرفته می شود. [ توضیحات لازم ] )
  5. حکاکی لیزری ممکن است مس مستقیماً توسط لیزر CNC حذف شود. مانند فرز PCB بالاتر از این عمدتا برای نمونه سازی استفاده می شود.

روش انتخاب شده به تعداد بردهای تولید شده و وضوح مورد نیاز بستگی دارد.

حجم زیاد

  • چاپ سیلک - برای PCB با ویژگی های بزرگتر استفاده می شود
  • حکاکی عکس – زمانی استفاده می شود که ویژگی های ظریف تری مورد نیاز باشد

حجم کم

  • روی فیلم شفاف چاپ کنید و به عنوان ماسک عکس همراه با تابلوهای حساس به عکس استفاده کنید، سپس اچ کنید. (به طور متناوب، از یک فتوپلاتر فیلم استفاده کنید)
  • فرسایش مقاوم با لیزر
  • فرز PCB
  • حکاکی لیزری

علاقه مند

  • مقاومت چاپ شده با لیزر: چاپ لیزری روی کاغذ انتقال تونر، انتقال حرارت با اتو یا لمینیت اصلاح شده روی لمینت خالی، خیساندن در حمام آب، لمس کردن با یک نشانگر، سپس اچ کردن.
  • فیلم وینیل مقاومت، نشانگر غیر قابل شستشو، برخی از روش های دیگر. کار فشرده، فقط برای تخته های تکی مناسب است.

فرآیندهای کاهشی، افزایشی و نیمه افزودنی

دو روش پردازش مورد استفاده برای تولید یک PWB دو طرفه با سوراخ های روکش شده

روش‌های تفریقی، مس را از یک تخته کاملاً با پوشش مسی جدا می‌کنند تا فقط الگوی مسی مورد نظر باقی بماند. در روش‌های افزایشی، الگوی با استفاده از فرآیند پیچیده روی یک بستر خالی آبکاری می‌شود. مزیت روش افزودنی این است که به مواد کمتری نیاز است و زباله کمتری تولید می شود. در فرآیند افزودنی کامل، ورقه ورقه لخت با یک فیلم حساس به نور پوشانده می شود که تصویربرداری می شود (از طریق یک ماسک در معرض نور قرار می گیرد و سپس ایجاد می شود که فیلم در معرض نور را حذف می کند). نواحی در معرض در یک حمام شیمیایی حساس می شوند که معمولاً حاوی پالادیوم است و مشابه آن چیزی است که برای آبکاری سوراخ استفاده می شود که باعث می شود منطقه در معرض قابلیت اتصال یون های فلزی را داشته باشد. سپس ورقه ورقه با مس در نواحی حساس پوشانده می شود. وقتی ماسک پاک شد، PCB تمام شد.

نیمه افزودنی رایج ترین فرآیند است: تخته بدون طرح یک لایه نازک از مس از قبل روی آن قرار دارد. سپس یک ماسک معکوس اعمال می شود. (برخلاف یک ماسک فرآیند تفریق، این ماسک آن قسمت‌هایی از بستر را که در نهایت به آثار تبدیل می‌شوند، آشکار می‌کند.) سپس مس اضافی روی تخته در نواحی بدون نقاب قرار می‌گیرد. مس را می توان به هر وزن دلخواه آبکاری کرد. سپس قلع سرب یا دیگر آبکاری های سطحی اعمال می شود. ماسک برداشته می‌شود و یک مرحله اچینگ کوتاه، لمینت مسی اصلی را که اکنون در معرض دید قرار گرفته است، از روی تخته جدا می‌کند و آثار فردی را جدا می‌کند. برخی از تخته های یک طرفه که دارای سوراخ های آبکاری هستند به این ترتیب ساخته می شوند. جنرال الکتریک در اواخر دهه 1960 دستگاه های رادیویی مصرفی را با استفاده از بردهای افزودنی ساخت.

فرآیند (نیمه) افزودنی معمولاً برای تخته‌های چند لایه استفاده می‌شود، زیرا آبکاری سوراخ‌ها را برای تولید گذرگاه‌های رسانا در برد مدار تسهیل می‌کند.

خط آبکاری مس PCB در فرآیند آبکاری الگوی مس
مدار چاپی در فرآیند پوشش مسی با الگوی مسی (به مقاومت فیلم خشک آبی توجه کنید)

حکاکی شیمیایی

اچینگ شیمیایی معمولا با پرسولفات آمونیوم یا کلرید آهن انجام می شود . برای PTH (حفره های آبکاری شده)، مراحل اضافی رسوب الکترولس پس از حفاری سوراخ ها انجام می شود، سپس مس برای ایجاد ضخامت آبکاری می شود، تخته ها غربال می شوند و با قلع/سرب آبکاری می شوند. قلع/سرب به مقاومت تبدیل می شود و مس خالی را از بین می برد. [27]

ساده ترین روش که برای تولید در مقیاس کوچک و اغلب توسط علاقه مندان استفاده می شود، حکاکی غوطه وری است که در آن تخته در محلول اچ مانند کلرید آهن غوطه ور می شود. در مقایسه با روش های مورد استفاده برای تولید انبوه، زمان اچینگ طولانی است. برای سرعت بخشیدن به سرعت اچ می توان گرما و هم زدن را روی حمام اعمال کرد. در حباب اچ، هوا از داخل حمام اچانت عبور داده می شود تا محلول به هم بزند و سرعت اچینگ را افزایش دهد. حکاکی اسپلش از یک پدال موتوری برای پاشیدن تخته ها با اچانت استفاده می کند. این فرآیند از نظر تجاری منسوخ شده است زیرا به سرعت اچینگ اسپری نیست. در اسپری اچینگ، محلول اچانت توسط نازل ها روی تخته ها توزیع می شود و توسط پمپ ها دوباره به گردش در می آید. تنظیم الگوی نازل، سرعت جریان، دما و ترکیب اچانت کنترل قابل پیش بینی نرخ اچ و نرخ تولید بالا را می دهد.[28]

همانطور که مس بیشتری از تخته ها مصرف می شود، اچانت اشباع شده و کارایی کمتری دارد. اچ های مختلف دارای ظرفیت های متفاوتی برای مس هستند که برخی از آنها به 150 گرم مس در هر لیتر محلول می رسد. در استفاده تجاری، اچ ها را می توان برای بازیابی فعالیت خود بازسازی کرد و مس محلول را بازیابی و فروخت. اچ کردن در مقیاس کوچک نیازمند توجه به دفع اچانت استفاده شده است که به دلیل محتوای فلزی آن خورنده و سمی است. [29]

اچانت مس را روی تمام سطوحی که توسط مقاومت محافظت نشده اند، از بین می برد. "Undercut" زمانی اتفاق می افتد که اچنت به لبه نازک مس زیر رزیست حمله می کند. این می تواند عرض هادی را کاهش دهد و باعث ایجاد مدارهای باز شود. کنترل دقیق زمان اچ برای جلوگیری از آندرکات مورد نیاز است. در جاهایی که از آبکاری فلزی به عنوان مقاومت استفاده می شود، می تواند "اورهانگ" شود که در صورت فاصله نزدیک باعث ایجاد اتصال کوتاه بین آثار مجاور می شود. پس از اچ کردن، می توان با برس کشیدن سیمی تخته را جدا کرد. [28]

لمینیت

یک ماژول SDRAM، یک PCB چند لایه را برش دهید. به via توجه کنید که به صورت نوار مسی رنگ روشنی که بین لایه های بالایی و پایینی تخته قرار دارد قابل مشاهده است.

بردهای مدار چاپی چند لایه دارای لایه های ردیابی در داخل برد هستند. این امر با لمینیت کردن دسته ای از مواد در پرس با اعمال فشار و حرارت برای مدت زمان مشخصی به دست می آید. این منجر به یک محصول یک تکه جدا نشدنی می شود. به عنوان مثال، یک PCB چهار لایه را می توان با شروع از یک لمینت با روکش مسی دو طرفه ساخت، مدار را در هر دو طرف حک کرد، سپس به بالا و پایین پیش آماده سازی و فویل مسی لمینیت کرد. سپس سوراخ می شود، آبکاری می شود و دوباره اچ می شود تا آثاری در لایه های بالا و پایین به دست آید. [30]

لایه های داخلی قبل از لمینت یک بازرسی کامل از دستگاه داده می شود زیرا اشتباهات بعد از آن قابل اصلاح نیستند. ماشین‌های بازرسی نوری خودکار (AOI) یک تصویر از برد را با تصویر دیجیتال تولید شده از داده‌های طراحی اصلی مقایسه می‌کنند. سپس دستگاه‌های شکل‌دهی نوری خودکار (AOS) می‌توانند مس از دست رفته را اضافه کنند یا مس اضافی را با استفاده از لیزر حذف کنند و تعداد PCBهایی را که باید دور ریخته شوند کاهش می‌دهند. [31] مسیرهای PCB می توانند فقط 10 میکرومتر عرض داشته باشند.

حفاری

چشمک (توخالی)

سوراخ‌هایی که از طریق PCB انجام می‌شود معمولاً با مته‌های ساخته شده از کاربید تنگستن با پوشش جامد حفر می‌شوند . کاربید تنگستن پوشش داده شده به دلیل ساینده بودن مواد تخته استفاده می شود. قطعات فولادی با سرعت بالا به سرعت کدر می شوند و مس را پاره می کنند و تخته را خراب می کنند. حفاری توسط ماشین های حفاری کنترل شده توسط کامپیوتر و با استفاده از فایل مته یا فایل Excellon انجام می شود که محل و اندازه هر سوراخ حفاری شده را توضیح می دهد.

سوراخ‌ها را می‌توان با آبکاری الکتریکی یا قرار دادن سوراخ‌های فلزی توخالی برای اتصال لایه‌های تخته رسانا کرد. برخی از سوراخ‌های رسانا برای وارد کردن سرنخ‌های جزء سوراخ در نظر گرفته شده‌اند. سایر مواردی که برای اتصال لایه های برد استفاده می شوند، vias نامیده می شوند .

هنگامی که نیاز به قطر کمتر از 76.2 میکرومتر است، حفاری با قطعات مکانیکی به دلیل نرخ بالای سایش و شکستگی غیرممکن است. در این مورد، ویزها ممکن است با لیزر سوراخ شوند - توسط لیزر تبخیر شوند . ویزهای حفاری شده با لیزر معمولاً سطح پایینی در داخل سوراخ دارند. این سوراخ ها میکرو ویاس نامیده می شوند و می توانند قطری به اندازه 10 میکرومتر داشته باشند. [32] [33] همچنین می‌توان با حفاری با عمق کنترل‌شده ، حفاری لیزری، یا با پیش حفاری ورق‌های جداگانه PCB قبل از لایه‌کاری، سوراخ‌هایی ایجاد کرد که فقط برخی از لایه‌های مس را به هم متصل می‌کنند، به جای عبور از لایه‌های مسی. کل هیئت مدیره به این سوراخ ها vias کور می گویندهنگامی که آنها یک لایه مس داخلی را به یک لایه خارجی متصل می کنند، یا زمانی که دو یا چند لایه مس داخلی را وصل می کنند و بدون لایه بیرونی، از راه های مدفون می کنند. دستگاه های حفاری لیزری می توانند هزاران سوراخ در ثانیه ایجاد کنند و می توانند از لیزرهای UV یا CO 2 استفاده کنند. [34] [35]

دیواره‌های سوراخ تخته‌هایی با دو یا چند لایه را می‌توان رسانا کرد و سپس با مس آبکاری کرد تا سوراخ‌های آبکاری شده ایجاد شود. این سوراخ ها به صورت الکتریکی لایه های رسانای PCB را به هم متصل می کنند. برای تخته‌های چند لایه، آنهایی که سه لایه یا بیشتر دارند، حفاری معمولاً لکه‌ای از محصولات تجزیه در دمای بالا عامل اتصال در سیستم لمینت ایجاد می‌کند. قبل از اینکه سوراخ ها را بتوان از طریق آن روکش کرد، این لکه باید با یک فرآیند لک زدایی شیمیایی یا با اچ پلاسما پاک شود.. فرآیند لکه زدایی تضمین می کند که اتصال خوبی به لایه های مسی زمانی که سوراخ از آن روکش می شود، ایجاد می شود. در تخته‌های با قابلیت اطمینان بالا، فرآیندی به نام اچ بک به‌صورت شیمیایی با اچ‌کننده بر پایه پرمنگنات پتاسیم یا اچ پلاسما انجام می‌شود. اچ بک رزین و الیاف شیشه را جدا می کند به طوری که لایه های مس به داخل سوراخ کشیده می شوند و همانطور که سوراخ آبکاری می شود با مس ته نشین شده یکپارچه می شود.

آبکاری و پوشش

انتخاب مناسب آبکاری یا پرداخت سطح می تواند برای بازده فرآیند، میزان دوباره کاری، میزان شکست مزرعه و قابلیت اطمینان بسیار مهم باشد. [36]

PCB ها ممکن است با لحیم کاری، قلع یا طلا روی نیکل اندود شوند. [37] [38]

پس از اینکه PCB ها اچ شدند و سپس با آب شسته شدند، ماسک لحیم کاری اعمال می شود و سپس هر مسی که در معرض آن قرار دارد با لحیم کاری، نیکل/طلا یا برخی از پوشش های ضد خوردگی دیگر پوشانده می شود. [39]

لحیم کاری مات معمولاً برای ایجاد سطح اتصال بهتر برای مس لخت ذوب می شود. درمان هایی مانند بنزیمیدازولتیول از اکسیداسیون سطحی مس لخت جلوگیری می کند. مکان هایی که قطعات در آنها نصب می شوند معمولاً آبکاری می شوند، زیرا مس لخت تصفیه نشده به سرعت اکسید می شود و بنابراین به راحتی قابل لحیم کاری نیست. به طور سنتی، هر مس در معرض با لحیم کاری با هوای داغ (لحیم کاری) تراز (HASL با نام مستعار HAL) پوشش داده می شد. پوشش HASL از اکسید شدن مس زیرین جلوگیری می کند و در نتیجه سطح قابل لحیم کاری را تضمین می کند. این لحیم کاری یک آلیاژ قلع - سرب بود، اما اکنون از ترکیبات لحیم کاری جدید برای دستیابی به انطباق با دستورالعمل RoHS در اتحادیه اروپا استفاده می شود.، که استفاده از سرب را محدود می کند. یکی از این ترکیبات بدون سرب SN100CL است که از 99.3% قلع، 0.7% مس، 0.05% نیکل و 60 ppm ژرمانیوم تشکیل شده است. [ نیازمند منبع ]

مهم است که از لحیم کاری سازگار با PCB و قطعات استفاده شده استفاده کنید. به عنوان مثال، آرایه شبکه توپ (BGA) با استفاده از گلوله های لحیم سرب قلع برای اتصالات که توپ های خود را بر روی آثار مس خالی از دست می دهند یا از خمیر لحیم کاری بدون سرب استفاده می کند.

سایر آبکاری های مورد استفاده عبارتند از: نگهدارنده لحیم کاری ارگانیک (OSP)، نقره غوطه ور (IAg)، قلع غوطه ور (ISn)، پوشش طلای غوطه وری الکترولس نیکل (ENIG)، الکترولس نیکل الکترولس پالادیوم طلای غوطه وری (ENEPIG)، و آبکاری مستقیم طلا (روی نیکل) . کانکتورهای لبه ، که در امتداد یک لبه برخی از تخته ها قرار می گیرند، اغلب با نیکل اندود شده و سپس با استفاده از ENIG طلاکاری می شوند. یکی دیگر از ملاحظات پوشش، انتشار سریع فلز پوشش در لحیم قلع است. قلع مواد بین فلزی مانند Cu 6 Sn 5 و Ag 3 را تشکیل می دهدمس که در مایع قلع یا جامد حل می شود (در دمای 50 درجه سانتیگراد)، پوشش سطح را از بین می برد یا فضای خالی ایجاد می کند.

مهاجرت الکتروشیمیایی (ECM) رشد رشته های فلزی رسانا بر روی یا در یک برد مدار چاپی (PCB) تحت تأثیر بایاس ولتاژ DC است. [40] [41] نقره، روی و آلومینیوم برای رشد سبیل ها تحت تأثیر میدان الکتریکی شناخته شده اند. نقره همچنین در حضور هالید و سایر یون‌ها مسیرهای رسانای سطحی را رشد می‌دهد که آن را به انتخاب ضعیفی برای استفاده در الکترونیک تبدیل می‌کند. قلع به دلیل کشش در سطح آبکاری شده، "سبیل" رشد می کند. آبکاری قلع سرب یا لحیم کاری نیز باعث رشد سبیل می شود که تنها با کاهش درصد قلع کاهش می یابد. جریان مجدد برای ذوب لحیم یا صفحه قلع برای از بین بردن تنش سطح، بروز سبیل را کاهش می دهد. یکی دیگر از مسائل پوشش آفت قلع است ، تبدیل قلع به آلوتروپ پودری در دمای پایین.[42]

نرم افزار مقاوم در برابر لحیم کاری

مناطقی که نباید لحیم کاری شوند ممکن است با لحیم کاری مقاوم (ماسک لحیم کاری) پوشانده شوند. ماسک لحیم کاری همان چیزی است که به PCBها رنگ سبز مشخص می دهد، اگرچه در چندین رنگ دیگر مانند قرمز، آبی، بنفش، زرد، سیاه و سفید نیز موجود است. یکی از متداول ترین رزیست های لحیم کاری که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد "LPI" ( ماسک لحیم قابل تصویربرداری مایع ) نام دارد. [43]  یک پوشش حساس به نور روی سطح PWB اعمال می شود، سپس از طریق فیلم تصویر ماسک لحیم در معرض نور قرار می گیرد و در نهایت در جایی که نواحی در معرض دید شسته می شوند، ایجاد می شود. ماسک لحیم کاری فیلم خشک مشابه فیلم خشکی است که برای تصویربرداری از PWB برای آبکاری یا اچینگ استفاده می شود. پس از لمینیت روی سطح PWB تصویربرداری شده و به صورت LPI توسعه داده می شود. برای چاپ جوهر اپوکسی یک بار اما دیگر رایج نیست، به دلیل دقت و وضوح پایین آن. مقاومت لحیمی علاوه بر دفع لحیم کاری، از مسی که در غیر این صورت در معرض قرار می گیرد در برابر محیط محافظت می کند.

چاپ افسانه

یک افسانه اغلب در یک یا هر دو طرف PCB چاپ می شود. این شامل نشانگرهای اجزاء ، تنظیمات سوئیچ، نقاط تست و سایر نشانه های مفید در مونتاژ، آزمایش، سرویس و گاهی اوقات استفاده از برد مدار است.

سه روش برای چاپ افسانه وجود دارد.

  1. چاپ سیلک با جوهر اپوکسی روش ثابت شده بود. آنقدر رایج بود که افسانه را اغلب به اشتباه ابریشم یا ابریشم می نامند.
  2. تصویربرداری عکس مایع روشی دقیق تر از چاپ صفحه است.
  3. چاپ جوهر افشان به طور فزاینده ای مورد استفاده قرار می گیرد. جوهر افشان می‌تواند داده‌های متغیر، منحصر به فرد هر واحد PWB، مانند متن یا بارکد با شماره سریال را چاپ کند.

تست تخته برهنه

تخته‌هایی که هیچ جزء نصب نشده‌اند، معمولاً برای «شورت» و «باز» آزمایش می‌شوند. این تست الکتریکی یا PCB e-test نامیده می شود . اتصال کوتاه بین دو نقطه است که نباید به هم وصل شوند. باز یک اتصال گم شده بین نقاطی است که باید متصل شوند. برای تولید با حجم بالا، یک وسیله مانند "تخت میخ" در یک آداپتور سوزنی سفت و سخت با زمین های مسی روی تخته تماس پیدا می کند. فیکسچر یا آداپتور هزینه ثابت قابل توجهی است و این روش فقط برای تولید با حجم بالا یا با ارزش بالا مقرون به صرفه است. برای کاوشگر پرنده تولید حجم کوچک یا متوسطتسترها در جایی استفاده می‌شوند که پروب‌های آزمایشی توسط یک درایو XY روی تخته حرکت می‌کنند تا با زمین‌های مسی تماس برقرار کنند. نیازی به فیکسچر نیست و از این رو هزینه های ثابت بسیار کمتر است. سیستم CAM به تستر الکتریکی دستور می دهد تا در صورت نیاز به هر نقطه تماس ولتاژ اعمال کند و بررسی کند که این ولتاژ در نقاط تماس مناسب و فقط در آنها ظاهر شود.

مونتاژ

PCB با پدهای اتصال تست

در مونتاژ، برد لخت با اجزای الکترونیکی پر می شود (یا "پر شده") تا یک مجموعه مدار چاپی کاربردی (PCA) تشکیل شود، که گاهی اوقات "مجموعه برد مدار چاپی" (PCBA) نامیده می شود. [44] [45] در فناوری سوراخ عبوری ، سرنخ‌های قطعه در سوراخ‌هایی قرار می‌گیرند که با پدهای رسانا احاطه شده‌اند . سوراخ ها اجزا را در جای خود نگه می دارند. در فناوری نصب سطحی (SMT)، قطعه بر روی PCB قرار می‌گیرد تا پین‌ها با پدهای رسانا یا فرود بیایند .روی سطوح PCB؛ خمیر لحیم کاری که قبلا روی لنت ها اعمال شده بود، اجزا را به طور موقت در جای خود نگه می دارد. اگر اجزای نصب سطحی روی هر دو طرف تخته اعمال شوند، اجزای سمت پایین به تخته چسبانده می شوند. در هر دو سوراخ سوراخ و نصب روی سطح، اجزاء سپس لحیم می شوند . پس از خنک شدن و جامد شدن، لحیم کاری قطعات را به طور دائم در جای خود نگه می دارد و آنها را به صورت الکتریکی به برد متصل می کند.

تکنیک های لحیم کاری مختلفی برای اتصال قطعات به PCB استفاده می شود. تولید با حجم بالا معمولاً با دستگاه انتخاب و لحیم کاری موجی حجیم برای قطعات سوراخ دار یا کوره های جریان مجدد برای قطعات SMT و/یا قطعات سوراخ انجام می شود، اما تکنسین های ماهر می توانند قطعات بسیار ریز را با دست لحیم کنند. به عنوان مثال بسته های 0201 که 0.02 اینچ در 0.01 اینچ هستند) [46] زیر میکروسکوپ ، با استفاده از موچین و آهن لحیم کاری با نوک ریز ، برای نمونه های اولیه با حجم کم. لحیم کاری انتخابی ممکن است برای قطعات ظریف استفاده شود. برخی از قطعات SMT را نمی توان با دست لحیم کرد، مانند BGAبسته ها تمام اجزای سوراخ دار را می توان با دست لحیم کرد، و آنها را برای نمونه سازی در جایی که اندازه، وزن و استفاده از اجزای دقیقی که در تولید با حجم بالا مورد استفاده قرار می گیرند مورد توجه قرار نمی گیرند، مورد علاقه قرار می گیرند.

اغلب، ساخت و ساز از طریق سوراخ و نصب روی سطح باید در یک مجموعه واحد ترکیب شوند، زیرا برخی از اجزای مورد نیاز فقط در بسته‌های نصب سطحی در دسترس هستند، در حالی که برخی دیگر فقط در بسته‌های سوراخ در دسترس هستند. یا، حتی اگر همه اجزا در بسته‌های سوراخ در دسترس باشند، ممکن است بخواهید از کاهش اندازه، وزن و هزینه‌ای که با استفاده از برخی دستگاه‌های نصب سطحی موجود به دست می‌آید، استفاده کنید. دلیل دیگری برای استفاده از هر دو روش این است که نصب از طریق سوراخ می تواند استحکام لازم را برای قطعاتی که احتمالاً در برابر استرس فیزیکی متحمل می شوند (مانند کانکتورهایی که اغلب جفت می شوند و جدا می شوند یا به کابل هایی متصل می شوند که انتظار می رود فشار قابل توجهی به PCB و کانکتور وارد کنند را فراهم کند. رابط)، در حالی که اجزایی که انتظار می رود دست نخورده باقی بمانند، با استفاده از تکنیک های نصب سطحی، فضای کمتری را اشغال خواهند کرد.برای مقایسه بیشتر، صفحه SMT را ببینید .

پس از پر شدن برد، ممکن است به روش های مختلفی آزمایش شود:

برای تسهیل این آزمایش‌ها، PCB‌ها ممکن است با پدهای اضافی برای ایجاد اتصالات موقت طراحی شوند. گاهی اوقات این لنت ها باید با مقاومت ایزوله شوند. تست درون مدار ممکن است ویژگی‌های تست اسکن مرزی برخی اجزا را نیز اعمال کند. همچنین ممکن است از سیستم‌های تست درون مدار برای برنامه‌ریزی اجزای حافظه غیرفرار روی برد استفاده شود.

در آزمایش اسکن مرزی، مدارهای آزمایشی ادغام شده در آی سی های مختلف روی برد، اتصالات موقتی بین ردپای PCB ایجاد می کنند تا آزمایش کنند که آی سی ها به درستی نصب شده اند. آزمایش اسکن مرزی مستلزم آن است که تمام آی سی های مورد آزمایش از یک روش پیکربندی تست استاندارد استفاده کنند، که رایج ترین آنها استاندارد گروه اقدام آزمایش مشترک ( JTAG ) است. معماری تست JTAG ابزاری را برای آزمایش اتصالات بین مدارهای مجتمع روی یک برد بدون استفاده از پروب های آزمایش فیزیکی، با استفاده از مدار در آی سی ها برای استفاده از پین های آی سی به عنوان پروب های آزمایشی فراهم می کند. فروشندگان ابزار JTAG انواع مختلفی از محرک‌ها و الگوریتم‌های پیچیده را ارائه می‌کنند، نه تنها برای شناسایی شبکه‌های خراب، بلکه برای جدا کردن خطاها در شبکه‌ها، دستگاه‌ها و پین‌های خاص.

هنگامی که بردها در تست شکست می خورند، تکنسین ها ممکن است قطعات شکست خورده را لحیم کنند و جایگزین کنند، کاری که به عنوان دوباره کاری شناخته می شود .

حفاظت و بسته بندی

PCBهای در نظر گرفته شده برای محیط های شدید اغلب دارای یک پوشش منسجم هستند که پس از لحیم کاری اجزا با غوطه ور کردن یا پاشش اعمال می شود. روکش از خوردگی و جریان های نشتی یا کوتاه شدن در اثر تراکم جلوگیری می کند. اولین کتهای منسجم مومی بودند . روکش های مدرن مدرن معمولاً محلول های رقیق لاستیک سیلیکونی، پلی اورتان، اکریلیک یا اپوکسی هستند. روش دیگر برای اعمال یک پوشش منسجم این است که پلاستیک روی PCB در یک محفظه خلاء پاشیده شود . عیب اصلی پوشش‌های منسجم این است که تعمیر و نگهداری برد بسیار دشوار است. [47]

بسیاری از PCB های مونتاژ شده به استاتیک حساس هستند و بنابراین باید در حین حمل و نقل در کیسه های آنتی استاتیک قرار گیرند . هنگام استفاده از این تخته ها، کاربر باید زمین (ارت) باشد.. تکنیک های نادرست جابجایی ممکن است بار استاتیک انباشته شده را از طریق برد منتقل کند و به قطعات آسیب برساند یا از بین ببرد. آسیب ممکن است فوراً بر عملکرد تأثیر نگذارد، اما ممکن است بعداً منجر به خرابی زودهنگام شود، خطاهای عملکردی متناوب ایجاد کند یا باعث محدود شدن دامنه شرایط محیطی و الکتریکی شود که تحت آن برد به درستی کار می کند. حتی تخته‌های برهنه نیز گاهی به استاتیک حساس هستند: ردیابی‌ها به قدری ظریف شده‌اند که می‌توان با تخلیه استاتیک یک اثر را منفجر کرد (یا ویژگی‌های آن را تغییر داد). این امر به ویژه در PCB های غیر سنتی مانند MCM و PCB های مایکروویو صادق است.

ساخت چوب بند ناف

یک ماژول چوب پنبه ای
در فیوزهای مجاورت از ساخت چوب طناب دار استفاده شد .

ساخت چوب طناب دار می تواند فضای قابل توجهی را ذخیره کند و اغلب با اجزای سیمی در کاربردهایی که فضا در بالاترین حد بود (مانند فیوزها ، هدایت موشک و سیستم های تله متری) و در رایانه های پرسرعت ، که ردیابی کوتاه مهم بود، استفاده می شد. در ساخت چوب طناب، اجزای محوری سرب بین دو صفحه موازی سوار شدند. قطعات یا با سیم جامپر به هم لحیم می شدند یا با نوار نیکلی نازک که در زاویه های قائم به سرنخ های قطعه جوش داده می شد به اجزای دیگر متصل می شدند. [48]برای جلوگیری از کوتاه شدن لایه های مختلف اتصال، کارت های عایق نازکی بین آنها قرار داده شد. سوراخ‌ها یا سوراخ‌های موجود در کارت‌ها اجازه می‌دهند تا اجزای سازنده به لایه اتصال بعدی منتقل شوند. یکی از معایب این سیستم نیکل خاص آن بود- اجزای سربی باید مورد استفاده قرار می گرفت تا امکان ایجاد جوش های متصل به هم قابل اعتماد فراهم شود. انبساط حرارتی دیفرانسیل قطعه می تواند به سرنخ های قطعات و آثار PCB فشار وارد کند و باعث آسیب مکانیکی شود (همانطور که در چندین ماژول در برنامه آپولو مشاهده شد). علاوه بر این، اجزای قرار گرفته در فضای داخلی به سختی قابل تعویض هستند. برخی از نسخه‌های ساخت چوب کورد از PCBهای یک طرفه لحیم‌شده به عنوان روش اتصال استفاده می‌کردند (همانطور که در تصویر نشان داده شده است)، که امکان استفاده از اجزای معمولی سرب را به قیمت دشواری برداشتن بردها یا جایگزینی هر جزء که در لبه نیست، می‌دهد.

قبل از ظهور مدارهای مجتمع ، این روش بالاترین تراکم بسته بندی قطعات را ممکن می ساخت. به همین دلیل، توسط تعدادی از فروشندگان کامپیوتر از جمله Control Data Corporation استفاده شد . روش ساخت چوب بند ناف زمانی به ندرت مورد استفاده قرار گرفت که PCB ها به طور گسترده در هوافضا یا سایر وسایل الکترونیکی با چگالی بالا رایج شدند.

بردهای چند سیم

Multiwire یک تکنیک ثبت اختراع برای اتصال است که از سیم‌های عایق‌شده توسط ماشین استفاده می‌کند که در یک ماتریس نارسانا (اغلب رزین پلاستیکی) تعبیه شده‌اند. [49] در طول دهه 1980 و 1990 مورد استفاده قرار گرفت. از سال 2010، Multiwire هنوز از طریق هیتاچی در دسترس بود.

از آنجایی که قرار دادن اتصالات (سیم‌ها) در داخل ماتریس تعبیه‌سازی بسیار آسان بود، این رویکرد به طراحان این امکان را می‌دهد که مسیریابی سیم‌ها را به طور کامل فراموش کنند (معمولاً یک عملیات زمان‌بر طراحی PCB): هر جایی که طراح نیاز به اتصال داشته باشد، ماشین این کار را انجام خواهد داد. یک سیم را در یک خط مستقیم از یک مکان / پین به مکان دیگر بکشید. این منجر به زمان‌های طراحی بسیار کوتاه (عدم استفاده از الگوریتم‌های پیچیده حتی برای طرح‌های با چگالی بالا) و همچنین کاهش تداخل (که وقتی سیم‌ها به موازات یکدیگر کار می‌کنند بدتر است - که تقریباً هرگز در Multiwire اتفاق نمی‌افتد)، اگرچه هزینه آن بسیار بالاست. برای رقابت با فن‌آوری‌های ارزان‌تر PCB زمانی که به مقادیر زیادی نیاز است.

اصلاحات را می توان در طرح برد Multiwire آسانتر از طرح PCB انجام داد. [50]

فن آوری های سیم کشی گسسته رقابتی دیگری نیز وجود دارد که توسعه یافته اند.

تاریخچه

قبل از توسعه بردهای مدار چاپی، مدارهای الکتریکی و الکترونیکی نقطه به نقطه روی یک شاسی سیم کشی می شدند. به طور معمول، شاسی یک قاب یا تابه ورق فلزی بود که گاهی اوقات کف آن چوبی بود. هنگامی که نقطه اتصال روی شاسی فلزی بود، قطعات معمولاً توسط عایق‌ها به شاسی متصل می‌شدند و سپس سرهای آن‌ها مستقیماً یا با سیم‌های جامپر با لحیم کاری یا گاهی اوقات با استفاده از کانکتورهای چین‌دار، شاخه‌های اتصال سیم روی پایانه‌های پیچی یا روش‌های دیگر متصل می‌شدند. . مدارها بزرگ، حجیم، سنگین و نسبتاً شکننده بودند (حتی با کم کردن پوشش شیشه‌ای شکستنی لوله‌های خلاء که اغلب در مدارها قرار می‌گرفتند)، و تولید کار فشرده بود، بنابراین محصولات گران بودند.

توسعه روش های مورد استفاده در بردهای مدار چاپی مدرن در اوایل قرن بیستم آغاز شد. در سال 1903، یک مخترع آلمانی، آلبرت هانسون، هادی های فویل مسطح را که روی یک تخته عایق چند لایه لایه بندی شده اند، توصیف کرد. توماس ادیسون در سال 1904 روش های شیمیایی آبکاری هادی ها را بر روی کاغذ کتان آزمایش کرد. آرتور بری در سال 1913 یک روش چاپ و اچ را در انگلستان به ثبت رساند و در ایالات متحده مکس شوپ حق اختراع [51] را برای اسپری شعله فلز بر روی آن به دست آورد. یک تخته از طریق یک ماسک طرح دار. چارلز دوکاس در سال 1925 روشی را برای آبکاری الگوهای مدار ثبت کرد. [52]

مهندس اتریشی، پل آیسلر ، مدار چاپی را به عنوان بخشی از یک مجموعه رادیویی در حوالی سال 1936 در بریتانیا اختراع کرد. در سال 1941 یک مدار چاپی چند لایه در معادن دریایی نفوذ مغناطیسی آلمان استفاده شد . در حدود سال 1943 ایالات متحده شروع به استفاده از این فناوری در مقیاس بزرگ برای ساخت فیوزهای مجاورتی برای استفاده در جنگ جهانی دوم کرد. [52]

خط تولید فیوز مجاورتی Mark 53 1944

پس از جنگ، در سال 1948، ایالات متحده این اختراع را برای استفاده تجاری منتشر کرد. مدارهای چاپی تا اواسط دهه 1950، پس از توسعه فرآیند Auto-Sembly توسط ارتش ایالات متحده ، در لوازم الکترونیکی مصرفی رایج نشدند . تقریباً در همان زمان در بریتانیا کار در امتداد خطوط مشابه توسط جفری دامر و سپس در RRDE انجام شد.

موتورولا پیشرو اولیه در آوردن این فرآیند به لوازم الکترونیکی مصرفی بود و در آگوست 1952 پذیرش "مدارهای آبکاری شده" در رادیوهای خانگی را پس از شش سال تحقیق و سرمایه گذاری 1 میلیون دلاری اعلام کرد. [53] موتورولا به زودی شروع به استفاده از اصطلاح تجاری خود برای فرآیند، PLAcir، در تبلیغات رادیویی مصرفی خود کرد. [54] Hallicrafters اولین محصول مدار چاپی "فتو اچ" خود را، یک ساعت رادیویی، در 1 نوامبر 1952 منتشر کرد. [55]

حتی با در دسترس قرار گرفتن بردهای مدار، روش ساخت شاسی نقطه به نقطه حداقل تا اواخر دهه 1960 در صنعت (مانند تلویزیون و دستگاه های Hi-Fi) مورد استفاده رایج باقی ماند. بردهای مدار چاپی برای کاهش اندازه، وزن و هزینه قطعات مدار معرفی شدند. در سال 1960، ممکن بود یک گیرنده رادیویی مصرفی کوچک با تمام مدارهایش روی یک برد مدار ساخته شود، اما یک تلویزیون احتمالاً حاوی یک یا چند برد مدار است.

نمونه ای از آثار حک شده با دست روی PCB

قبل از اختراع مدارهای چاپی، و از نظر روحی مشابه، تجهیزات ساخت مدار الکترونیکی جان سارگروو (1936-1947) (ECME) بود که فلز را روی یک تخته پلاستیکی باکلیت پاشید . ECME می توانست سه برد رادیویی در دقیقه تولید کند.

در طول جنگ جهانی دوم، توسعه فیوز مجاورتی ضد هوایی به یک مدار الکترونیکی نیاز داشت که بتواند در برابر شلیک از یک تفنگ مقاومت کند و بتواند به مقدار زیاد تولید شود. بخش Centralab اتحادیه گلوب پیشنهادی را ارائه کرد که شرایط را برآورده می‌کرد: یک صفحه سرامیکی با رنگ فلزی برای هادی‌ها و مواد کربنی برای مقاومت‌ها ، با خازن‌های دیسکی سرامیکی و لوله‌های خلاء مینیاتوری که در جای خود لحیم می‌شوند، چاپ می‌شود. [56] این تکنیک قابل اجرا بود، و پتنت حاصل از این فرآیند، که توسط ارتش ایالات متحده طبقه بندی شده بود، به اتحادیه گلوب واگذار شد. در سال 1984 بود که موسسه مهندسین برق و الکترونیک (IEEE) به هری دبلیو روبینشتاین جایزه اعطا کرد.جایزه کلدو برونتی برای کمک های کلیدی اولیه در توسعه قطعات و هادی های چاپی روی یک بستر عایق مشترک. روبینشتاین در سال 1984 توسط دانشگاه ویسکانسین مدیسون به دلیل نوآوری هایش در فناوری مدارهای الکترونیکی چاپی و ساخت خازن ها مورد تقدیر قرار گرفت. [57] [58] این اختراع همچنین نشان دهنده گامی در توسعه فناوری مدارهای مجتمع است، زیرا نه تنها سیم کشی، بلکه اجزای غیرفعال نیز بر روی بستر سرامیکی ساخته شدند.

یک PCB به عنوان یک طراحی روی یک کامپیوتر (سمت چپ) و به عنوان یک مجموعه برد پر از اجزا (سمت راست). تخته دو طرفه، با آبکاری از طریق سوراخ، مقاوم در برابر لحیم کاری سبز و یک افسانه سفید است. از اجزای نصب سطحی و سوراخ عبوری استفاده شده است.

در اصل، هر قطعه الکترونیکی دارای سیم سیم بود ، و یک PCB دارای سوراخ هایی برای هر سیم از هر قطعه بود. سپس سرنخ های جزء از طریق سوراخ ها وارد شده و به ردهای PCB مسی لحیم می شوند. این روش مونتاژ را ساخت و ساز از طریق سوراخ می نامند . در سال 1949، Moe Abramson و Stanislaus F. Danko از سپاه سیگنال ارتش ایالات متحده فرآیند Sembly Auto-Sembly را توسعه دادند که در آن سرنخ های اجزا در یک الگوی اتصال فویل مسی قرار داده می شدند و لحیم می شوند . حق امتیازی که آنها در سال 1956 به دست آوردند به ارتش ایالات متحده واگذار شد. [59] با توسعه لمینیت تخته و اچینگبا استفاده از تکنیک‌ها، این مفهوم به فرآیند استاندارد ساخت برد مدار چاپی تبدیل شد که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرد. لحیم کاری می تواند به طور خودکار با عبور تخته از روی موج یا موج لحیم مذاب در دستگاه لحیم کاری موجی انجام شود. با این حال، سیم ها و سوراخ ها ناکارآمد هستند، زیرا سوراخ کردن سوراخ ها گران است و مته ها را مصرف می کند و سیم های بیرون زده قطع شده و دور ریخته می شوند.

از دهه 1980 به بعد، قطعات نصب سطحی کوچک به طور فزاینده ای به جای اجزای سوراخ عبوری استفاده شده است. این امر منجر به تولید بردهای کوچکتر برای یک کارکرد معین و هزینه های تولید کمتر شده است، اما با برخی مشکلات اضافی در سرویس بردهای معیوب.

در دهه 1990 استفاده از تخته های سطحی چندلایه بیشتر شد. در نتیجه، اندازه بیشتر به حداقل رسید و PCB های انعطاف پذیر و صلب در دستگاه های مختلف گنجانده شدند. در سال 1995، تولیدکنندگان PCB شروع به استفاده از فناوری میکروویا برای تولید PCBهای با چگالی بالا (HDI) کردند. [60]

فناوری HDI امکان طراحی متراکم تر روی PCB و اجزای بسیار کوچکتر را فراهم می کند. در نتیجه، اجزا می توانند نزدیک تر و مسیرهای بین آنها کوتاه تر شوند. HDI ها از vias های کور/دفن شده یا ترکیبی شامل میکروویاها استفاده می کنند. با PCB های HDI چند لایه، اتصال بین Vias های انباشته شده حتی قوی تر است، بنابراین قابلیت اطمینان را در همه شرایط افزایش می دهد. رایج ترین برنامه های کاربردی برای فناوری HDI قطعات کامپیوتر و تلفن همراه و همچنین تجهیزات پزشکی و تجهیزات ارتباطی نظامی است. یک PCB میکروویا HDI 4 لایه از نظر کیفیت معادل یک PCB 8 لایه سوراخ دار است. با این حال، هزینه بسیار کمتر است. [ نامفهوم ]

پیشرفت های اخیر در چاپ سه بعدی به این معنی است که چندین تکنیک جدید در ایجاد PCB وجود دارد. الکترونیک چاپ سه بعدی (PE) را می توان برای چاپ لایه به لایه اقلام مورد استفاده قرار داد و متعاقباً آیتم را می توان با یک جوهر مایع که دارای عملکردهای الکترونیکی است چاپ کرد.

ممکن است سازندگان از تعمیر در سطح قطعه بردهای مدار چاپی پشتیبانی نکنند زیرا هزینه نسبتاً پایین تعویض در مقایسه با زمان و هزینه عیب یابی تا سطح قطعه دارد. در تعمیر سطح برد، تکنسین برد (PCA) را که خطا روی آن قرار دارد شناسایی کرده و آن را جایگزین می کند. این تغییر از نظر تولیدکننده از نظر اقتصادی کارآمد است اما از نظر مادی نیز هدر می‌رود، زیرا ممکن است یک برد مدار با صدها جزء کاربردی دور انداخته شده و به دلیل خرابی یک قطعه جزئی و ارزان قیمت مانند مقاومت یا خازن، دور ریخته شود و جایگزین شود. این عمل نقش مهمی در معضل زباله های الکترونیکی دارد. [61]

همچنین ببینید

مواد PCB

نرم افزار چیدمان PCB

منابع

  1. "برد مدار چاپی (PCB) چیست؟ - مقالات فنی" . www.allaboutcircuits.com . بازیابی شده در 2021-06-24 .
  2. «مدار مدار چاپی - یک نمای کلی» . ScienceDirect . بازیابی شده در 2021-06-24 .
  3. «تولید جهانی PCB در سال 2014 حدود 60.2 میلیارد دلار برآورد شده است» . iconnect007 . 28 سپتامبر 2015 . بازیابی شده در 2016-04-12 .
  4. ^ تحقیق، بازار انرژی. "بازار جهانی مدار چاپی (PCB) شاهد CAGR 3.1٪ در طول 2018-2024 است. " اتاق خبر GlobeNewswire . بازیابی شده در 2018-08-26 .
  5. «بازار جهانی برد مدار چاپی یک طرفه - رشد، چشم‌اندازهای آینده و تحلیل و پیش‌بینی رقابتی 2018 - 2023 - The Industry Herald» . ایندستری هرالد 2018-08-21 . بازیابی شده در 2018-08-26 .
  6. ^ IPC-14.38
  7. «StackPath» .
  8. بسته بندی الکترونیکی: فن آوری های نصب لحیم در KH Buschow et al (ed)، دایره المعارف مواد: علم و فناوری ، الزویر، 2001 ISBN 0-08-043152-6 ، صفحات 2708-2709 
  9. ^ "چرا از اتصال با تراکم بالا استفاده کنیم؟" . 21 آگوست 2018.
  10. «EURLex – 02011L0065-20140129 – EN – EUR-Lex» . Eur-lex.europa.eu. بایگانی شده از نسخه اصلی در 2016-01-07 . بازبینی شده در 3 جولای 2015 .
  11. "محدودیت استفاده از برخی مواد خطرناک در مقررات تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی 2012" . legal.gov.uk _ 4 دسامبر 2012 . بازبینی شده در 31 مارس 2022 .
  12. ^ 1. "شما اینجا هستید، سرب زیست محیطی آلاینده ها و سموم DEQ (Pb)." DEQ - چگونه سرب بر محیط ما تأثیر می گذارد؟، آژانس: کیفیت محیطی، www.michigan.gov/deq/0,4561,7-135-3307_29693_30031-90418--,00.html.
  13. ^ 2. "راهنمای RoHS." راهنمای انطباق با RoHS: سؤالات متداول در مورد انطباق با RoHS، www.rohsguide.com/rohs-faq.htm.
  14. ^ IPC-D-275: استاندارد طراحی برای تخته های چاپی سفت و مجامع تخته چاپی سفت و سخت . IPC. سپتامبر 1991.
  15. ^ Sood, B. and Pecht, M. 2011. ورقه های مدار چاپی. دایره المعارف کامپوزیت ویلی. 1-11.
  16. نوشته لی دبلیو ریچی، Speeding Edge (نوامبر 1999). "بررسی و آموزش مواد دی الکتریک مورد استفاده در ساخت تابلوهای مدار چاپی" (PDF) . مجله Circuitree .
  17. ^ "کاربردها | مواد پلی آمید مقاوم در برابر حرارت UBE" . UBE، upilex.jp.
  18. ^ "مواد مدار انعطاف پذیر Pyralux® - DuPont - DuPont USA" . دوپونت
  19. کارتر، بروس (19 مارس 2009). آپ امپ برای همه نیونز. شابک 9780080949482- از طریق Google Books.
  20. "یک بستر RF/مایکروویو با کارایی بالا، اقتصادی" . مجله مایکروویو.
  21. «صفحه داده RF-35» (PDF) . Taconic - از طریق Multi-CB.
  22. «روش‌شناسی جریان طراحی برد مدار چاپی» .
  23. ^ a b J. Lienig، J. Scheible (2020). "فصل 1.3.3: طراحی فیزیکی تابلوهای مدار چاپی". مبانی طراحی چیدمان برای مدارهای الکترونیکی . اسپرینگر. پ. 26-27. شابک 978-3-030-39284-0.
  24. «به پیوست D IPC-2251 مراجعه کنید» (PDF) .
  25. کرایگ میتسنر ، طراحی کامل PCB با استفاده از ضبط و طرح‌بندی OrCad ، صفحات 443–446، نیونز، 2011 ISBN 0080549209 . 
  26. ^ طف، ایتشک; بنرون، های (اکتبر 1999). "فتوریست های مایع برای تصویربرداری مستقیم حرارتی". مرجع هیئت مدیره {{cite web}}: وجود ندارد یا خالی |url=( راهنما )
  27. ^ رایلی، فرانک؛ تولید، بسته بندی الکترونیکی و (29/06/2013). کتابچه راهنمای مجمع الکترونیکی . Springer Science & Business Media. پ. 285. شابک 9783662131619.
  28. ^ a b R. S. Khandpur، بردهای مدار چاپی: طراحی، ساخت، مونتاژ و آزمایش ، Tata-McGraw Hill، 2005 ISBN 0-07-058814-7 ، صفحات 373-378 
  29. بوشارت (1983-01-01). تابلوهای مدار چاپی: طراحی و فناوری . آموزش تاتا مک گراو هیل. پ. 298. شابک 9780074515495.
  30. "PCB Layout" . بازیابی شده 2018-05-17 .
  31. ^ "راه حل های نوآورانه AOS برای PCB | Orbotech" . www.orbotech.com .
  32. «حفاری لیزری بردهای مدار چاپی با چگالی بالا» . راه حل های لیزر صنعتی . 1 سپتامبر 2012.
  33. «روش‌های غیر سنتی برای ایجاد سوراخ‌های کوچک» . www.mmsonline.com .
  34. "ماشین های حفاری لیزری سری GTW5 (انگلیسی) فیلم ها | MITSUBISHI ELECTRIC FA" . www.mitsubishielectric.com .
  35. «ماشین حفاری لیزری سری GTW5-UVF20 دستگاه های پردازش لیزری MELLASER | MITSUBISHI ELECTRIC FA» . www.mitsubishielectric.com .
  36. «ملاحظات برای انتخاب سطح پایانی PCB» (PDF) . 8 اکتبر 2013.
  37. ^ ضمیمه F نمونه توالی ساخت برای یک برد مدار چاپی استاندارد ، پیوندها: روندهای تولید در فناوری اتصال الکترونیکی، آکادمی ملی علوم
  38. ^ روش ها و مواد تولید 3.1 گزارش پروژه کلی تابلو سیم کشی چاپی - فهرست مطالب، طراحی برای محیط زیست (DfE)، EPA ایالات متحده
  39. جورج میلاد و دون گودچاوسکاس. " قابلیت اطمینان اتصالات لحیم کاری سطوح طلایی (ENIG، ENEPIG و DIG) برای PWB مونتاژ شده با آلیاژ SAC بدون سرب ."
  40. انتشارات IPC IPC-TR-476A، "مهاجرت الکتروشیمیایی: خرابی های ناشی از الکتریکی در مجموعه های سیم کشی چاپی"، نورثبروک، IL، می 1997.
  41. S.Zhan، MH Azarian و M. Pecht، " مسائل قابلیت اطمینان فناوری شار بدون تمیز با آلیاژ لحیم کاری بدون سرب برای تابلوهای مدار چاپی با چگالی بالا "، سی و هشتمین سمپوزیوم بین المللی میکروالکترونیک، صفحات 367-375، فیلادلفیا، PA ، 25-29 سپتامبر 2005.
  42. Clyde F. Coombs Printed Circuits Handbook McGraw–Hill Professional، 2007 شابک 0-07-146734-3 ، صفحات 45-19 
  43. ^ "ماسک های لحیم قابل تصویربرداری مایع" (PDF) . محصولات مدار کوتس . بازیابی شده در 2 سپتامبر 2012 .
  44. ^ ایوب، م. کندال، جی (2008). "بررسی بهینه‌سازی ماشین‌های قرارگیری دستگاه‌های نصب سطحی: طبقه‌بندی ماشین‌ها". مجله اروپایی تحقیقات عملیاتی . 186 (3): 893-914. CiteSeerX 10.1.1.486.8305 . doi : 10.1016/j.ejor.2007.03.042 . 
  45. ^ ایوب، م. کندال، جی (2005). "یک تابع هدف سه گانه با رویکرد مشخصه نقطه انتخاب و مکان پویا Chebychev برای بهینه سازی دستگاه قرار دادن پایه سطحی" (PDF) . مجله اروپایی تحقیقات عملیاتی . 164 (3): 609-626. doi : 10.1016/j.ejor.2003.09.034 .
  46. ^ بورکس، تام. "مجموعه SMTA TechScan: طراحی، مونتاژ و فرآیند 0201" (PDF) . انجمن فناوری کوه سطحی . بازیابی 2010-01-11 .
  47. ^ شیبو. معرفی سیستم های جاسازی شده 1E . تاتا مک گراو هیل. پ. 293. شابک 978-0-07-014589-4.
  48. واگنر، جی. دونالد (1999). "تاریخچه بسته بندی الکترونیکی در APL: از فاز VT تا فضاپیمای نزدیک" (PDF) . خلاصه فنی جانز هاپکینز APL . 20 (1). بایگانی شده از نسخه اصلی (PDF) در 2017-05-10 . بازیابی شده 2016-12-19 .
  49. ^ US 4175816 , Burr, Robert P.; مورینو، رونالد و کیوگ، ریموند جی.، "اعضای اتصال دهنده الکتریکی چند سیمی که یک ماتریس چند سیمی از سیم های عایق به طور مکانیکی به آن ختم شده است"، منتشر شده در 27-11-1979، به شرکت Kollmorgen Technologies Corp. 
  50. ^ دیوید ای ویزبرگ. "فصل 14: اینترگراف" . 2008. ص. 14-8.
  51. ^ US 1256599 ، Schoop، Max Ulrich، "فرآیند و مکانیسم تولید بخاری های برقی"، منتشر شده در 1918/02/19 
  52. ^ a b Charles A. Harper, Electronic Materials and Proses manual , McGraw-Hill, 2003 ISBN 0-07-140214-4 , صفحات 7.3 و 7.4 
  53. "فرآیند جدید برای سیم کشی رادیویی کامل شده است." شیکاگو تریبون، 1 اوت 1952.
  54. «سفر و بازی با موتورولا» آگهی مجله LIFE، 24 مه 1954، 14.
  55. «موضوعات و روندهای تجارت تلویزیونی». Television Digest 8:44 (1 نوامبر 1952)، 10.
  56. برونتی، کلدو (۲۲ نوامبر ۱۹۴۸). پیشرفت های جدید در مدارهای چاپی . واشنگتن دی سی: دفتر ملی استاندارد.
  57. روز مهندس، دریافت کنندگان جایزه 1984 ، کالج مهندسی، دانشگاه ویسکانسین-مدیسون
  58. «گیرندگان جایزه IEEE CLEDO BRUNETTI» (PDF) . IEEE _ بازیابی شده در 2018-08-04 .
  59. ^ US 2756485 , Abramson, Moe & Danko, Stanislaus F., "فرآیند مونتاژ مدارهای الکتریکی" منتشر شده در 31/07/1956 به وزیر ارتش ایالات متحده واگذار شده است. 
  60. ثبت اختراع ایالات متحده 5434751 ، هربرت اس. کول، جونیور، ترزا آ. سیتنیک-نیترز، رابرت ج. ووجناروفسکی، جان اچ. لوپینسکی، "ساختار اتصال با چگالی بالا قابل بازسازی با یک لایه آزاد"، صادر شده در 18 ژوئیه 1995 
  61. ^ براون، مارک؛ روطنی، جواهر; پاتیل، دینش (2004). "پیوست ب - عیب یابی". عیب یابی عملی تجهیزات الکتریکی و مدارهای کنترل . الزویر. صص 196-212. doi : 10.1016/b978-075066278-9/50009-3 . شابک 978-0-7506-6278-9.

ادامه مطلب

پیوندهای خارجی