انواع بردهای الکترونیکی و کاربردهای آن‌ها در صنایع مختلف

در عصر حاضر، بردهای الکترونیکی در قلب تمام تجهیزات دیجیتال و الکترونیکی قرار دارند و نقشی حیاتی در عملکرد صحیح دستگاه‌ها ایفا می‌کنند. از تلفن‌های همراه گرفته تا رایانه‌ها و تجهیزات پزشکی، همه‌و‌همه متکی بر انواع بردهای الکترونیکی هستند تا فرایند پردازش و انتقال داده‌ها را تسهیل کنند. اهمیت بردهای الکترونیکی تنها به تولید وسایل الکترونیکی خانگی محدود نمی‌شود؛ بلکه در صنایع نظامی، خودروسازی، مخابرات، پزشکی و بسیاری حوزه‌های دیگر نیز بردهای پیشرفته و تخصصی به کار می‌روند. به همین دلیل، آشنایی با انواع بردهای الکترونیکی و کاربردهای آن‌ها در صنایع مختلف، برای مهندسان، طراحان، مدیران پروژه و حتی سرمایه‌گذاران حوزه صنعت الکترونیک ضروری است.

در این مقاله قصد داریم به‌صورت جامع به بررسی انواع بردهای الکترونیکی بپردازیم و کاربردهای گوناگون آن‌ها در صنایع مختلف را تحلیل کنیم. همچنین در ادامه با بررسی نکات کلیدی در طراحی و تولید بردهای الکترونیکی، به شما کمک خواهیم کرد تا در انتخاب بهترین گزینه و بهینه‌سازی فرایند تولید و تعمیر تجهیزات خود موفق عمل کنید.

برد الکترونیکی چیست

برد الکترونیکی یا همان مدار چاپی (PCB)، بستری است که قطعات الکترونیکی بر روی آن نصب شده و از طریق مسیریابی مسی یا رسانا با یکدیگر در ارتباط قرار می‌گیرند. در گذشته، بردها بیشتر از طریق سیم‌کشی‌های دست‌ساز ساخته می‌شدند، اما امروزه به لطف تکنولوژی مدرن چاپ و لایه‌نشانی، بردهای مدار چاپی با دقت و کارایی بسیار بالاتری تولید می‌شوند. بردهای الکترونیکی عموماً از جنس فایبرگلاس و رزین اپوکسی ساخته شده‌اند که درون آن‌ها لایه‌های نازکی از مس قرار گرفته است.

نکته مهم: PCB مخفف Printed Circuit Board است که در زبان تخصصی الکترونیک استفاده می‌شود. این اصطلاح نشانگر نوعی بورد مدار است که لایه‌های مسی روی آن چاپ و الگوگذاری می‌شوند و سپس قطعات مختلف مانند آی‌سی‌ها، مقاومت‌ها و خازن‌ها بر روی آن نصب می‌گردند.

انواع بردهای الکترونیکی

طراحی و ساخت بردهای الکترونیکی، بسته به نیاز و کاربرد نهایی، در انواع متعددی صورت می‌گیرد. در ادامه به بررسی مهم‌ترین انواع بردهای الکترونیکی می‌پردازیم و مثال‌هایی از کاربرد هرکدام ارائه می‌کنیم.

1. بردهای تک‌لایه (Single-Layer PCBs)

ساختار: ساده‌ترین نوع برد مدار چاپی محسوب می‌شوند که فقط یک لایه مس در یک طرف برد دارند.

کاربرد: این بردها معمولاً در محصولات کم‌هزینه و کم‌تراکم نظیر ریموت کنترل‌های ساده، اسباب‌بازی‌های الکترونیکی، محصولات روشنایی LED و لوازم خانگی ابتدایی به‌کار می‌روند.

مزایا:

• هزینه تولید پایین
• فرایند ساخت ساده

معایب:

• محدودیت در چینش قطعات
• مناسب نبودن برای مدارهای پیچیده

2. بردهای دولایه (Double-Layer PCBs)

ساختار: شامل دو لایه مسی در بالا و پایین برد هستند و از طریق سوراخ‌کاری و پوشش فلزی، این دو لایه به هم متصل می‌شوند.

کاربرد: در تجهیزاتی که به تراکم قطعات متوسط نیاز دارند، مانند آمپلی‌فایرهای صوتی خانگی، سیستم‌های کنترل صنعتی سبک، و قطعات الکترونیکی خودروهای معمولی استفاده می‌شوند.

مزایا:

• امکان جای‌گذاری قطعات بیشتر نسبت به بردهای تک‌لایه
• توزیع جریان الکتریکی بهتر

معایب:

• هزینه تولید بالاتر از بردهای تک‌لایه
• لزوم طراحی دقیق‌تر برای عبور سیگنال

3. بردهای چندلایه (Multi-Layer PCBs)

ساختار: متشکل از چندین لایه مسی و عایق، که روی هم پرس شده‌اند و از طریق لایه‌های داخلی و سوراخ‌های متالیزه به هم متصل می‌شوند. تعداد لایه‌ها می‌تواند از 4 تا 20 لایه (و در موارد خاص، حتی بیشتر) متغیر باشد.

کاربرد: بردهای چندلایه در دستگاه‌های پیچیده و پیشرفته نظیر گوشی‌های هوشمند، لپ‌تاپ‌ها، سرورها، تجهیزات پزشکی حساس، سامانه‌های مخابراتی و صنایع هوافضا به کار گرفته می‌شوند.

مزایا:

• قابلیت تراکم بالای قطعات و مسیرهای ارتباطی
• کاهش نویز الکترومغناطیسی به واسطه لایه‌های زمین و تغذیه جداگانه
• پایداری بیشتر سیگنال‌ها و عملکرد بهتر در فرکانس‌های بالا

معایب:

• هزینه بالای طراحی و تولید
• نیاز به تخصص و تجهیزات پیچیده برای مونتاژ

4. بردهای انعطاف‌پذیر (Flexible PCBs)

ساختار: از مواد انعطاف‌پذیری چون پلی‌آمید ساخته می‌شوند و امکان خم‌شدن و تغییر شکل دارند.

کاربرد: در صنایع رباتیک، تجهیزات پزشکی کوچک، دستگاه‌های پوشیدنی مانند ساعت‌های هوشمند و همچنین اتصالات میان بخش‌های مختلف یک دستگاه (جایی‌که نیاز به انعطاف فیزیکی وجود دارد) استفاده می‌شوند.

مزایا:

• کاهش حجم و وزن دستگاه
• انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر لرزش و ضربه

معایب:

• هزینه تولید نسبتاً بالا
• نیازمند مونتاژ و طراحی تخصصی‌تر

5. بردهای سخت-انعطاف (Rigid-Flex PCBs)

ساختار: ترکیبی از بردهای سخت و انعطاف‌پذیر بوده و از چندین لایه سخت و انعطاف‌پذیر تشکیل شده‌اند که روی هم پرس می‌شوند.

کاربرد: در صنایعی که نیاز به بردهای مقاوم و در عین حال انعطاف‌پذیر دارند، مانند سیستم‌های الکترونیکی هواپیما، تجهیزات نظامی و ابزارهای پزشکی قابل کاشت (ایمپلنت) به کار می‌روند.

مزایا:

• امکان طراحی فشرده با بخش‌های سخت و انعطاف‌پذیر
• مقاومت بالا در شرایط محیطی دشوار

معایب:

• هزینه تولید و طراحی بالا
• نیاز به زمان و تخصص بیشتر در مراحل مهندسی

6. بردهای فرکانس بالا (High-Frequency PCBs)

ساختار: از مواد خاصی نظیر Teflon یا مواد سرامیکی که خواص الکتریکی بهتری در فرکانس‌های بالا دارند، ساخته می‌شوند.

کاربرد: در صنایع مخابرات (مانند آنتن‌های 5G)، رادارهای نظامی و سامانه‌های ماهواره‌ای، این نوع بردها با توجه به عملکرد باکیفیت در فرکانس‌های بالا بسیار رایج هستند.

مزایا:

• حفظ کیفیت سیگنال در فرکانس‌های بالا
• کاهش تلفات الکترومغناطیسی

معایب:

• بسیار گران‌تر از بردهای معمولی
• دشواری در تولید و نیاز به استانداردهای خاص

کاربرد بردهای الکترونیکی در صنایع مختلف

بردهای الکترونیکی در طیف گسترده‌ای از صنایع و حوزه‌ها کاربرد دارند. در این بخش، به برخی از مهم‌ترین کاربردهای آن‌ها در صنایع مختلف اشاره می‌کنیم.

1. صنایع خودروسازی

در خودروهای امروزی، از سیستم تزریق سوخت الکترونیکی گرفته تا واحد کنترل موتور (ECU) و سامانه ناوبری GPS، همگی بر پایه بردهای الکترونیکی فعالیت می‌کنند. حتی خودروهای هیبریدی و برقی با استفاده از بردهای چندلایه و قدرتمند، امکان مدیریت انرژی و ارتباط بین بخش‌های مختلف خودرو را فراهم می‌سازند.

2. صنایع مخابرات و ارتباطات

مرکز‌های مخابراتی و شبکه‌های ارتباطی، متکی بر تجهیزات الکترونیکی پیشرفته با بردهای چندلایه و فرکانس بالا هستند. تجهیزات 4G و 5G برای انتقال سریع و پایدار داده‌ها نیازمند بردهای بهینه‌شده در زمینه کاهش نویز و حفظ کیفیت سیگنال هستند.

3. صنایع پزشکی

دستگاه‌های تصویربرداری پزشکی (مانند ام‌آر‌آی و سی‌تی‌اسکن)، مانیتورهای علائم حیاتی، پمپ‌های انسولین و دیگر تجهیزات حساس پزشکی، همه دارای بردهای الکترونیکی پیشرفته‌ای هستند که باید با استانداردهای دقیق ایمنی و پایداری مطابقت داشته باشند. در این حوزه، بردهای باکیفیت و چندلایه به همراه طراحی‌های مقاوم در برابر نویز الکترومغناطیسی، اهمیت حیاتی دارند.

4. صنایع هوافضا و نظامی

از تجهیزات ماهواره‌ای و کاوشگرهای فضایی گرفته تا سامانه‌های راداری و موشکی نظامی، تمامی آن‌ها به بردهای خاصی نیاز دارند که علاوه بر مقاومت در برابر لرزش و ضربه، در محیط‌های با شرایط سخت (دمای بسیار بالا یا پایین، تشعشعات رادیواکتیو، تغییرات فشار هوا) نیز کارایی خود را از دست ندهند. بردهای سخت-انعطاف، چندلایه و بردهای فرکانس بالا در این صنایع کاربرد گسترده‌ای دارند.

5. صنایع رباتیک و اتوماسیون صنعتی

ربات‌ها و سامانه‌های اتوماسیون صنعتی به مجموعه‌ای از حسگرها، واحدهای پردازشی و عملگرها نیاز دارند که به‌صورت پیوسته با هم در ارتباط باشند. بردهای الکترونیکی در این زمینه، قلب سیستم‌های کنترل و داده‌برداری محسوب می‌شوند. کیفیت و دقت طراحی بردهای رباتیک، تأثیر مستقیمی بر سطح دقت و عملکرد ربات‌ها دارد.

6. صنایع الکترونیکی مصرفی

تلویزیون‌های هوشمند، گوشی‌های موبایل، لپ‌تاپ‌ها، اسپیکرهای هوشمند، کنسول‌های بازی و بسیاری از محصولات الکترونیکی خانگی، همگی به بردهای چندلایه و طراحی‌های فشرده متکی هستند. در این حوزه، کوچک‌سازی و بهینه‌سازی مصرف انرژی از مهم‌ترین اولویت‌های طراحی برد به شمار می‌رود.

عوامل کلیدی در طراحی و تولید بردهای الکترونیکی

برای این‌که یک برد الکترونیکی قابل‌اطمینان و با عملکرد مناسب تولید شود، لازم است عوامل مختلفی در نظر گرفته شوند. در ادامه به برخی از مهم‌ترین این عوامل اشاره می‌کنیم:

1. انتخاب مواد

• زیرلایه: جنس فایبرگلاس (FR-4)، پلی‌آمید، سرامیک یا تفلون بسته به نوع کاربری انتخاب می‌شود.
• لایه‌های مس: ضخامت لایه مس با توجه به شدت جریان الکتریکی و نیازهای حرارتی تعیین می‌شود.
• فاکتورهای حرارتی: برخی بردها نیازمند مقاومت بالا در برابر حرارت هستند؛ در این صورت انتخاب ماده مناسب حیاتی است.

2. طراحی شماتیک و چیدمان قطعات 

• طراحی الکتریکی: شماتیک مدار باید دقیق باشد تا اهداف پروژه را برآورده کند و تداخل سیگنال‌ها به حداقل برسد.
• نرم‌افزار طراحی: امروزه نرم‌افزارهایی چون Altium Designer، Eagle و KiCad در بازار رایج هستند که کمک می‌کنند طراحی برد به شکل حرفه‌ای انجام شود.
• چیدمان قطعات: باید به نحوی باشد که جریان هوا برای خنک‌سازی قطعات برقرار باشد و حداقل تداخل الکترومغناطیسی ایجاد شود.

3. تکنولوژی مونتاژ

• مونتاژ سوراخ‌کاری: قطعات پایه‌دار در سوراخ‌های برد قرار می‌گیرند و لحیم‌کاری از طرف دیگر برد انجام می‌شود.
• مونتاژ سطحی: قطعات الکترونیکی کوچک‌تر و سبک‌تر بدون نیاز به سوراخ‌کاری روی سطح برد لحیم می‌شوند. این روش سرعت تولید بالاتری دارد و در مدارهای فشرده امروزی بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• فرایند لحیم‌کاری: عمدتاً از تکنیک‌های لحیم‌کاری موجی یا رِفلو (Reflow) برای مونتاژ قطعات استفاده می‌شود.

4. کنترل کیفیت و تست

• بازرسی چشمی خودکار: با کمک دوربین‌های پیشرفته و الگوریتم‌های تصویرپردازی، محل قطعات و کیفیت لحیم‌کاری بررسی می‌شود.
• تست در مدار: از طریق پین‌های مخصوص، عملکرد قطعات روی برد بررسی و اندازه‌گیری می‌شود.
• تست عملکردی: برد نهایی در شرایط کاری واقعی تست می‌شود تا کارایی واقعی آن سنجیده شود.

5. ملاحظات زیست‌محیطی

• RoHS Compliance: محدودیت در استفاده از سرب، جیوه و سایر مواد مضر در محصولات الکترونیکی.
• WEEE Regulations: الزام به بازیافت و بازپس‌گیری بردهای الکترونیکی.
• انرژی مصرفی: طراحی برد با رویکرد صرفه‌جویی انرژی، به‌ویژه در دستگاه‌های قابل‌حمل و تجهیزات پرکاربرد.

نکات کلیدی در انتخاب و خرید بردهای الکترونیکی

1. هدف کاربرد: ابتدا مشخص کنید برد الکترونیکی قرار است در چه محیط و با چه اهدافی کار کند؛ برد یک دوربین دیجیتال با برد یک ربات صنعتی تفاوت‌های زیادی دارد.
2. نوع PCB: بر اساس میزان تراکم قطعات، سطح فرکانس کاری و ابعاد کلی دستگاه، نوع مناسب (تک‌لایه، دولایه، چندلایه، انعطاف‌پذیر یا سخت-انعطاف) را برگزینید.
3. مواد و ضخامت لایه مس: به نیازهای حرارتی و جریان الکتریکی مدار توجه کنید. اگر جریان بالایی در مدار جاری است، از لایه مس ضخیم‌تر استفاده کنید.
4. پشتیبانی و خدمات پس از فروش: در صورت خرید بردهای آماده یا خدمات مونتاژ، از پشتیبانی فنی مناسب و خدمات پس از فروش اطمینان حاصل کنید.
5. گواهی‌نامه‌های استاندارد: برای کاربردهای حساس، بردهایی با گواهی‌نامه‌های بین‌المللی (نظیر UL برای ایمنی آتش‌سوزی یا ISO برای مدیریت کیفی) انتخاب کنید.

خدمات و راهکارهای راویدان تک

راویدان تک به‌عنوان یکی از تأمین‌کنندگان و طراحان پیشرو در حوزه بردهای الکترونیکی در ایران، خدمات متعددی را برای شرکت‌ها و مهندسان الکترونیک ارائه می‌دهد. برخی از این خدمات عبارت‌اند از:

1. طراحی شماتیک و PCB: با در اختیار داشتن تیمی متخصص و باتجربه، خدمات طراحی بردهای چندلایه، انعطاف‌پذیر و بردهای خاص نظیر فرکانس بالا را ارائه می‌دهد.
2. تولید و مونتاژ: امکان تولید نمونه‌های اولیه (Prototype) تا تولید انبوه با تجهیزات پیشرفته مونتاژ سطحی (SMT) و سوراخ‌کاری (THT) در این شرکت فراهم است.
3. تأمین قطعات الکترونیکی: دسترسی به شبکه گسترده‌ای از تأمین‌کنندگان بین‌المللی برای تهیه قطعات اصلی و باکیفیت.
4. مشاوره فنی و بهینه‌سازی: با توجه به نیاز پروژه و بودجه مشتری، راهکارهای فنی متعددی برای بهینه‌سازی طراحی و کاهش هزینه تولید ارائه می‌شود.
5. خدمات پس از فروش و پشتیبانی: تیم پشتیبانی فنی راویدان تک همراه مشتریان است تا در تمام مراحل طراحی، تولید و حتی تعمیر، آن‌ها را راهنمایی کند.

نتیجه‌گیری

بردهای الکترونیکی نقش کلیدی در پیشرفت فناوری و توسعه صنایع ایفا می‌کنند. شناخت انواع بردهای الکترونیکی و درک کاربردهای آن‌ها در صنایع مختلف، به مهندسان و مدیران پروژه کمک می‌کند تا با انتخاب درست مواد، ساختار و تکنولوژی تولید، بهینه‌ترین محصول را تولید کنند یا از تجهیزات باکیفیت بهره‌مند شوند. علاوه بر این، در فضایی که رقابت صنعتی به‌شدت بالا رفته است، تمایز در سطح طراحی و کیفیت برد الکترونیکی می‌تواند مزیت رقابتی چشم‌گیری ایجاد کند.

در این میان، شرکت‌هایی مانند راویدان تک با ارائه راهکارهای جامع طراحی، تأمین و تولید بردهای الکترونیکی، راه را برای ورود سازمان‌ها و کسب‌وکارهای مختلف به دنیای تکنولوژی‌های روز هموار می‌کنند. امید است که با مطالعه این مقاله، دید جامع‌تری نسبت به بردهای الکترونیکی و کاربردهای آن‌ها در صنایع مختلف کسب کرده باشید و بتوانید در پروژه‌های آینده خود، تصمیمات هوشمندانه‌تری اتخاذ کنید.

سؤالات متداول

چه تفاوتی میان بردهای تک‌لایه و چندلایه وجود دارد؟

بردهای تک‌لایه تنها یک لایه مسی دارند و برای کاربردهای ساده و کم‌تراکم مناسب هستند. اما بردهای چندلایه شامل چندین لایه مسی و عایق هستند و می‌توانند تراکم قطعات و خطوط سیگنال بالاتری را پشتیبانی کنند؛ به همین دلیل در محصولات پیچیده و با کارایی بالا به‌کار می‌روند.

بردهای انعطاف‌پذیر در چه مواردی کاربرد دارند؟

• بردهای انعطاف‌پذیر به دلیل قابلیت خم‌شدن و تطبیق با اشکال نامنظم، در تجهیزات پوشیدنی، صنایع رباتیک، ماژول‌های ارتباطی و بخش‌هایی از دستگاه که نیاز به اتصال با انعطاف بالا دارند، استفاده می‌شوند.

چرا باید به ملاحظات حرارتی در طراحی برد الکترونیکی توجه کنیم؟

• حرارت مازاد می‌تواند عمر قطعات را کاهش دهد و عملکرد برد را مختل کند. با طراحی مناسب و استفاده از مواد و لایه‌های مسی با ضخامت کافی، می‌توان حرارت تولیدشده را کنترل و از آسیب به قطعات جلوگیری کرد.

برای تولید برد الکترونیکی از چه نرم‌افزارهایی می‌توان استفاده کرد؟

• نرم‌افزارهایی مانند Altium Designer، Eagle، KiCad و OrCAD از معروف‌ترین گزینه‌ها برای طراحی شماتیک و PCB هستند. انتخاب نرم‌افزار مناسب بسته به نیاز پروژه و سطح تجربه طراح تفاوت دارد.

چگونه می‌توان از کیفیت یک برد الکترونیکی اطمینان حاصل کرد؟

• از فرایندهای کنترل کیفیت و تست نظیر AOI، ICT و تست عملکردی استفاده می‌شود. همچنین دریافت گواهی‌نامه‌های استاندارد (مانند UL) و همکاری با شرکت‌های معتبر تولیدکننده، از دیگر راه‌های اطمینان از کیفیت برد است.