مبانی الکترونیک مدرن: مقدمه‌ای بر فناوری برد مدار چاپی

بردهای مدار چاپی (PCB) پایه و اساس اساسی را تشکیل می‌دهند که قطعات الکترونیکی را به صورت فیزیکی پشتیبانی و به صورت الکترونیکی با استفاده از مسیرها و پدهای مسی رسانا که به یک زیرلایه نارسانا متصل شده‌اند، به هم متصل می‌کنند. PCBها عملاً برای هر دستگاه الکترونیکی ضروری هستند و امکان تحقق حتی پیچیده‌ترین طرح‌های مدار را به فرمت‌های یکپارچه و قابل تولید انبوه فراهم می‌کنند. بدون فناوری PCB، صنعت الکترونیک به شکلی که امروزه می‌شناسیم، وجود نداشت.

فرآیند ساخت PCB، مواد خام مانند پارچه فایبرگلاس و فویل مسی را به بردهای مهندسی‌شده دقیق تبدیل می‌کند. این فرآیند شامل بیش از پانزده مرحله پیچیده است که از اتوماسیون پیشرفته و کنترل‌های دقیق فرآیند بهره می‌برد. جریان فرآیند با ثبت شماتیک و طرح‌بندی اتصال مدار در نرم‌افزار اتوماسیون طراحی الکترونیکی (EDA) آغاز می‌شود. سپس ماسک‌های هنری مکان‌های ردیابی را تعریف می‌کنند که به طور انتخابی لمینت‌های مسی حساس به نور را با استفاده از تصویربرداری فوتولیتوگرافی در معرض دید قرار می‌دهند. حکاکی، مس بدون پوشش را حذف می‌کند تا مسیرهای رسانا و پدهای تماسی ایزوله باقی بمانند.

بردهای چندلایه، ورقه‌های لمینت با روکش مس سفت و ورقه‌های اتصال پیش‌پرگ را روی هم قرار می‌دهند و تحت فشار و دمای بالا، رگه‌ها را روی لمینت به هم جوش می‌دهند. دستگاه‌های سوراخ‌کاری هزاران سوراخ میکروسکوپی ایجاد می‌کنند که بین لایه‌ها به هم متصل می‌شوند و سپس با مس آبکاری می‌شوند تا زیرساخت مدار سه‌بعدی تکمیل شود. سوراخ‌کاری ثانویه، آبکاری و مسیردهی، بردها را تا زمانی که برای پوشش‌های سیلک اسکرین زیبا آماده شوند، اصلاح می‌کنند. بازرسی و آزمایش نوری خودکار، قبل از تحویل به مشتری، با قوانین و مشخصات طراحی مطابقت دارد.

مهندسان نوآوری‌های مداوم در زمینه برد مدار چاپی (PCB) را هدایت می‌کنند که امکان ساخت قطعات الکترونیکی متراکم‌تر، سریع‌تر و قابل اطمینان‌تر را فراهم می‌کند. فناوری‌های اتصال با چگالی بالا (HDI) و هر لایه اکنون بیش از 20 لایه را برای مسیریابی پردازنده‌های دیجیتال پیچیده و سیستم‌های فرکانس رادیویی (RF) ادغام می‌کنند. بردهای انعطاف‌پذیر و سخت، مواد سفت و انعطاف‌پذیر را برای برآورده کردن نیازهای شکلی مورد نیاز ترکیب می‌کنند. زیرلایه‌های سرامیکی و عایق فلزی (IMB) از فرکانس‌های بسیار بالای تا RF موج میلی‌متری پشتیبانی می‌کنند. این صنعت همچنین فرآیندها و مواد سازگار با محیط زیست را برای پایداری اتخاذ می‌کند.

گردش مالی جهانی صنعت PCB از 75 میلیارد دلار در بیش از 2000 تولیدکننده فراتر رفته است و از نظر تاریخی با نرخ رشد مرکب سالانه 3.5 درصد رشد داشته است. هرچند ادغام به تدریج ادامه می‌یابد، اما پراکندگی بازار همچنان بالاست. چین با بیش از 55 درصد سهم، بزرگترین پایگاه تولید را تشکیل می‌دهد، در حالی که ژاپن، کره و تایوان در مجموع با بیش از 25 درصد در رتبه‌های بعدی قرار دارند. آمریکای شمالی کمتر از 5 درصد از تولید جهانی را به خود اختصاص داده است. چشم‌انداز صنعت به سمت مزیت آسیا از نظر مقیاس، هزینه‌ها و نزدیکی به زنجیره‌های تأمین اصلی الکترونیک تغییر می‌کند. با این حال، کشورها قابلیت‌های محلی PCB را حفظ می‌کنند که از حساسیت‌های دفاعی و مالکیت معنوی پشتیبانی می‌کند.

با بلوغ نوآوری‌ها در ابزارهای مصرفی، کاربردهای نوظهور در زیرساخت‌های ارتباطی، برق‌رسانی به حمل و نقل، اتوماسیون، هوافضا و سیستم‌های پزشکی، رشد بلندمدت صنعت PCB را به پیش می‌برد. پیشرفت‌های مداوم فناوری همچنین به گسترش گسترده‌تر الکترونیک در موارد استفاده صنعتی و تجاری کمک می‌کند. PCBها در دهه‌های آینده به خدمت‌رسانی به جامعه دیجیتال و هوشمند ما ادامه خواهند داد.