BORD 1

برد PCB

برد  PCB

برد pcb برای سرعت بخشیدن در ساخت بردهای الکترونیکی ساخته شده اند. در گذشته قطعات در یک جعبه و با استفاده از تعداد زیادی سیم برای اتصال بین آن ها استفاده می کردند که سبب بروز مشکلات فراوانی در دستگاه های الکترونیکی می شد. امروزه با پیشرفت صنعت الکترونیک این نیاز احساس شد که صفحه نارسانایی وجود داشته باشد که قطعات الکترونیکی مانند خازن و آی سی روی آن قرار گیرد و بتوان بین آن ها اتصالات الکترونیکی برقرار نمود. بنابراین برد مدار چاپی با دارا بودن این ویژگی ها طراحی و تولید شدند.

قبل از به وجود آمدن برد pcb، قطعات در یک جعبه قرار می گرفتند و پایه های آن ها به وسیله سیم به هم متصل می شدند. مسیرهای ارتباطی بین پایه های قطعات الکترونیکی طولانی بوده و از سیم های مسی زیادی برای اتصال پایه های قطعات به یکدیگر استفاده می شدند. این گونه ساخت خرابی های متعددی را به همراه داشت به عنوان مثال با از بین رفتن عایق سیم ها بر اثر پوسیدگی منجر به از کار افتادن دستگاه می شد. همچنین این کار موجب عدم اطمینان در مدار و افزایش پیچیدگی در مدار می شد با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی برد pcb پا به عرصه وجود گذاشت که باعث شد به جای سیم کشی های زیاد برای اتصال بین قطعات از لحیم استفاده شود.

PCB مخفف عبارت printed circuit board به معنای برد مدار چاپی می باشد. برد مدار چاپی از یک برد نارسانا تشکیل شده است که به وسیله سطحی از مس پوشانده شده که از آن به جای سیم برای ارتباط بین قطعات الکترونیکی مدار بکار می روند.
قطعات الکترونیکی مانند خازن، مقاومت، آی سی بر روی  pcb نصب کرده و در تجهیزات الکترونیکی بکار می برند به این عمل مونتاژ برد الکتریکی می گویند.

نقش برد های الکترونیکی (PCB) در خودرو

قطعاتی مانند سنسور های خودرو، سیستم موقعیت یاب GPS، سیستم روشنایی، ماژول های سوئیچ درب ها، بخش کنترل موتور، سیستم صوتی همگی بخشی از اجزای اصلی یک ماشین است که با الکترونیک و مدارات الکترونیکی سر و کار دارند. از همین رو مکانیزم عملکردی آنها منوط به استفاده و طراحی برد های الکترونیکی (PCB) است. PCB در خودرو به پیشرفت های قابل توجهی نظیر موارد زیر رسیده است.

  • بهبود عملکرد و بهره وری سیستم سوخت
  • سیستم ایمنی و امنیتی قابل اعتماد که منجر به کاهش تصادفات رانندگی می‌گردد. برد های الکترونیکی به وفور در سیستم هایی مانند سیستم محافظ کیسه هوا، مانیتورینگ، دوربین ها، سنسور های تشخیص موانع و… یافت می‌شود.
  • تکامل برنامه های استراتژیک و سازگار با محیط زیست منجر به تولید خودرو های برقی و خودران (بدون راننده) شده است.

انواع مختلف برد (PCB) در خودرو

برد های با استحکام بالا (Rigid Board): این دست برد ها از لمینت های جامد مانند FR4، راجرز و… تشکیل می‌شوند. می‌توان اینگونه برد ها در خودرو را در نمایشگر ها و دوربین دنده عقب مشاهده کرد.

برد های قابل انعطاف(Flex Circuit): این دست مدارات دارای ساختار قابل انعطاف برای نصب قطعات الکترونیکی مورد کاربرد روی آنها است. این برد ها می‌تواند خم شده و پیچ خورده و از همین رو مناسب برای گوشه ها و جاهای خم دار خواهد بود. از این نوع در خودرو برای نمایشگر و سیستم پخش نیز استفاده می‌شود.

برد های (Rigid-Flex) : برد های نوع Rigid-Flex این قابلیت را می‌دهند که دو قابلیت ذکر شده در فوق را در یک برد داشته باشیم. بعنوان مثال در سیستم روشنایی کاربرد خوبی خواهد داشت.

برد های PCB برای LED :  در خودرو های مدرن امروزی، LED های توان بالا و البته پر نور به برد ها و PCB هایی که تبادل حرارتی بالایی دارند نیازمند است. در این برد ها از ساختار فلزی مانند آلومینیوم استفاده می‌شود. نمونه این برد ها در چراغ های ترمز، چراغ های جلویی و چراغ های راهنما استفاده می‌شود.

برد هایی با مس زیادلایه های داخلی و خارجی این برد ها شامل 3 انس یا بیشتر مس می‌شود. این دست برد ها در سیستم های ایمنی وسایل نقلیه و ارسال سیگنال ها استفاده می‌شود.

نکات کلیدی در طراحی PCB با کاربرد در خودرو

PCB مورد طراحی شما باید استاندارد های مربوطه را رعایت کرده تا دارای کیفیت و دقت قابل قبولی باشد. بدون شک پیگیری فرآیند دقیق و مطابق با استاندارد و نکات کلیدی طراحی PCB، حین تولید و عملکرد برد از بروز مشکلات جدی جلوگیری به عمل خواهد آورد. از همین رو نکات مهم زیر را حتما در طراحی خود لحاظ کنید.

1-  جهت و نحوه قرارگیری قطعات

موقعیت و محل قرار گیری قطعات برروی برد تاثیر قابل توجهی در قابلیت اطمینان، تولید و عملکرد برد دارد. از همین رو مقتضی است رویه زیر را دنبال نمایید.

  • قطعات مشابه را در یک جهت قرار دهید. این کار باعث ایجاد سهولت در امر روتینگ و مونتاژ قطعات خواهد شد.
  • برای لحیم کاری موجی wave soldering ، قطعات باید بصورت موازی با موج ایجاد شده باشند. اینکار از ایجاد اتصال باز شدن و عدم لحیم کاری درست جلوگیری می‌کند.
  • فاصله مناسب بین سلف های روی برد فراموش نشود.
  • جهت جلوگیری از Crosstalk، سلف ها را در زوایای قائم با یکدیگیر قرار دهید.
  • ابتدا بزرگ ترین و مهم ترین قطعات خود را چینش کنید.
  • قطعات آنالوگ و دیجیتال را در بخش های مختلف برد جدا کنید.
  • از قرار دادن و چینش اجزای بلند مانند خازن های الکترولیتی در مجاورت خازن های کوچک تر و کوتاه تر پرهیز کنید. اینکار باعث جلوگیری از معیوب شدن و سست شدن لحیم کاری می‌شود.
  • قطعاتی که مصرف توان بیشتری دارند تا حد امکان از سایر قطعات با فاصله بیشتری قرار دهید. اینکار باعث دمپ حرارتی بیشتری از روی برد خواهد شد.

2-  مدیریت چینش قطعات برای جلوگیری از کوپلینگ

چینش غیر اصولی می‌تواند کوپلینگ مغناطیسی را تحت تاثیر قرار داده و ممکن است باعث ایجاد اندوکتانس متقابل شود. جهت جلوگیری از این اثرات از قواعد زیر می‌توان استفاده کرد.

  • از قرار دادن اتصالات (Lead) نزدیک یکدیگر خودداری کنید.
  • مسیر جریان برگشتی را نزدیک به مسیر اصلی جریان با حداقل تشعشع قرار دهید. با این کار می‌توان مسیر حلقه جریان را کاهش داد.

3- روتینگ مسیر های سیگنال در PCB های خودرو

برای اتصال لایه هایی که جریان بالایی دارند از 2 تا 4 وایا در هر لایه استفاده شود. اینکار باعث افزایش قابلیت اطمینان، کاهش تلفات مقاومتی و القایی و بهبود تبادل حرارتی خواهد شد. برای روتینگ مسیر سیگنال ها می‌توانید از قواعد زیر استفاده نمایید.

  • پلن های تغذیه و GND را در لایه های داخلی قرار دهید.
  • از سیگنال ها حساس در مقابل منابع نویز بوسیله پلن محافظت کرده و از کنترل امپدانس برای خط انتقال اطمینان حاصل نمایید.
  • تا حد امکان از کوتاه ترین و صاف ترین ترک ها استفاده کنید.
  • مسیر ترک ها را در برد های دو لایه در یک طرف بصورت عمودی و در طرف دیگر بصورت افقی استفاده نمایید.
  • مسیر های عمودی و افقی که پیشتر ذکر شد را بطور متناوب برای برد های جند لایه استفاده کنید.

4- مدیریت بهینه حرارت

از تکنیک هایی تحت عنوان مدیریت مناسب حرارت برای تلفات گرمایی برای قطعاتی که بیش از 10mv جذب یا رسانایی بیشتر از 10mA هستند، استفاده نمایید. برای کنترل بهتر دما می‌توان از نکات زیر استفاده کرد.

  • پلن های مسی و وایا های سیگنال را بعنوان گذرگاه حرارتی برای افزایش تبادل حرارت انتخاب نمایید.
  • وایا های سیگنال را در نزدیکی قطعه با پین های سطحی یا زیر قطعات SMD قرار دهید.
  • برای قطعات توان بالا از هیت سینک استفاده نمایید.
  • پد های مسی حرارتی را زیر قطعات پر حرارت زیر برد قرار دهید.
  • از وایا می‌توان برای انتقال گرما از پد های سطحی حرارتی به زمین استفاده کرد.

5- بررسی مکرر قوانین طراحی

از بررسی قوانین طراحی (Design Rule Check) یا DRC برای یافتن خطا هایی که ممکن است مطابق با الزامات شما در طراحی شما نباشد استفاده کنید. این موارد می‌تواند شامل موارد زیر باشد.

  • فاصله مناسب بین قطعات برای کل مدار و PCB و لایه های جداگانه را بررسی کنید.
  • فاصله بین منبع تغذیه و سیم های زمین و فاصله زیادی بین مسیر های زمین ایجاد کنید.
  • اتصال مناسب زمین برای مدار های بخش دیجیتال و آنالوگ را بررسی کنید.
  • اتصالات چیدمان داخل شماتیک و PCB بصورت صحیح انجام دهید.
  • یکپارچگی سیگنال، یکپارچگی توان، تداخلات الکترومغناطیسی و الزامات ایمنی را بررسی کنید.

6- استاندارد های طراحی خودرو

یک برد (PCB) جمع و جور کمک می‌کند تا سیستم های اطلاعاتی، ارتباطی، ایمنی، سیستم های کمک راننده، موتور و … را اجرا کرد. از آنجا که فناوری خودرو رو به پیشرفت همه جانبه است و به سوی خودرو های بدون راننده حرکت می‌کند، پیچیدگی طراحی PCB برای خودرو نیز افزایش می‌یابد. از همین جهت برای یک طراحی اصولی و با دوام برای برد های الکترونیکی خودرو ها، استاندارد های IATF 16949 و AEC-Q100 و ASE J3016_201401  را رعایت نمایید.

7- زمین کردن پد قطعات THD

سوراخ های محل نصب باید روکش و زمین شود. امپدانس ضعیف مدار های مختلف یکی از مشکلات است. این مورد عمدتا به دلیل قطعات الکترونیکی مختلف و اتصالات آنها می‌باشد. بنابراین نکات زیر را می‌توان برای طراحی برد های الکترونیکی (PCB) در خودرو به کار برد.

  • قطعات اندوکتانسی را در نواحی حساس نزدیک سوراخ های عبوری قرار دهید.
  • از فیلتر های مناسب که وابسته به سوراخ های عبوری است استفاده نمایید.
  • از مس نازک تر روی لایه ها استفاده کنید. این کار تاثیر اندوکتانس انگلی (Parasitic Inductance) از طریق سوراخ موجود روی PCB را کاهش می‌دهد.
برچسب‌ها: بدون برچسب

دیدگاه شما چیست؟

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد. فیلدهای الزامی علامت گذاری شده اند *