طراحی PCB (برد مدار چاپی)

مراحل طراحی:

۱. طراحی شماتیک (Schematic Design)

در این مرحله مدار به‌صورت دیاگرام شماتیک در نرم‌افزار طراحی می‌شود. قطعات از کتابخانه انتخاب و اتصالات بین آن‌ها تعریف می‌شود. نتیجه‌ی این مرحله ایجاد Netlist است که روابط الکتریکی بین پایه‌ها را مشخص می‌کند.
نرم‌افزارهای متداول در این مرحله شامل:
KiCad، Altium Designer، Eagle، Proteus و EasyEDA هستند.

۲. چیدمان قطعات (Component Placement)

در مرحله بعد، قطعات روی برد قرار می‌گیرند. چیدمان مناسب قطعات اهمیت بالایی دارد، زیرا روی عملکرد الکتریکی، سهولت مونتاژ و دفع حرارت تأثیر می‌گذارد.
اصول مهم در این مرحله:

• قطعات مرتبط (مثلاً مقاومت‌ها و ترانزیستور مربوط) را نزدیک هم قرار دهید.

• مسیر جریان از ورودی تا خروجی به‌صورت منطقی و کوتاه باشد.

• خازن‌های بای‌پس را تا حد ممکن نزدیک پایه‌های تغذیه ICها قرار دهید.

• قطعات گرمازا (مثل رگولاتور و ترانزیستور توان) در نقاطی با تهویه مناسب نصب شوند.

۳. مسیردهی (Routing)

پس از چیدمان، باید مسیرهای رسانا بین پایه‌ها رسم شود. کیفیت مسیرها نقش زیادی در کارایی مدار دارد.
نکات کلیدی در Routing:

• مسیرهای جریان بالا را با عرض بیشتر (مثلاً 1 mm یا بیشتر) طراحی کنید.

• مسیرهای سیگنال حساس (مثل خطوط ساعت یا آنالوگ) باید کوتاه و مستقیم باشند.

• برای کاهش نویز از Ground Plane و Power Plane استفاده کنید.

• در بردهای دولایه یا چندلایه، از Via برای عبور مسیرها بین لایه‌ها استفاده می‌شود.

• مسیرهای تغذیه و زمین باید با دقت طراحی شوند تا افت ولتاژ یا حلقه‌ی نویز ایجاد نشود.

۴. بررسی قوانین طراحی (Design Rule Check – DRC)

پیش از ارسال برد برای ساخت، باید اطمینان حاصل شود که هیچ خطای طراحی وجود ندارد.
ابزار DRC در نرم‌افزارها موارد زیر را بررسی می‌کند:

• فاصله‌ی بین مسیرها کمتر از حد مجاز نباشد.

• هیچ اتصال باز یا مسیر ناقص وجود نداشته باشد.

• سایز پدها با نوع قطعه متناسب باشد.

• هیچ مسیر از زیر قطعات حساس عبور نکرده باشد.

۵. تولید فایل‌های Gerber و Drill

پس از اطمینان از صحت طراحی، فایل‌های استاندارد Gerber ایجاد می‌شوند. این فایل‌ها شامل اطلاعات مربوط به هر لایه‌ی برد، مکان سوراخ‌ها و جزئیات چاپ هستند و برای ارسال به کارخانه‌ی PCB مورد استفاده قرار می‌گیرند.

۶. ساخت و مونتاژ برد (Fabrication & Assembly)

برد تولید شده پس از حکاکی، روکش قلع و چاپ ماسک لحیم، آماده‌ی مونتاژ قطعات می‌شود.
دو روش اصلی برای مونتاژ عبارت‌اند از:

• • روش دستی (Through-Hole / Soldering): برای نمونه‌سازی یا تعداد کم.

  • کاهش نویز و تداخل سیگنال‌ها
  • بهبود ظاهر و سازمان‌دهی مدار
  • صرفه‌جویی در فضا و هزینه‌ی سیم‌کشی
  • تسهیل در تولید انبوه و نگهداریروش اتوماتیک (SMT / Reflow): برای تولید انبوه و بردهای SMD.

مزایای طراحی صحیح PCB

• افزایش اطمینان و طول عمر دستگاه
• کاهش نویز و تداخل سیگنال‌ها
• بهبود ظاهر و سازمان‌دهی مدار
• صرفه‌جویی در فضا و هزینه‌ی سیم‌کشی
• تسهیل در تولید انبوه و نگهداری
•