برد مدار چاپی استاندارد

معنای برد مدار چاپی استاندارد

بردهای مدار چاپی استاندارد عموماً به صفحه‌های مدار چاپی اشاره دارند که بر اساس مشخصات استاندارد صنعتی و با استفاده از فرآیندهای بالغ و بسترهای متداول تولید شده‌اند. این مفهوم در مقابل برد مدار چاپی تخصصی قرار دارد. ویژگی‌های اصلی آن شامل انعطاف‌پذیری بالا، فرآیندهای استاندارد و هزینه‌های قابل کنترل است. این محصولات عمدتاً نیازهای اتصال مداری پایه در سناریوهای رایجی مانند الکترونیک مصرفی و کنترل صنعتی را برآورده می‌کنند.

استانداردسازی بستر

در بیشتر موارد از برد شیشه‌ای اپوکسی FR-4 (که بیش از ۹۰٪ از کل برد مدار چاپی استاندارد را تشکیل می‌دهد) استفاده می‌شود، در حالی که در تعداد محدودی از کاربردها از برد کاغذی فنولیک (FR-1/FR-2) استفاده می‌گردد. عملکرد بستر مطابق با الزامات عمومی است.

استانداردهای IPC (انجمن ارتباطات صنایع الکترونیک بین‌المللی)، UL و سایر استانداردها. به عنوان مثال، FR-4 دارای دمای انتقال شیشه‌ای (Tg) در حدود 130 تا 150 درجه سانتی‌گراد، هدایت حرارتی 0.3 تا 0.5 وات بر متر‌کلوین و

ثابت دی‌الکتریک (Dk) در محدوده 4.2 تا 4.7@1GHz است. این ماده دارای عملکرد پایدار و هزینه پایین می‌باشد.

استانداردسازی فرآیند

پیروی از فرآیندهای جهانی پذیرفته‌شده در تولید برد مدار چاپی (آماده‌سازی مواد → سوراخ‌کاری → آب‌نشانی مس → الکتروپلیتینگ → نوردهی → خراش → عایق‌بندی → پرداخت سطح → قالب‌گیری → تست)، پارامترهای فرآیند و

نیازمندی‌های دقت که همگی در صنعت استاندارد شده‌اند:

· عرض/فاصله خط استاندارد: ≥0.1 میلی‌متر (4mil);

· قطر حداقلی سوراخ: ≥0.3 میلی‌متر;

· پرداخت سطح: ترجیح می‌دهد که از فرآیندهای استاندارد شده مانند HASL (لایه‌گذاری سریع آهن)، ENIG (طلا تزریقی مهندسی) و روکش نیکل-طلا استفاده شود؛

· تعداد لایه‌ها: عمدتاً برد تک‌طرفه/دوطرفه، برد چندلایه (4 تا 8 لایه) نیز در محدوده استاندارد قرار دارد (بردهای بیش از 12 لایه عمدتاً در دسته برد بالا قرار می‌گیرند).

تعمیم سناریوهای کاربردی

با مدارهای متداول بدون نیاز به عملکرد خاص سازگار است، مانند:

· الکترونیک مصرفی: مادربردهای تلویزیون، برد مدارهای روتر، برد کنترل لوازم خانگی کوچک؛

· کنترل صنعتی: ماژول‌های PLC معمولی، برد کنترل رله ولتاژ پایین؛

· تجهیزات اداری: مادربردهای چاپگر، بوردهای کنترل کپی؛

· الکترونیک خودرو: مدارهای چاپی سیستم سرگرمی داخل خودرو.

تفاوت اصلی بین مدارهای چاپی استاندارد و مدارهای چاپی خاص

مشخصات کلیدی صنعت برای برد مدار چاپی استاندارد

· استانداردهای بین‌المللی: IPC-2221: استاندارد طراحی عمومی برای برد مدار چاپی صلب؛

· IPC-6012: مشخصات کیفیت و عملکرد برای برد مدار چاپی صلب؛

· UL 94: استاندارد مقاوم در برابر آتش (بردهای مدار چاپی استاندارد باید رتبه‌بندی V-0 را داشته باشند).

· استانداردهای ابعاد: ابعاد متداول برد 1.2m×1m، 1.2m×1.5m و غیره هستند، با ضخامت‌های اصلی 0.8mm، 1.0mm و 1.6mm (رایج‌ترین نوع)، که نیازهای نصب بیشتر تجهیزات را برآورده می‌کنند.

· استانداردهای آزمون: بردهای مدار چاپی قبل از ترک کارخانه باید آزمون‌های اتصال الکتریکی (آزمون فلایینگ پروب/آزمون نت‌لیست)، آزمون مقاومت عایقی و آزمون قابلیت لحیم‌کاری را پشت سر بگذارند تا عملکرد الکتریکی پایه مطابق استاندارد تضمین شود.

انواع رایج

طبقه‌بندی بر اساس تعداد لایه‌ها:

· برد تک‌طرفه: فقط یک طرف آن دارای مدار است، کمترین هزینه را دارد و برای مدارهای ساده مناسب است؛

· برد مدار چاپی دوطرفه: هر دو طرف دارای مدار هستند و از طریق سوراخ‌های متصل (vias) به هم پیوند خورده‌اند؛ این نوع رایج‌ترین نوع برد مدار چاپی استاندارد محسوب می‌شود.

· برد مدار چاپی چندلایه (4 تا 8 لایه): شامل مدارهای لایه داخلی است و برای مدارهای پیچیده مناسب است، اما همچنان در دسته استاندارد قرار دارد.

· طبقه‌بندی بر اساس ساختار: همه آن‌ها برد مدار چاپی صلب هستند (بردهای انعطاف‌پذیر PCBهای ویژه محسوب می‌شوند)، با شکل ثابت و غیرقابل خم شدن.

بردهای مدار چاپی استاندارد (عمدتاً مبتنی بر زیرلایه FR-4) به دلیل ویژگی‌های کلیدی خود شامل استانداردسازی، کاربرد گسترده و هزینه بسیار مقرون‌به‌صرفه، به پرکاربردترین نوع برد مدار در دستگاه‌های الکترونیکی تبدیل شده‌اند. مزایای مشخص آن‌ها به شرح زیر است:

مزیت نهایی از نظر هزینه

· هزینه پایین زیرلایه: صفحه فیبرگلاس اپوکسی FR-4 در حال حاضر برد مدار چاپی با بزرگترین مقیاس تولید انبوه است. قیمت مواد اولیه آن تنها 1/10 تا 1/50 زیرلایه‌های ویژه مانند سرامیک و روگرز است و

عرضه پایدار است؛

· هزینه فرآیند پایین: این فرآیند به‌طور کامل از فرآیند تولید استاندارد شده استفاده می‌کند و نیازی به تجهیزات خاص یا فرآیندهای سفارشی ندارد و بازده تولید انبوه آن به 98٪ یا بیشتر می‌رسد که این امر هزینه واحد را بیشتر کاهش می‌دهد؛

· هزینه خرید پایین: عرضه در بازار کافی است و زنجیره‌های صنعتی بالادستی و پایین‌دستی بلوغ یافته‌اند (ورق، پردازش، آزمون).

حتی برای خریدهای دسته‌ای کوچک و متوسط نیز می‌توان قیمت واحد پایینی به دست آورد که آن را مناسب محصولات حساس به هزینه مانند الکترونیک مصرفی و لوازم خانگی کوچک می‌سازد.

سیستم استانداردسازی بلوغ یافته

· استانداردسازی طراحی: با پیروی از استانداردهای جهانی شناخته‌شده مانند IPC-2221 و UL، طراحان می‌توانند مستقیماً از کتابخانه‌های طراحی آماده استفاده کنند و نیازی به تأیید مجدد ندارند؛

· استانداردسازی فرآیند: از حفاری و الکتروپلیتینگ تا سولدر مسکینگ و قالب‌گیری، تمام فرآیندها استانداردهای صنعتی مشخصی دارند و برد مدار چاپی استاندارد تولید شده توسط تولیدکنندگان مختلف از سازگاری بسیار بالایی برخوردار است، بنابراین هنگام تغییر تأمین‌کننده نیازی به تنظیم مجدد طراحی نیست؛

نیازی به تنظیم مجدد طراحی هنگام تغییر تأمین‌کننده نیست؛

· استانداردسازی آزمون: فرآیندهای تأیید مانند آزمون اتصال الکتریکی، آزمون عایق‌بندی و آزمون قابلیت لحیم‌کاری یکسان هستند و کیفیت محصول قابل کمّی‌سازی و ردیابی است که خطرات کیفی را کاهش می‌دهد.

گستره وسیعی از کاربردهای متنوع و سازگاری

· سازگاری با سناریوها:

** بیش از ۹۰ درصد دستگاه‌های الکترونیکی معمولی را پوشش می‌دهد، از جمله الکترونیک مصرفی (تلویزیون‌ها، روترها)، کنترل صنعتی (PLCهای معمولی)، تجهیزات دفتری (چاپگرها) و الکترونیک خودرو (سیستم‌های سرگرمی داخل خودرو)،

که نیاز به سفارشی‌سازی برای سناریوهای خاص را مرتفع می‌کند. **سازگاری قطعات:**

** تمامی قطعات با بسته‌بندی متداول ( mount سطحی، through-hole ) را پشتیبانی می‌کند و با فرآیندهای اصلی لحیم‌کاری مانند THT و SMT سازگار است و انعطاف‌پذیری طراحی بالایی ارائه می‌دهد.

· پوشش لایه:

** از برد تک‌طرفه تا برد 8 لایه، همه در دسته برد PCB استاندارد قرار می‌گیرند و نیازهای مدارهای ساده (مانند برد کنترل اسباب‌بازی) تا مدارهای پیچیده (مانند مادربرد کامپیوتر) را برآورده می‌کنند.

عملکرد پایه پایدار

· عملکرد الکتریکی قابل اعتماد: ثابت دی‌الکتریک پایدار (4.2~4.7@1GHz)، استحکام عایقی نیازهای مدارهای ولتاژ پایین/ولتاژ بالای متداول را برآورده می‌کند (آزمون تحمل ولتاژ AC 2000V) و انتقال سیگنال

در شرایط کم‌فرکانس (<2GHz) ناچیز است؛

· مطابقت با استانداردهای عملکرد مکانیکی: سختی بالا و تغییر شکل ناچیز، برد FR-4 به ضخامت 1.6mm می‌تواند تنش‌های نصب متداول (مانند بستن پیچ و وصل‌کردن و جداکردن کانکتور) را تحمل کند و نیازهای

تکیه‌گاه ساختاری تجهیزات را برآورده سازد;

· سازگاری با محیط زیست: عملکرد طولانی‌مدت در دمای معمولی (-20℃ تا 85℃) و محیط خشک کاهش نمی‌یابد و برای شرایط استفاده اغلب تجهیزات الکترونیکی داخلی مناسب است.

تأمین آسان زنجیره تأمین و تحویل

· چرخه تولید کوتاه: فرآیندهای استاندارد، نیاز به توسعه سفارشی را حذف می‌کنند و چرخه تحویل سفارش‌های کوچک تا متوسط تنها در 3 تا 5 روز انجام می‌شود که بسیار سریع‌تر از برد مدار چاپی تخصصی (معمولاً 10 تا 15 روز) است.

· انتخاب گسترده از تأمین‌کنندگان: ده‌ها هزار تولیدکننده استاندارد برد مدار چاپی در سراسر جهان، از کارخانه‌های بزرگ تا کارگاه‌های کوچک، فضای قابل مذاکره زیادی برای خریداران فراهم می‌کنند.

· خدمات پس از فروش و نگهداری آسان: بردهای مدار چاپی استاندارد، هزینه کمی برای تشخیص خرابی و تعویض دارند و امکان شناسایی سریع مدارها و جایگزینی قطعات را برای پرسنل نگهداری فراهم می‌کنند و بدین ترتیب زمان توقف تجهیزات را کاهش می‌دهند.

هزینه‌های تعمیر و نگهداری.

طراحی و تولید با موانع پایین

آستانه طراحی پایین: مهندسان نیازی به تسلط بر ویژگی‌های سوبسترهای خاص (مانند فرآیند سینتر کردن سرامیک یا طراحی فرکانس بالا در راجرز) ندارند؛ دانش عادی مهندسی الکترونیک برای انجام طراحی کافی است.

آستانه تولید پایین: کارخانه‌های کوچک و متوسط نیز می‌توانند با استفاده از تجهیزات استاندارد (دستگاه‌های سوراخکاری، دستگاه‌های نوردهی، خطوط آتش) به تولید انبوه دست یابند بدون اینکه نیاز به سرمایه‌گذاری سنگین در تجهیزات داشته باشند و هزینه‌ها را بیشتر کاهش دهند.

بیشتر کاهش دهند.