روش ها و فرایند طراحی برد مدار چاپی

طراحی برد مدار چاپی (PCB) مدارهای الکترونیکی شما را به شکل فیزیکی زنده می کند. با استفاده از نرم‌افزار طرح‌بندی، فرآیند طراحی PCB، قرار دادن اجزا و مسیریابی را برای تعریف اتصال الکتریکی روی برد مدار تولیدی ترکیب می‌کند. در این مطلب به بررسی کامل و دقیق روش ها و فرایند طراحی برد مدار چاپی خواهیم پرداخت.

بررسی عوامل تاثیر گذار بر قیمت و هزینه های طراحی برد مدار چاپی

هیچ المانی ثابتی برای تعیین قیمت طراحی برد مدار چاپی وجود ندارد، زیرا هر مشتری با توجه به نیازی که از فرایند طراحی برد و کارایی نهایی که از آن می خواهد دارد، بنا بر این تنها پس از کارشناسی و در برخی موارد پس از انجام خدمات طراحی امکان اعلام قیمت تمام شده توسط شرکت وجود دارد. به طور کلی اعلام قیمت با بررسی میزان وقتی که از مهندس طراح گرفته شده است اعلام می شود.

مراحل طراحی برد

در ادامه مطلب به بررسی مراحل طراحی برد مدار چاپی خواهیم پرداخت. برای کسب اطلاعات کامل در رابطه با قیمت خدمات مونتاژ برد الکترونیکی روی لینک کلیک کنید.

قرار دادن اجزا

فرآیند طراحی PCB توسط مهندسین مجرب با تبدیل یک نمودار شماتیک به یک طرح مدار فیزیکی آغاز می شود. سپس وقت آن است که مهارت های حل مسئله خود را با قرار دادن اجزا در یک فضای کاملاً محدود آزمایش و بررسی کنید.

مسیریابی PCB

فرآیند مسیریابی PCB هم یک هنر و هم یک علم است. با استفاده از سیم های فیزیکی، اتصال الکتریکی بین اجزا را در یک طرح PCB تعریف می کنید. هیچ دو برد مدار مشابهی ندارند، مسیریابی چیزی است که طراحی شما را منحصر به فرد می کند.

ادغام ECAD-MCAD

تقریباً هر طرح PCB در یک محصول مکانیکی وجود دارد. استفاده از Fusion 360 بومی ECAD & MCAD این کار را برای مهندسین الکترونیک و مکانیک آسان می‌کند تا به طور همزمان روی یک طرح کار کنند تا از تناسب، فرم و عملکرد محصول اطمینان حاصل کنند.

عوامل موثر بر کیفیت طراحی PCB

• قرارگیری مؤلفه‌هاقرارگیری درست مؤلفه‌ها برای طراحی PCB کارایی و اثربخشی آن بسیار حائز اهمیت است. تمام مؤلفه‌ها باید به صورت منطقی قرار گرفته و به حداقل رساندن طول تراشه‌ها و اجتناب از هرگونه متقاطع شدن بین آنها توجه شود. همچنین گروه‌بندی مؤلفه‌ها بر اساس عملکرد آنها می‌تواند در این فرآیند به کمک شما باشد.
• مسیریابی تراشه‌هامسیریابی تراشه‌ها در PCB می‌تواند بر عملکرد آن تأثیر قابل توجهی داشته باشد. تراشه‌های کوتاه و پهن‌تر، مقاومت و ظرفیت پارازیتیک کمتری خواهند داشت که منجر به بهبود سلامت سیگنال خواهد شد. همچنین مسیریابی مناسب تراشه‌ها مطمئن می‌شود که سیگنال‌ها هنگام عبور از برد، خراب یا تحریف نمی‌شوند.
• ارائه برق PCB باید به گونه‌ای طراحی شود که برق را به تمامی مؤلفه‌ها به صورت کارا و قابل اعتماد ارائه دهد. صفحات برق و زمین برای فراهم کردن مسیر بازده پایینی برای جریان، کاهش کاهش ولتاژ و نویز به کار می‌روند. همچنین، باید کپاسیتورهای جداسازی در نزدیکی پین‌های برق قرار داده شوند تا فیلترینگ محلی فراهم شود.
• سلامت سیگنالسلامت سیگنال در طراحی PCB، به ویژه در مورد سیگنال‌های با سرعت بالا، بسیار حیاتی است. باید به طول و مسیردهی صحیح تراک‌ها توجه ویژه‌ای داشته باشید تا از انعکاس، اشتراک نویز و کاهش سیگنال جلوگیری شود. همچنین استفاده از زمین‌های صحیح و تراک‌های محافظ می‌تواند به حداقل رساندن تداخل الکترومغناطیسی کمک کند.
• مدیریت حرارتیکامپوننت‌های روی PCB گرما تولید می‌کنند و مدیریت حرارتی صحیح برای جلوگیری از گرم شدن زیاد و خرابی کامپوننت‌ها ضروری است. استفاده از حرارت‌گیرها، ویاهای حرارتی و تهویه هوای مناسب برای پخش حرارت به درستی باید در نظر گرفته شود.
• طراحی قابل تولید در طراحی PCB باید با توجه به فرآیند تولید، طراحی شود. باید به گروه‌بندی قطعات و قرارگیری مناسب آن‌ها توجه شود تا فرآیند جمع‌آوری و آزمایش آسان شود. کافی است فاصله کافی بین قطعات فراهم شود تا کوتاه شدن اتصالات جلوگیری شود و مطمئن شوید قابلیت جوش‌دادن آن‌ها نیز به درستی فراهم شده است.
• PCB stack-up در طراحی PCB، PCB stack-up یک نکته حیاتی است. تعداد لایه‌ها، ضخامت مس و فاصله بین لایه‌ها همگی در عملکرد PCB نقش دارند.

برای طراحی یک برد الکترونیکی، معمولاً لیستی از قطعات الکترونیکی مورد نیاز است که برای ساختار برد و عملکرد آن لازم هستند. در ادامه، لیستی از قطعات الکترونیکی رایج در طراحی بردهای الکترونیکی را برای شما می‌آوریم:

• میکروکنترلر یا میکروپروسسور
• حافظه فلش (Flash Memory)
• حافظه SRAM و DRAM
• ماژول‌های بلوتوث و وای‌فای
• ماژول‌های GPS و ماهواره‌ای
• ماژول‌های GSM و GPRS
• ماژول‌های RFID
• ماژول‌های سنسور (مانند سنسورهای دما، رطوبت، فشار، شتاب‌سنج و …)
• ماژول‌های ال‌سی‌دی و نمایشگرهای OLED
• ماژول‌های دوربین
• قطعات الکترونیکی مانند مقاومت، خازن، ترانزیستور و دیود

طراحی برد الکترونیکی، یک فرایند پیچیده و چالش برانگیز است که برای ساخت انواع دستگاه‌های الکترونیکی از جمله تلفن همراه، لپ تاپ، تلویزیون، دستگاه‌های پزشکی و … استفاده می‌شود. در این مقاله به بررسی مراحل طراحی برد الکترونیکی، قطعات مورد استفاده، نحوه یافتن ارور‌های طراحی و روش‌های بهینه‌سازی برد می‌پردازیم.

1. شناسایی نیازها : ابتدا نیازهای مدار الکترونیکی مشخص می‌شوند. این نیازها شامل ویژگی‌هایی مانند تعداد پین‌های ورودی/خروجی، اندازه و شکل برد، انتخاب میکروکنترلر یا پردازنده، قدرت پردازش، حافظه و نحوه ارتباط با قطعات دیگر است.
2. طراحی شماتیک : در این مرحله، شماتیک مدار الکترونیکی طراحی می‌شود. این شماتیک یک نمایش نموداری از قطعات الکترونیکی و اتصالات بین آن‌ها است.
3. طراحی برد : طراحی برد الکترونیکی، بر اساس شماتیک مرحله قبل، انجام می‌شود. در این مرحله، نحوه قرارگیری قطعات و اتصالات بر روی برد تعیین می‌شود. همچنین در این مرحله، اندازه و شکل برد، سوراخ‌های مورد نیاز برای اتصال قطعات و قطعات نصب شده روی برد، مشخص می‌شوند.
4. ترسیم پیست : در این مرحله، مسیرهای پیست‌های طراحی شده، روی برد ترسیم می‌شوند. این مرحله شامل ترسیم مسیرهای پیست، تعیین ارتفاع پیست‌ها و تعیین ضخامت برد است.
5. نشانه گذاری : در این مرحله، برای تعیین نوع قطعات و نحوه نصب آن‌ها بر روی برد، نشانه‌گذاری انجام می‌شود. این شامل نوع و سایز قطعات، جهت قرارگیری آن‌ها و تعداد پایه‌های آن‌ها است.
6. تأیید طراحی : در این مرحله، طراحی برد الکترونیکی تأیید می‌شود. این شامل بررسی اتصالات، اندازه‌ها، نشانه‌گذاری و تمامی جزئیات طراحی است.در این مرحله، طراحی برد الکترونیکی تأیید می‌شود. این شامل بررسی اتصالات، اندازه‌ها، نشانه‌گذاری و تمامی جزئیات طراحی است.
7. ساخت برد : در این مرحله، برد الکترونیکی ساخته می‌شود. ابتدا فایل‌های طراحی ارسال می‌شوند و سپس برد تولید می‌شود. سپس، قطعات الکترونیکی نصب شده و پایه‌های آن‌ها با پیست‌های بر روی برد اتصال داده می‌شوند.

قطعات الکترونیکی، اجزایی هستند که برای ساخت بردهای الکترونیکی استفاده می‌شوند. برخی از قطعات مورد استفاده در طراحی برد الکترونیکی عبارتند از :

۱. میکروکنترلر Microcontroller

این قطعه یک کامپیوتر کوچک است که برای کنترل دستگاه‌های الکترونیکی مانند ربات‌ها، دستگاه‌های خانگی و… استفاده می‌شود. میکروکنترلر معمولاً شامل حافظه، واحد پردازشگر، درگاه‌های ارتباطی، پرت‌های ورودی و خروجی و سایر قطعات دیجیتال است.

2. ماژول بلوتوث

ماژول بلوتوث برای برقراری ارتباط بین دستگاه‌های الکترونیکی با یکدیگر استفاده می‌شود. این ماژول معمولاً شامل یک رادیو و یک میکروکنترلر است که به دستگاه می‌تواند اجازه ارسال و دریافت داده‌های بی‌سیم را بدهد.

3. ماژول وای‌فای

ماژول وای‌فای برای اتصال دستگاه‌های الکترونیکی به اینترنت و شبکه‌های بی‌سیم استفاده می‌شود. این ماژول معمولاً شامل یک رادیو و یک میکروکنترلر است که به دستگاه می‌تواند اجازه ارسال و دریافت داده‌های بی‌سیم را بدهد.

4. قطعات فیزیکی

در طراحی بردهای الکترونیکی، قطعات فیزیکی نیز برای ایجاد اتصال بین قطعات و همچنین حفاظت از برد مورد استفاده قرار می‌گیرند. برخی از قطعات فیزیکی شامل پایه‌ها، پایه‌های جداشدنی، سوکت‌ها، کانکتورها، دکمه‌ها، سوزن‌های هدر و…

برای طراحی برد الکترونیکی، می‌توانید از نرم‌افزارهای طراحی بردهای الکترونیکی مانند Altium Designer، Eagle PCB و KiCAD استفاده کنید. در این نرم‌افزارها می‌توانید قطعات مختلف را به‌راحتی در برد خود قرار دهید و پس از طراحی، فایل‌های گرافیکی بردهای الکترونیکی را برای تولید پرینت‌کاردهای الکترونیکی و مونتاژ برد در کارخانه‌ تولید برد الکترونیکی ارسال کنید.

در نهایت، برای طراحی بردهای الکترونیکی بهتر است از مهارت‌های فنی، آشنایی با فرآیند تولید الکترونیکی و تجربه کافی در این زمینه برخوردار باشید.

برگرفته شده از مطلب طراحی برد مدار چاپی (PCB) شرکت مهندسی ایران کامپو