انواع روش‌های ساخت مدار چاپی

انواع روش های ساخت مدار چاپی وجود دارد که در صنایع مختلف کاربرد دارد. برد مدار چاپی (Printed Circuit Board یا PCB) یک پلتفرم فیزیکی است که برای اتصال قطعات الکترونیکی درون یک سیستم الکترونیکی استفاده می‌شود. این برد به صورت یک تخته فلزی یا پلاستیکی طراحی و ساخته می‌شود که بر روی آن دستگاه‌های الکترونیکی قرار می‌گیرند و با استفاده از اتصالات سیم‌های مسی بر روی سطح برد، ارتباط بین قطعات مختلف برقرار می‌شود.

استفاده از بردهای مدار چاپی به دلیل جمع‌وجوری، انعطاف‌پذیری، قابلیت تولید انبوه و عمر طولانی آنها در صنعت الکترونیک بسیار رایج است. بردهای مدار چاپی در انواع مختلفی مانند بردهای دو لایه، چند لایه و مروروت قطبه‌ای (double-sided، multilayer و rigid-flex) موجود هستند. همچنین، طراحی و ساخت بردهای مدار چاپی به وسیله نرم‌افزارهای CAD و فرآیندهای تخصصی انجام می‌شود.

در این مقاله قصد داریم تا به معرفی انواع روش های ساخت مدار چاپی بپردازیم. در ادامه این نوشتار همراه ما باشید.

انواع روش‌های ساخت مدار چاپی

روش‌های مختلفی برای ساخت مدارهای چاپی وجود دارند. برخی از اصلی‌ترین روش‌های ساخت مدار چاپی عبارتند از:

1.    فرایند حکاکی (Etching)

در این روش، الگوهای مداری روی یک برگه ترسیم شده و سپس روی یک تخته مدارچاپی انتقال می‌یابد. سپس با استفاده از مواد شیمیایی از قالب مسایل مداری پاک می‌شوند و الگوهای مداری نهایی بر روی تخته شکل می‌گیرند.

2.    روش نفوذ ماسک (Photolithography)

در این روش، یک لایه نازک از مواد حساس به نور (رزین فتوسنتیزر) روی تخته مدارچاپی قرار می‌گیرد. سپس با استفاده از نور مرکزی و وضوح بالا، الگوهای مداری وارد رزین می‌شود. در انتها، بعد از پاکسازی رزین اضافی، یک لایه مس بر روی الگوهای مداری تشکیل می‌شود.

3.    روش نشانگر نقشه (Screen Printing)

در این روش، الگوهای مداری روی صفحه نقشه ایجاد می‌شوند که دارای مناطق پوشش دهنده و ناپوشش دهنده است. سپس با استفاده از یک ابزار چاپ پرسی، جوهر موصل را به صورت قالب داده شده بر روی تخته مدارچاپی منتقل می‌کند.

4.    روش نفوذ بخار (Vapor Deposition)

در این روش، لایه‌های نازکی از مواد مختلف (مانند مس، طلا یا سایر فلزات) به صورت بخار به روی تخته مدارچاپی رسانده می‌شود. سپس با استفاده از فرایند‌های شیمیایی از بخار به صورت جامد می‌شوند و روی تخته مدارچاپی تثبیت می‌شوند.

روش پرینترهای سه‌بعدی (3 D Printing)

این روش از طریق تکنولوژی پرینت سه‌بعدی استفاده می‌کند که یک لایه به لایه مدارهای چاپی را ساخت می‌کند. با استفاده از مواد مربوطه، الگوهای مداری روی تخته مدارچاپی ایجاد می‌شوند.

همچنین، روش‌های دیگری نیز وجود دارند که به تکنولوژی‌های خاصی نیاز دارند. هر روشی مزایا و محدودیت‌های خود را دارد و بسته به نوع مدار و نیازهای مورد نظر، روش مناسبی انتخاب می‌شود. در ادامه با معرفی این روش‌ها همراه ما باشید.

1. ساخت مدار چاپی به روش لتراست

به روش لتراست (Laser Direct Imaging)، الگوهای مداری مستقیماً بر روی تخته مدارچاپی با استفاده از یک لیزر خطی نوری (Laser) ایجاد می‌شوند. این روش دقیق و سریع است و برای ساخت بردهای با چگالی بالا و قطعات کوچک مناسب است. الگوهای مداری مستقیماً از فایل‌های طراحی (Gerber files) خوانده شده و با استفاده از لیزر روی تخته مدارچاپی اعمال می‌شوند.

مراحل ساخت مدار چاپی به روش لتراست عبارتند از:

1.    طراحی مدار

مدار مورد نظر را در نرم‌افزار طراحی مدار (مانند Altium Designer، Eagle، KiCad و غیره) طراحی کنید و فایل‌های طراحی (Gerber files) را تولید کنید.

2.    پیش‌‌ساخت تخته مدارچاپی

یک تخته مدارچاپی (که در اینجا از جنس FR-4 معمولی استفاده می‌شود) را در اختیار داشته باشید و سطح آن را تمیز کنید.

3.    پوشش مخازن اسیدی

برای حفاظت از مناطق غیرمداری تخته مدارچاپی، مخازن اسیدی را با استفاده از حلال‌های مناسب بر روی تخته قرار دهید.

4.    اعمال طبقه‌بندی سطحی

یک لایه طبقه‌بندی سطحی (Soldermask) را به تخته مدارچاپی اعمال کنید. این لایه می‌تواند در برخی مناطق غیرمداری را پوشش دهد و از تماس بین لحیم و مناطق غیرمداری جلوگیری کند.

5.    نفوذ لیزری

با استفاده از دستگاه لتراست (LDI Machine)، فایل‌های طراحی (Gerber files) را خوانده و الگوهای مداری را با لیزر مستقیماً بر روی تخته مدارچاپی اعمال کنید. این الگوها می‌توانند به صورت لایه‌های مس یا مواد حاکم (Resist) باشند.

6.    پوشش مخازن لحیم

در نهایت، لایه‌ای از لحیم (Solder) را بر روی تخته مدارچاپی اعمال کنید. این لایه به عنوان یک پوشش مخازن لحیم عمل می‌کند و از تماس مستقیم لحیم با مسایل غیرمداری جلوگیری می‌کند.

در نهایت، پس از ساخت برد مدارچاپی به روش لتراست، برد را برای تعبیه قطعات الکترونیکی، لحیم کردن و تست آماده کنید.

2. ساخت مدار چاپی با ماژیک ضد اسید

ساخت برد مدارچاپی با استفاده از ماژیک ضد اسید یک روش سنتی و معمول برای ساخت بردهای مدارچاپی است. در این روش، از یک تخته مدارچاپی خام (FR-4) استفاده می‌شود که روی آن الگوهای مداری با استفاده از ماژیک ضد اسید (Acid etch resist pen) ایجاد می‌شود. سپس با فرآیند حک کردن اسیدی (Acid etching)، قسمت‌های غیرمداری تخته حذف می‌شوند و الگوهای مداری برجسته می‌شوند.

در زیر مراحل ساخت برد مدارچاپی با ماژیک ضد اسید را بیان می‌کنیم:

1.    طراحی مدار

مدار مورد نظر را در نرم‌افزار طراحی مدار (مانند Altium Designer، Eagle، KiCad و غیره) طراحی کنید و فایل‌های طراحی (Gerber files) را تولید کنید.

2.    پیش‌تهیه تخته مدارچاپی

تخته مدارچاپی (FR-4) را به ابعاد مورد نیاز برش داده و سطح آن را تمیز کنید. سپس با استفاده از پاک‌کن الکل یا مواد پاک‌کننده دیگر، سطح تخته را از هرگونه روغن، چربی و ذرات آلودگی تمیز کنید.

3.    پوشش مخازن اسیدی

با استفاده از ماژیک ضد اسید (Acid etch resist pen)، مخازن اسیدی را بر روی تخته مدارچاپی به دقت رسم کنید. در این مرحله، الگوهای مداری را بر روی سطح تخته ایجاد می‌کنید. ماژیک ضد اسید باید بر روی سطح تخته ثابت شده و مناسب برای حک کردن اسیدی باشد.

4.    حک کردن اسیدی

یک حوضچه یا شیشه اسیدی (مثلاً اسید کلرید آهن) را آماده کنید. سپس تخته مدارچاپی را با مخازن اسیدی درون حوضچه قرار داده و مدتی در اسید قرار دهید. اسید غیرمداری روی تخته حک می‌کند و قسمت‌های مداری به صورت برجسته باقی می‌مانند.

5.    پاک کردن ماژیک

پس از اتمام فرآیند حک کردن، با استفاده از مواد پاک‌کننده مناسب، ماژیک ضد اسید را از روی تخته مدارچاپی پاک کنید. این کار باعث خواهد شد تا الگوهای مداری کاملاً آشکار شوند.

6.    تمیز کردن تخته

تخته مدارچاپی را مجدداً تمیز کنید تا از هر گونه روغن، چربی و ذرات آلودگی خالص شود.

7.    لحیم کردن و تعبیه قطعات

حالا برای تعبیه قطعات الکترونیکی روی برد، لحیم کاری را انجام دهید. مطابق با طراحی مدار، قطعات را به مکان مربوطه روی تخته مدارچاپی لحیم کنید.

8.    تست و عیب‌یابی

پس از تعبیه قطعات، برد را برای تست و عیب‌یابی آماده کنید. مطابق با نیازهای مدار، تست‌های مختلف را بر روی برد اجرا کرده و عیب‌ها را یافت و رفع کنید.

به عنوان یک نکته، توجه داشته باشید که روش ساخت بردهای مدارچاپی با ماژیک ضد اسید، پیچیده‌تر و زمان‌برتر از روش‌های دیگر مانند لتراست است. استفاده از این روش در بردهای با پیچیدگی و چگالی بالا ممکن است منجر به دقت و کیفیت پایین‌تر شود. بنابراین، در انتخاب روش مناسب ساخت برد مدارچاپی، به نیازهای خود و محدودیت‌های فنی توجه کنید.

3. ساخت مدار چاپی با استفاده از چاپ لیزری و اتو

ساخت برد مدارچاپی با استفاده از چاپ لیزری و اتو یک روش دیگر برای ساخت بردهای مدارچاپی است که به جای استفاده از ماژیک ضد اسید، از چاپ لیزری و اتو استفاده می‌کند. این روش دقت بالا و قابلیت انجام تراشکاری ریز را فراهم می‌کند. در زیر مراحل ساخت برد مدارچاپی با استفاده از چاپ لیزری و اتو را شرح می‌دهیم:

1.    طراحی مدار

مدار مورد نظر را در نرم‌افزار طراحی مدار (مانند Altium Designer، Eagle، KiCad و غیره) طراحی کنید و فایل‌های طراحی (Gerber files) را تولید کنید.

2.    پیش‌تهیه تخته مدارچاپی

تخته مدارچاپی (FR-4) را به ابعاد مورد نیاز برش داده و سطح آن را تمیز کنید. سپس با استفاده از پاک‌کن آلکل یا مواد پاک‌کننده دیگر، سطح تخته را از هرگونه روغن، چربی و ذرات آلودگی تمیز کنید.

3.    چاپ لیزری

فایل‌های طراحی که قبلاً ساخته اید، را به چاپگر لیزری منتقل کنید. سپس با استفاده از چاپگر لیزری، عناصر مدار را روی سطح تخته مدارچاپی به دقت چاپ کنید. در این مرحله، عناصر مداری به صورت برجسته به روی تخته چاپ خواهند شد.

4.    تراشکاری ریز

با استفاده از اتو و قلم تراشکاری ریز، عناصر مداری را از روی تخته مدارچاپی حذف کنید. این کار باعث می‌شود عناصر مداری به صورت روکش روی تخته باقی بمانند.

5.    پاک کردن تخته

پس از انجام تراشکاری ریز، تخته مدارچاپی را با مواد پاک‌کننده مناسب تمیز کنید تا از هر گونه ذرات پاک شود.

6.    لحیم کردن و تعبیه قطعات

حالا برای تعبیه قطعات الکترونیکی روی برد، لحیم کاری را انجام دهید. مطابق با طراحی مدار، قطعات را به مکان مربوطه روی تخته مدارچاپی لحیم کنید.

7.    تست و عیب‌یابی

پس از تعبیه قطعات، برد را برای تست و عیب‌یابی آماده کنید. مطابق با نیازهای مدار، تست‌های مختلف را بر روی برد اجرا کرده و عیب‌ها را یافت و رفع کنید.

روش چاپ لیزری و اتو معمولاً عملکرد بهتری نسبت به روش ماژیک ضد اسید دارد، زیرا دقت بالاتری در چاپ عناصر مداری و تراشکاری ریز را ارائه می‌دهد. علاوه بر این، با استفاده از چاپ لیزری و اتو، بردهای با قطعات و عناصر مداری پیچیده‌تر و چگال‌تر را می‌توان ساخت.

4. ساخت مدار چاپی با اسپری پوریتیو

اسپری پوریتیو یک ماده شیمیایی است که برای تمیز کردن و پوشش دادن بردهای مدارچاپی استفاده می‌شود.

5. ساخت مدار چاپی با چاپ لیزری و دستگاه لمینیتور

ساخت مدار چاپی با استفاده از چاپ لیزری و دستگاه لمینیتور به شرح زیر است:

1.    طراحی مدار

ابتدا، مدار مورد نظر خود را در نرم‌افزار طراحی PCB (مدار چاپی) مانند Altium Designer یا Eagle طراحی کنید. در این مرحله، قطعات، اتصالات و مسیرهای مدار را به دقت ایجاد کنید و فایل PCB را آماده کنید.

2.    چاپ لیزری

فایل PCB را روی ورقه مسی یا چندلایه (با توجه به پیچیدگی مدار) چاپ کنید. برای این کار، نیاز به یک پرینتر لیزری با قابلیت چاپ بر روی ورقه‌های مسی دارید. فایل PCB را بر روی ورقه مسی چاپ کنید و در نهایت، فیلم حاصل را بر روی مخزن چاپ مدار PCB قرار دهید.

3.    ایجاد شابلون

مخزن چاپ مدار PCB را به همراه فیلم روی دستگاه لمینیتور قرار دهید. دستگاه لمینیتور متشکل از دو قسمت (بخش بالا و بخش پایین) است که هر دو قسمت را بر روی مخزن چاپ قرار داده و با تمرکز بالا و فشار متوسط، ورقه را بین دو قسمت لمینیتور قرار دهید تا شابلون شکل بگیرد.

4.    لمینیت و حرارت دادن

ورقه مسی را با شابلون بین دو قسمت دستگاه لمینیتور قرار دهید و لاستیک سیلیکونی را به طور یکنواخت در بین دو قسمت قرار دهید. سپس دستگاه را روشن کرده و با استفاده از حرارت، شابلون را روی ورقه فشرده کنید تا لایه حساس درون شابلون ورقه را تحت تأثیر قرار دهد و الگوها و روکش‌ها بر روی ورقه ایجاد شوند.

5.    حذف شابلون و تثبیت مسیرها

بعد از حرارت دادن و تاثیرگذاشتن شابلون، ورقه را از دستگاه لمینیتور خارج کرده و شابلون را از روی ورقه جدا کنید. در این مرحله، روکش‌ها و الگوهای ایجاد شده بر روی ورقه مسی باقی خواهند ماند و مسیرهای مدار را تشکیل می‌دهند.

در نهایت، مدارهای چاپی را می‌توانید با استفاده از مواد شیمیایی مخصوص به روش (etching) تمیز و تثبیت کنید تا به شکل نهایی برسد. در این روش از ساخت مدار چاپی با چاپ لیزری و دستگاه لمینیتور، محلول‌های شیمیایی مخصوص برای حذف مس اضافه و تثبیت مسیرها استفاده می‌شود.

6. روش ساخت مدار چاپی با لمینیت و یووی

برای ساخت مدارهای چاپی با استفاده از لمینیت و فناوری UV، می‌توانید مراحل زیر را دنبال کنید:

1.    طراحی مدار

ابتدا مدار مورد نظر را در نرم‌افزار طراحی مدار چاپی مثل Altium Designer یا Eagle طراحی کنید. در این مرحله، شماتیک مدار و طراحی PCB انجام می‌شود.

2.    دروازه‌ها و پیست‌ها

با توجه به مدار طراحی شده توسط نرم‌افزار، دروازه‌ها و پیست‌های مورد نیاز را تعیین کنید. این پیست‌ها برای توصیه کردن ارتباط بین قطعات مدار و نقاط سرسره به کار می‌روند.

3.    طراحی لایه‌ها

شما نیاز خواهید داشت به طراحی لایه‌های مسی موردنیاز برای PCB خود. لایه‌های مسی بر روی یک نقشه یا ضربه اعمال می‌شوند.

4.    لمینیت

با استفاده از یک فیلم لمینیت و منبع نور UV، لایه محافظ فوقیه را بر روی PCB قرار دهید و با دقت و فشار صحیح فشار دهید. این کار به هم‌چسبانی و ثابت ماندن لایه‌ها کمک می‌کند.

5.    مرحله UV

PCB را تحت تأثیر نور UV قرار دهید. این نور را با استفاده از یک ماشین UV خاص ایجاد کنید. پس از اتمام این مرحله، لایه محافظ به PCB چسبیده و باقیمانده‌ای از رو سطح PCB حذف می‌شود.

6.    حفر

یک دستگاه حفر CNC را برای حفر سوراخ‌های موجود در PCB به کار ببرید. این حفره‌ها به عنوان محل نصب قطعات الکترونیکی و دروازه‌ها عمل می‌کنند.

7.    نصب قطعات

شروع به نصب قطعات بر روی PCB کنید. این شامل القای قطعات و جوشکاری میان آن‌هاست.

8.    آزمایش

پس از نصب قطعات، مدار را بررسی کرده و آزمایش کنید. مطمئن شوید که مدار به طور صحیح کار می‌کند.

لطفاً توجه داشته باشید که روش ساخت مدار چاپی با لمینیت و یووی ممکن است به تجهیزات و ماشین‌آلات خاصی نیاز داشته باشد که نیاز به تخصص و تجربه دارد. همچنین، در هر مرحله از فرآیند، ایمنی و دقت لازم را رعایت کنید.

7. ساخت مدار چاپی به روش CNC

برای ساخت مدار چاپی با استفاده از CNC (کامپیوتر نیمه هدایت کنترل شده)، می توانید این مراحل را دنبال کنید:

1.    طراحی مدار

ابتدا نیاز دارید تا مدار خود را در ویرایشگر PCB (مدار چاپی) مانند Eagle یا Altium Designer طراحی کنید. در این مرحله، قطعات، اتصالات و مسیرهای مدار را مشخص کرده و فایل PCB را ذخیره کنید.

2.    انتقال فایل

حالا باید فایل PCB را به فرمتی قابل قبول برای CNC تبدیل کنید، مانند فایل Gerber. گاهی اوقات نرم افزارهای PCB طراحی، قابلیت تبدیل خودکار به فرمت های مختلف را دارند.

3.    انتخاب مواد

مواد لازم برای ساخت مدار چاپی را تهیه کنید. این مواد شامل میزهای PCB، شیمیایی‌های مسطح‌سازی، واکنش‌دهنده‌ها و جوهرچاپی است.

4.    تنظیمات CNC

حالا نوبت به تنظیمات دستگاه CNC می‌رسد. شما باید اندازه PCB و سایر جزئیات مربوط به ماشین CNC را در نرم افزار کنترل CNC تنظیم کنید، تا دستگاه بتواند مدار را به درستی بر روی PCB حکاکی کند.

5.    حکاکی مدار

پس از انجام تنظیمات دستگاه CNC، نوبت به حکاکی بر روی برد PCB می‌رسد. PCB را روی میزهای CNC قرار داده و فرمان حکاکی را به دستگاه CNC داده و کار را آغاز کنید. CNC با استفاده از ابزار حکاکی خود، مسیرهای مدار را روی سطح PCB ایجاد خواهد کرد.

6.    همیشه احتیاط کنید

کمی صبر کنید تا حکاکی تمام شود و پس از آن PCB را از دستگاه CNC بردارید. رعایت ایمنی و استفاده از وسایل حفاظتی مناسب، همیشه مهم است.

7.    پردازش پس از حکاکی

با پایان حکاکی، PCB نیاز به پردازش‌های بعدی دارد. این شامل مسطح‌سازی، حفره‌کاری، قرار دادن قطعات و جوشکاری است.

8.    تست و عیب یابی

حتما قبل از استفاده از مدار چاپی، آن را تست و عیب یابی کنید تا مطمئن شوید که همه چیز به درستی کار می‌کند.

مواردی که ذکر کردیم، مراحل کلی برای ساخت مدار چاپی با CNC هستند و بسته به نوع دستگاه CNC و نرم‌افزار مورد استفاده، تکنیک‌ها و تنظیمات دقیق‌تری نیز وجود دارند که برای ساخت برد مدار چاپی استفاده می‌شوند.

سخن پایانی

در این مقاله با انواع روش های ساخت مدار چاپی و مراحل مربوط به هر یک از آن‌ها آشنا شدیم. در صورت نیاز به سفارش برد مدار چاپی، فرم مندرج در سایت بیس الکترونیک را تکمیل کنید تا کارشناسان ما در بخش پشتیبانی سفارش شما را بررسی کرده و به آن ریدگی نمایند.