آموزش طراحی و ساخت برد الکترونیکی

نحوه طراحی برد الکترونیک ، به راحتی قابل درک نیست ، اما نرم افزار مناسب برای طراحی آن می تواند تا حد زیادی کمک کند. مهندسان دیگر برای یادگیری هنر طراحی برد الکترونیک وقت گذاشته اند و شما می توانید از تجربیات آنها بهره مند شوید. اگر در طراحی برد تازه کار هستید ، ما 10 مرحله مهم را که می توانید برای ایجاد طرح های مدرن برای تقریباً هر برنامه ای استفاده کنید، جمع آوری کرده ایم.

موارد زیادی وجود دارد که در طراحی مهندسی از مدار پایه گرفته تا مدار پیچیده و غیر صلب بسیار زیاد است. هر دستگاه الکترونیکی جدید به عنوان یک نمودار بلوک و/ یا مجموعه ای از شماتیک الکترونیکی شروع می شود.

پس از اتمام و اعتبارسنجی نقشه ها ، می توانید مراحل زیر را دنبال کنید. در اینجا لیستی کامل از مراحل چیدمان و طراحی برد الکترونیک آورده شده است:

• شماتیک را ایجاد کنید
• یک طرح برد خالی ایجاد کنید
• ضبط شماتیک : اتصال به برد شما
• طراحی PCB Stackup شما
• تعریف قوانین طراحی و الزامات DFM
• مولفه ها را قرار دهید
• سوراخ های مته را وارد کنید
• رد مسیر
• برچسب ها و شناسه ها را اضافه کنید
• ایجاد فایل های طراحی

آموزش طراحی مدارهای الکترونیکی از پایه تا پیشرفته

برد الکترونیکی رایج ترین نام است اما ممکن است ” تابلوهای سیم کشی چاپی ” یا ” کارت سیم کشی چاپی ” نیز نامیده شود. قبل از ظهور PCB ، مدارها از طریق فرایند دشوار سیم کشی نقطه به نقطه ساخته می شد. این امر منجر به خرابی مکرر در اتصالات سیم و اتصال کوتاه هنگام شروع کهنگی و ترک خوردگی عایق سیم می شود.

یک پیشرفت بسیار مهم، توسعه در زمینه سیم پیچی بود ، جایی که یک سیم سنج کوچک به معنای واقعی کلمه، در اطراف یک پست در هر نقطه اتصال پیچیده می شود ، و یک اتصال گاز سفت ایجاد می کند که بسیار با دوام است و به راحتی قابل تغییر است.

با حرکت الکترونیک از لوله های خلا و رله ها به سیلیکون و مدارهای مجتمع ، اندازه و هزینه اجزای الکترونیکی کاهش می یابد. الکترونیک در کالاهای مصرفی شیوع بیشتری پیدا کرد و فشار برای کاهش اندازه و هزینه های تولید محصولات الکترونیکی باعث شد تولیدکنندگان به دنبال راه حل های بهتر باشند. بنابراین PCB متولد شد.

PCB مخفف صفحه مدار چاپی است. این تخته ای است که دارای خطوط و لنت هایی است که نقاط مختلف را به یکدیگر متصل می کند. PCB اجازه می دهد تا سیگنال ها و برق بین دستگاه های فیزیکی هدایت شود. لحیم کاری، فلزی است که باعث ایجاد اتصالات الکتریکی بین سطح PCB و قطعات الکترونیکی می شود. لحیم فلزی به عنوان یک چسب مکانیکی قوی نیز عمل می کند.

اینها تعاریف پایه ای از مدارهای الکترونیکی بودند. برای آموزش طراحی مدارک الکترونیکی، منابع  بسیار زیادی در اختیار افراد است. تحصیل در دانشگاه، شرکت در دوره های آموزشی آموزشگاه ها و فعالیت در بازار کار، راه هایی هستند که شما می توانید با استفاده از آن ها به این حرفه بسیار جذاب، وارد شوید.

آموزش مهندسی معکوس بردهای الکترونیکی

مهندسی معکوس PCB به عنوان کپی PCB ، شبیه سازی PCB یا تکثیر PCB نیز شناخته می شود. این یک تکنولوژی پژوهشی معکوس است که بر اساس PCB موجود، وجود دارد. مهندسی معکوس PCB ، یعنی با این فرض که قبلاً اشیا فیزیکی و تابلوهای مدار محصولات الکترونیکی وجود دارد ، از فناوری تجزیه و تحلیل معکوس برای تجزیه و تحلیل معکوس صفحه مدار و پرونده PCB محصول اصلی ، پرونده شماتیک ، و همچنین سایر اسناد تولید ، مانند PCB Gerber و صفحه ابریشم PCB، استفاده می کند.

سپس از این اسناد مهندسی و اسناد تولید برای تولید مجدد PCB ، لحیم کاری قطعات ، آزمایش پروب پرواز ، اشکال زدایی برد مدار استفاده می کنند تا نسخه کامل صفحه مدار اصلی را به عنوان نمونه کامل شود. مهندسی معکوس PCB یک فناوری تحقیق معکوس است که از مجموعه ای از تکنیک های تحقیق معکوس برای بدست آوردن طرح PCB ، شماتیک مدار و BOM برای یک طراحی الکترونیکی موجود و بالغ استفاده می کند.

توسعه یک محصول جدید که توسعه آن قبلاً دو یا سه سال طول می کشید ، اکنون از طریق فناوری مهندسی معکوس ، تکمیل آن ممکن است فقط چند ماه طول بکشد.

ما نمونه PCB شما را مهندسی معکوس خواهیم کرد و پرونده مهندسی را به موارد زیر ارسال خواهیم کرد:

• پرونده PCB Gerber
• لیست BOM
• نمودار شماتیک

تخته برهنه PCB در طی مراحل تأخیر خواهد داشت و PCB نمونه دیگر قادر به استفاده مجدد نخواهد بود.

روش دقیق، حذف کلیه اجزا و ضبط کلیه پارامترها و اجزای سازنده است. متناسب با تعداد لایه های چاپ صفحه نمایش یک به یک ، پس از حفظ داده های اصلی ، سپس گرفتن عکس یا اسکن صفحه PCB لخت ، عکس های به دست آمده یا تصاویر اسکن شده در نرم افزار بارگیری می شود ، نرم افزار متفاوت است.

الزامات قالب عکس متفاوت است ، و پرونده های عکس بسیار بسیار بزرگ خواهد بود که سرعت بارگیری در نرم افزار را تحت تأثیر قرار می دهد ، بنابراین صفحه PCB بزرگ را می توان برای کپی به چندین قطعه کوچک تقسیم کرد و سپس صاف کرد.

پس از اتمام لایه های بالایی و پایینی ، می توان لایه تمام شده روی سطح را با کاغذ سنباده، سنباده زد و لایه داخلی آن به تدریج در معرض دید قرار گرفت و لایه ای اعمال شده و لایه بیشتر جلا می یابد تا همه کار تمام شود.

بسیاری از شرکتهای حرفه ای مهندسی معکوس PCB مانند Fast PCB Studio در صنعت وجود دارند که می توانند به شما کمک کنند مهندسی معکوس و شبیه سازی برد PCB پیچیده را انجام دهید. برای برخی از تابلوهای ساده ، مهندسی معکوس آنها نیز توسط خودتان تجربه خوبی خواهد بود.

نرم افزار طراحی برد الکترونیکی

نرم افزار طراحی PCB به مهندسان الکترونیکی در طراحی صفحه های مدار چاپی کمک می کند. مهندسان از این نرم افزار برای استفاده در فرآیند طراحی ، بیرون کشیدن طرح های مولفه برد مدار استفاده شده قبلی از کتابخانه های PCB و بررسی طرح های شماتیک مدار استفاده می کنند.

نرم افزار طراحی PCB اغلب توسط شرکت های مهندسی و تیم هایی که ممکن است درگیر توسعه محصول باشند استفاده می شود. نرم افزارهای زیادی در این زمینه وجود دارد، که ما در اینجا ده نرم افزار برتر و پرطرفدارتر را معرفی می کنیم:

• Altium Desinger
• Fusion 360
• NI Multisim
• KiCad EDA
• Autodesk EAGLE
• Dip Trace
• Ultiboard
• CAM350
• ExpressPCB Plus
• Solidworks PCB

شما بعنوان یک طراح برد الکترونیک، با استفاده از این نرم افزارها می توانید به سرعت پروژه خود را آماده و تحویل دهید. آموزش نحوه کار با این نرم افزارها را می توان در دوره های آموزشی و اینترنت، به وفور پیدا کرد.

بازار کار طراحی و ساخت بردهای الکترونیکی

با پیشرفت علم و تکنولوژی، هر روز وسایل و تجهیزات الکترونیکی و مکانیکی جدیدی وارد خانه ها می شود. تمامی این وسایل که با برق کار میکنند، دارای برد الکترونیکی هستند. برد الکترونیکی در واقع قطعه سخت افزاری ست که قطعات مختلف از قبیل دیود، مقاومت، خازن و … روی آن سوار شده است.

طراحی بردهای الکترونیکی به ظرافت و دقت زیادی نیاز دارد، چرا که قطعاتی که با آن کار می کتید در ابعا بسیار کوچک هستند و با یک اتصال اشتباه امکان سوختن برد وجود دارد.

به همین خاطر یک طراح، باید حتما با مفاهیم پایه الکترونیک آشنا باشد. وسایل مختلف مانند یخچال، تلویزیون، کامپیوتر، ماشین های لباسشویی و ظرفشویی، تلفن و… هر کدام شامل برد الکترونیکی مخصوص به خود هستند، طوری که بدون آن نمی توانند کاربردی داشته باشند.

با این تفاسیر، حتما تا اینجای کار متوجه شده اید، که یک طراح برد الکترونیک، همیشه کاری برای انجام دادن دارد و می تواند درآمد ماهیانه قابل قبولی برای خود داشته باشد.

سرمایه مورد نیاز برای ورود به حرفه طراحی و ساخت بردهای الکترونیکی

برای شروع هر کسب و کاری، داشتن سرمایه اولین فاکتور است. یکی از مزایای شغل های فنی این است که در ابتدای کار شما تنها لازم است مبلغی برای گذراندن دوره آموزشی، پرداخت کنید.

بعد از دریافت نکات و تکنیک های لازم در کلاس ها، لازم است تا تعدادی از ابزارآلات مورد نیاز برای این کار، خریداری شود. وسایلی مثل تعدادی پیچ گوشتی و انبردست، هویه، سیم مسی، سیم لحیم، مته در سایزهای مختلف و… . می توان گفت، شما برای شروع فعالیت در بازار کار طراحی بردهای الکترونیکی، به مبلغی حدود 5 میلیون تومان نیاز دارید. که با توجه به خروجی که خواهید داشت، بسیار ناچیز است.

آموزش ساخت برد مدار چاپی الکترونیکی (PCB)

برد مدار چاپی pcb (printed circuit board) یا برد الکترونیکی قطعه ای مهم در الکترونیک می باشد که از یک صفحه از جنس فایبر تشکیل شده که مسیرهایی از جنس مس بر طبق نقشه بر روی آن طراحی شده و قطعات مختلف الکترونیکی بر روی آن قرار می گیرد. نحوه طراحی برد PCB به راحتی قابل درک نیست، اما نرم افزار مناسب برای طراحی PCB می تواند تا حد زیادی به شما در این کار کمک نماید.

بردهای مدار چاپی در انواع مختلفی مانند بردهای تک لایه، دو لایه و چند لایه تولید شده و به کاربردهای مختلفی می رسند. طراحی و ساخت برد مدار چاپی شاید کار سختی به نظر برسد اما با آشنایی با اصول آن و انواع مختلف روش هایی که برای تولید این بردها وجود دارد، می توان اقدام به ساخت آنها کرده و به مصارف مختلف رساند. در این مقاله به نحوه آموزش طراحی و ساخت برد مدار چاپی به صورت کامل و با استفاده از روش های مختلف پرداخته شده است.

مراحل مختلف ساخت برد مدار چاپی

برای ساخت مدارهای چاپی باید مراحل مختلفی طی گردد تا در نهایت فیبر مدار چاپی با مشخصات مورد نظر تولید گردد. فیبرهایی سوراخ داری نیز در بازار وجود دارند که بسیاری از افراد از این فیبرها برای پیاده سازی مدارهای مختلف استفاده می کنند اما استفاده از این فیبرهای سوراخ دار در مواقعی که تعداد قطعات به کار رفته رفته بر روی برد زیاد بوده و یا این که نیاز به استفاده از سی در مدار می باشد، مناسب نبوده و در این گونه مواقع توصیه می شود که از فیبرهای مدار چاپی استفاده گردد.

استفاده از این بردها سرعت و دقت کار را بالا برده و مونتاژ راحت تری داشته و اشتباهات انسانی کمتری نیز در آنها رخ می دهد. در مواقعی که نیاز به تولید مدارها با تیراژ بالا دارید بهتر است که از بردهای مدار چاپی استفاده نمایید. در ادامه به مراحل مختلف تولید این نوع از بردها اشاره شده است.

طراحی مدار؛ اولین مرحله در ساخت برد مدار چاپی

قبل از هر چیز برای ساخت برد مدار چاپی نیاز است تا در نرم افزارهای مختلفی که برای این کار وجود دارد، طرح مدار چاپی مورد نظر را رسم نمود. استفاده از این نرم افزارها برای افرادی که در این کار آموزش دیده اند بسیار راحت بوده و نیاز به صرف زمان زیادی نمی باشد. نرم افزارهای مختلفی مانند protel، proteus، allegro، altium designer، eagle و … وجود دارند که محیطی راحت داشته و با چند بار کار کردن با این نرم افزارها قادر خواهید بود تا بردهای مختلف ساده و پیچیده را در آنها طراحی نمایید.

چاپ فیبر از مراحل مهم ساخت برد مدار چاپی

پس از این که مدار مورد نظر خود را توسط هر یک از نرم افزارهای گفته شده طراحی نمودید نیاز است تا این طرح را چاپ نمایید. برای چاپ فیبر روش های مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد که می توان هر یک از این روش ها را مورد استفاده قرار داد.

بسیاری از افراد پس از این برد را طراحی نمودند طرح را به شرکت های چاپ مدار داده تا در زمانی کوتاه تعداد زیادی برد چاپ شده  را به آنها تحویل دهند. اما بسیاری از افراد نیز خودشان دست به کار شده و برای چاپ فیبر اقدام می نمایند. در ادامه به روش های مختلفی که برای چاپ فیبر وجود دارد اشاره شده است:

استفاده از فیبرهای مسی

در این روش نیاز است تا از یک فیبر خام که دارای سطح مسی می باشد استفاده نموده و با استفاده از ماژیک ضد آب طرح را بر روی آن رسم کنید. یک محلول اسید مخصوص مدارهای چاپی بسازید و فیبر را در داخل این محلول قرار دهید.

با تکان دادن محلول اسید به همراه فیبر، قسمت های اضافی مس در اسید حل شده و برد مدار چاپی آماده می گردد. البته این روش برای بردهایی که در آن ها از آی سی استفاده شده مناسب نمی باشد و برای ساخت این گونه بردها باید روش های دیگری را به کار گرفت.

ساخت برد مدار چاپی با استفاده از پرینتر و اتو

یکی از روش های ساده برای طراحی و ساخت برد مدار چاپی پرینتر و اتو می باشد. در این روش در ابتدا توسط پرینتر طرح مورد نظر را بر روی کاغذهای روغنی و گلاسه چاپ می کنیم. برای این کا باید دقت کرد که قسمت چاپ شده کاملا بر روی فیبر قرار گیرد. پس از آن برای فیکس شدن طرح بر روی فیبر توسط یک اتوی داغ کاغذ قرار گرفته بر روی فیبر را اتو می کنیم. مدت زمان اتو کردن اهمیت زیادی داشته و زمان کم اتو کشیدن باعث چاپ نشدن کامل طرح بر روی فیبر و زیاد ماندن اتو نیز باعث پخش شدن پودر رنگ ها و خراب شدن برد می گردد.

زمان حدود 10 دقیقه مدت زمان نرمالی برای چاپ می باشد که باز هم این زمان بسته به شلوغی فیبر و طرح مورد نظر متغیر خواهد بود. پس از این که کار اتوکشی به اتمام رسید نباید به هیچ عنوان کاغذ چسبیده به برد را از آن جدا نمود و برای این کار باید مدار را در آب انداخته و اجازه داد تا کاغذ به صورت خمیری شکل در آمده و ذره ذره کنده شود.

سپس با استفاده از یک پارچ نرم باقیمانده کاغذها را به آرامی و با دقت از روی برد جدا نمایید. در ادامه نیاز است تا مدار را در داخل اسید انداخته تا قسمت های اضافی آن جدا شود و برای مونتاژ قطعات مختلف آماده گردد.

ساخت فیبر مدار چاپی با استفاده از لامینت

برای ساخت فیبر مدار چاپی با استفاده از این روش نیاز است تا در ابتدا طرح را در یک نرم افزار گرافیکی رسم کرده و با استفاده از ماوس لبه آن را گرفته و طرح را بکشید و قرینه مدار چاپی را به دست آورید. پس از ساخت طرح negative از مدار، آن را به حالت jpg در فلاپی ذخیره نمایید و پرینت سیاه و سفید آن را بر روی یک کاغذ شفاف کالک بگیرید. پس از آن نیاز است تا فیبر مسی خام را شسته و در مکانی تاریک لامینت را از پوشش خود خارج نمایید ( لامینت یک ماده ژلاتینی است مه در میان دو طلق شفاف قرار گرفته و به نور حساس می باشد).

در نهایت باید لامینت را بر روی فیبر مسی قرار داده و برای این کار توجه زیادی نمود تا حباب هوا بر روی آن تشکیل نگردد و پس از آن کاغذ کالک پرینت گرفته را بر روی لامینت قرار دهید. یک قطعه شیشه را بر روی کاغذ کالک قرار داده تا کاغذ بر روی فیبر تان نخورد و آن را در مدت زمان 3 الی 6 دقیقه زیر نور آفتاب قرار داده تا خشک شود.

همانطور که گفته شد لامینت دارای دو طلق می باشد که در مرحله اول لایه اول را کنده و لامینت را بر روی فیبر قرار می دهیم. اما پس از برداشتن فیبر از جلوی نور خورشید، نیاز است تا طلق دوم را نیز جدا نموده و مقداری پودر سفید رنگی که مخصوص ظاهر کردن لامینت می باشد در آب سرد حل کرده و فیبر را به داخل آن بیندازید.

در این مرحله نیاز است تا فیبر به با دقت شسته شده و ماده سفید رنگ به طور کامل از روی آن پاک گردد. پس از آن نیاز به اسید کاری فیبر می باشد که این کار دقت زیادی را می طلبد و در نهایت با شستن فیبر، مدار چاپی آماده می گردد.

ساخت برد مدار چاپی با استفاده از قلم های مکانیکی و لیزری

در روش قلم زنی مکانیکی از دستگاه های مخصوصی استفاده می شود که قلم زنی مسیرهای مختلف برد مدار چاپی را انجام می دهد. می توان با اجاره این قلم ها به راحتی به این کار پرداخت و با کیفیت بالا این بردها را تولید کرد.

همچنین قلم های لیزری نیز وجود دارند که معمولا از آنها در کارخانه هایی که به تولید انبوه مدار چاپی می پردازند استفاده می شود. اما این روش نیز روشی پرسرعت و دقیق بوده که می توان برای ساخت بردهای مدار چاپی مورد استفاده قرار داد.

سوراخ کاری و نصب قطعات مرحله نهایی ساخت فیبر مدار چاپی

پس از این که فیبر مدار چاپی توسط یکی از روش های گفته شده تهیه شد، نیاز است تا آن را سوراخ کاری نمود. برای سوراخ کاری نیز باید از دریل و مته با اندازه های مختلف استفاده کرد. سپس در ادامه با توجه به استفاده ای که قرار است از مدار گردد باید قطعات مختلف الکترونیکی از جمله مقاومت، خازن، آی سی، دیود، ترانزیستور و … بر روی آن قرار گیرد. برای مونتاژ این قطعات از هویه و لحیم کاری استفاده می شود و قطعات مختلف بر طبق طرح و نقشه طراحی شده بر روی برد مدار چاپی سوار می گردند.