به گزارش «خبرنامه دانشجویان ایران»؛ در دنیای بردهای الکترونیکی، انتخاب تعداد لایه‌های PCB یکی از مهم‌ترین تصمیماتی است که تأثیر مستقیمی بر عملکرد، هزینه و کیفیت بورد خواهد داشت. از بردهای تک لایه ساده تا PCB‌های چندلایه پیشرفته، هر کدام به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردی که دارند، به‌نوعی موجب بهبود کیفیت و کارایی محصولات الکترونیکی می‌شوند. PCBهای چندلایه به دلیل افزایش چگالی مدار، بهبود سیگنال‌ها و مدیریت بهتر حرارت؛ در بسیاری از حوزه‌ها از تجهیزات مخابراتی گرفته تا دستگاه‌های پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما چگونه می‌توان تعداد لایه‌های یک PCB را تشخیص داد؟! در این مطلب به بررسی اصول اولیه و روش‌های تشخیص تعداد لایه‌های PCB، خواهیم پرداخت.

PCB چندلایه چیست؟

PCB چندلایه بردی است که از چندلایه رسانای مسی تشکیل شده است. این لایه‌ها توسط لایه‌های عایق از یکدیگر جدا می‌شوند. این لایه‌ها در فرایند لمینیت به هم متصل شده و یک ساختار یکپارچه را تشکیل می‌دهند. PCBهای چندلایه در مقایسه با PCBهای تک‌لایه و دولایه، مزایای متعددی دارند که برخی از آن‌ها عبارت‌اند از:

• افزایش چگالی مدار: به دلیل امکان استفاده از چندلایه به‌طور هم‌زمان می‌توان مدارهای پیچیده‌ را در یک فضای محدود طراحی کرد.
• افزایش کیفیت سیگنال: لایه‌های داخلی به‌عنوان صفحات زمین یا منبع تغذیه عمل می‌کنند که همین باعث کاهش نویز الکترومغناطیسی (EMI) و افزایش کیفیت سیگنال می‌شود.
• مدیریت بهتر حرارت: در بوردهای چندلایه گرما بهتر توزیع می‌شود. این موضوع به طور خاص در توان‌های بالا اهمیت دارد.

اهمیت تشخیص تعداد لایه‌های PCB در بهبود عملکرد تجهیزات

باتوجه‌به پیچیدگی‌های طراحی مدارهای چاپی و نیاز به انتقال سیگنال‌های با فرکانس بالا، انتخاب ساختار مناسب PCB بسیار ضروری است. انتخاب گزینه مناسب از میان‌بردهای تک‌لایه، دولایه یا چندلایه؛ نه‌تنها تأثیر مستقیمی بر امپدانس و کاهش تداخل الکترومغناطیسی دارد که باعث کاهش هزینه‌ها و زمان تولید نیز می‌شود.

عوامل مؤثر در تعیین تعداد لایه‌های PCB

برای تشخیص تعداد لایه‌های یک PCB و انتخاب مناسب‌ترین گزینه برای طراحی، باید به چند عامل مهم توجه کنید:

• پیچیدگی مدار: مدارهای ساده معمولاً با ۲ یا ۴ لایه قابل‌اجرا هستند، اما مدارهای پیشرفته مانند بردهای FPGA و پردازنده‌های پرسرعت نیاز به ۶ لایه یا بیشتر دارند.
• ابعاد برد: در بردهای کوچک، برای حفظ تراکم مدار و جلوگیری از تداخل، اغلب از تعداد لایه‌های بیشتری استفاده می‌شود.
• یکپارچگی سیگنال: در مدارهای با فرکانس بالا یا سرعت زیاد، برای جلوگیری از تداخل و کاهش EMI، باید حتماً لایه‌هایی به زمین و منبع تغذیه اختصاص داده شود.
• توزیع توان منبع تغذیه: در بردهای توان بالا، وجود لایه‌های مجزا برای توزیع یکنواخت توان تغذیه بسیار ضروری است.
• محدودیت‌های هزینه و تولید: افزایش تعداد لایه‌ها هزینه تولید را افزایش می‌دهد؛ بنابراین، باید توازن مناسبی بین عملکرد و هزینه ایجاد کرد.

روش‌های تشخیص تعداد لایه‌های PCB

راه‌های مختلفی برای تشخیص تعداد لایه‌های یک PCB وجود دارد که در ادامه به معرفی آن‌ها خواهیم پرداخت:

1. بررسی بصری و فیزیکی

یکی از ساده‌ترین روش‌ها برای تشخیص تعداد لایه‌های یک PCB، بررسی آن از نظر ظاهری و فیزیکی است.

بررسی لبه‌های برد: با مشاهده‌ی لبه‌ی PCB، می‌توان لایه‌های رسانا و عایق را به‌صورت مجزا دید. هر لایه‌ مسی معمولاً بین لایه‌های دی‌الکتریک قرار گرفته است.

تست نور: در این روش، PCB را در برابر نور قوی قرار می‌دهیم. اگر تعداد لایه‌ها کم باشد، می‌توان مسیرهای داخلی را تشخیص داد. البته، این روش برای PCBهای با تعداد لایه‌های زیاد کارایی چندانی ندارد.

بررسی رنگ برد: در PCBهای چندلایه، ترکیب مواد مختلف مانند مس و دی‌الکتریک، باعث تفاوت در رنگ و بافت سطحی برد می‌شود که می‌تواند سرنخی برای شناسایی تعداد لایه‌ها باشد.

استفاده از میکروسکوپ: بررسی سطح مقطع PCB با میکروسکوپ یکی از دقیق‌ترین روش‌ها برای تعیین تعداد لایه‌ها است. در این روش، مقطع کوچکی از برد بریده شده و ساختار لایه‌بندی آن با دقت بررسی می‌شود.

۲. تحلیل ساختاری و توزیع لایه‌ها

در طراحی PCB، لایه‌های مختلف ازجمله لایه‌های سیگنال، زمین (GND) و تغذیه (Power) ترتیب مشخصی دارند تا عملکرد بهینه‌سازی و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) کاهش یابد. برای مثال یک PCB چهارلایه معمولاً دولایه سیگنال و دولایه داخلی برای زمین و تغذیه دارد که ساختار به این صورت خواهد بود: Signal/GND/Power/Signal

۳. تعیین تعداد لایه‌ها بر اساس نیاز پروژه

انتخاب تعداد لایه‌ها در طراحی PCBها به عوامل مختلفی بستگی دارد که عبارت‌اند از:

• کاربرد: بردهای مورداستفاده در سیستم‌های پیچیده مثل مادربردها، تجهیزات مخابراتی و قطعات فضایی معمولاً چندلایه هستند، درحالی‌که در مدارهای ساده‌تر مانند کنترلرهای LED معمولاً از بردهای تک‌لایه یا دولایه استفاده می‌شود.
• محدودیت‌ بودجه: افزایش تعداد لایه‌ها باعث افزایش هزینه تولید PCB می‌شود. برای پروژه‌های اقتصادی، معمولاً از بردهای دولایه انتخاب می‌شود.
• فرکانس و سرعت پردازش: در مدارهای با سرعت‌بالا و سیگنال‌های حساس باید امپدانس به‌دقت کنترل شود، ازاین‌رو در این موارد، استفاده از PCBهای چندلایه ایده بهتری خواهد بود.
• زمان تحویل: بردهای چندلایه فرایند تولید پیچیده‌تری دارند و بنابراین ساخت آن‌ها مدت‌زمان بیشتری می‌برد؛ بنابراین اگر پروژه‌ای زمان محدودی دارد، بردهای با لایه‌های کمتر گزینه‌ بهتری خواهند بود.

۴. استفاده از ابزارهای نرم‌افزاری و تخصصی

در مواردی که دسترسی به فایل‌های طراحی PCB وجود داشته باشد، می‌توان با کمک نرم‌افزارهای تخصصی، تعداد لایه‌ها را تعیین کرد. نرم‌افزارهای معروف برای این کار عبارت‌اند از:

• Altium Designer: نمایش جزئیات لایه‌بندی و مسیرهای برد
• KiCad: بررسی ساختار لایه‌ها و مدیریت طراحی PCB
• Eagle: مشاهده و ویرایش لایه‌های مختلف در مدارهای چاپی

ArvidTek، پلتفرم سفارش PCBهای باکیفیت

تشخیص تعداد لایه‌های یک PCB یکی از مواردی است که هم مهندسان طراح و هم تولیدکنندگان را با چالش روبرو می‌کند. اما مهم‌تر از تشخیص تعداد لایه‌ها، تهیه یک بورد باکیفیت و متناسب با نیاز پروژه است. آرویدتک یک پلتفرم تخصصی است که با گرد هم آوردن تولیدکننده ها و سورس های متعدد ، امکان خرید قطعات الکترونیکی مختلف مانند بوردهای توسعه، مبدل‌ها و انواع ماژول‌ها را فراهم کرده است. یکی دیگر از خدماتی که ArvidTek ارائه می‌کند، تامین و ثبت سفارش برد مدار چاپی با کیفیت و زمان بندی مناسب از چین است. اگر می‌خواهید با خیال راحت بورد مدار چاپی مورد نظر خود را سفارش دهید، کافی است قبل از خرید از با کارشناسان این مجموعه تماس بگیرید و مشاروه فنی دریافت کنید.