معرفی لایه‌های برد مدار چاپی در آلتیوم دیزاینر

مقدمه

آلتیوم دیزاینر یکی از قدرتمندترین نرم‌افزارهای طراحی مدارهای چاپی (PCB) است که به مهندسان الکترونیک اجازه می‌دهد تا مدارهای پیچیده را با دقت و سرعت طراحی کنند. قلب تپنده هر مدار چاپی، لایه‌های آن هستند. هر لایه، وظیفه خاصی را بر عهده دارد و در کنار هم، یک مدار کامل را تشکیل می‌دهند.

لایه‌ها در برد مدار چاپی چه هستند؟

تصور کنید یک برد مدار چاپی مانند یک ساندویچ چند طبقه است. هر طبقه این ساندویچ، یک لایه محسوب می‌شود. این لایه‌ها می‌توانند از جنس مس، رزین یا مواد دیگر باشند و هر کدام نقش خاصی در عملکرد مدار ایفا می‌کنند.

انواع لایه‌ها و کاربرد آن‌ها:

• لایه‌های مسی: اصلی‌ترین لایه‌ها هستند و برای ایجاد مسیرهای رسانا و اتصال قطعات به یکدیگر استفاده می‌شوند. این لایه‌ها مانند جاده‌هایی هستند که جریان برق را در مدار هدایت می‌کنند.
• لایه‌های غیرمسی: لایه‌هایی هستند که از جنس رزین یا مواد عایق دیگر ساخته شده‌اند و برای جدا کردن لایه‌های مسی و جلوگیری از اتصال کوتاه استفاده می‌شوند.
• لایه‌های حفره: این لایه‌ها برای ایجاد حفره‌هایی در برد استفاده می‌شوند که به اتصال لایه‌های داخلی کمک می‌کنند.
• لایه‌های ماسک: لایه‌هایی هستند که برای محافظت از لایه‌های مسی در برابر عوامل محیطی و جلوگیری از لحیم‌کاری ناخواسته استفاده می‌شوند.

چرا لایه‌ها مهم هستند؟

• پیچیدگی مدارها: با افزایش پیچیدگی مدارها، استفاده از لایه‌های بیشتر ضروری می‌شود تا بتوان اجزای مختلف را به طور موثر به هم متصل کرد.
• کاهش اندازه برد: لایه‌های بیشتر به طراحان اجازه می‌دهند تا مدارها را در فضایی کوچکتر طراحی کنند.
• بهبود عملکرد: با استفاده از لایه‌های مناسب، می‌توان عملکرد مدار را بهبود بخشید و تداخلات الکترومغناطیسی را کاهش داد.

درک مفهوم لایه‌های برد مدار چاپی

تصور کنید یک برد مدار چاپی مانند یک ساندویچ چند طبقه است. هر یک از این طبقات را یک لایه می‌نامیم. هر لایه وظیفه خاصی را بر عهده دارد و در کنار هم، یک مدار کامل را تشکیل می‌دهند. به عبارت ساده‌تر، لایه‌ها بخش‌های تشکیل‌دهنده یک برد مدار چاپی هستند که هر کدام از آن‌ها نقش مهمی در عملکرد مدار ایفا می‌کنند.

انواع لایه‌های PCB

• لایه‌های مسی:

• • این لایه‌ها قلب تپنده‌ی هر برد مدار چاپی هستند.
  • مسیرهای رسانایی که سیگنال‌های الکتریکی را در مدار جابه‌جا می‌کنند، بر روی این لایه‌ها ایجاد می‌شوند.
  • ضخامت و کیفیت مس در این لایه‌ها، بر روی عملکرد مدار تاثیر مستقیم دارد.

• لایه‌های غیرمسی:

• • این لایه‌ها عایق هستند و از جنس مواد غیر هادی مانند رزین ساخته شده‌اند.
  • وظیفه اصلی آن‌ها جدا کردن لایه‌های مسی از یکدیگر و جلوگیری از اتصال کوتاه است.
  • همچنین به عنوان پایه و زیرساخت برای لایه‌های دیگر عمل می‌کنند.

• لایه‌های حفره:

• • این لایه‌ها برای ایجاد حفره‌هایی در برد استفاده می‌شوند که به اتصال لایه‌های داخلی کمک می‌کنند.
  • حفره‌ها معمولا برای عبور پایه‌های قطعات و اتصال آن‌ها به لایه‌های دیگر ایجاد می‌شوند.

• لایه‌های ماسک:

• • این لایه‌ها از جنس رزین هستند و به عنوان یک پوشش محافظ روی لایه‌های مسی قرار می‌گیرند.
  • هدف اصلی ماسک، جلوگیری از اکسید شدن مس و همچنین جلوگیری از لحیم‌کاری ناخواسته در قسمت‌های غیر ضروری برد است.

لایه‌های مسی

لایه‌های مسی، قلب تپنده‌ی هر برد مدار چاپی هستند. این لایه‌ها مسیری را برای جریان الکتریکی فراهم می‌کنند تا بتوانند اجزای مختلف مدار را به هم متصل کنند. تصور کنید یک برد مدار چاپی مانند یک شهر است، لایه‌های مسی مانند خیابان‌ها و بزرگراه‌هایی هستند که ترافیک الکتریکی را در سراسر شهر هدایت می‌کنند.

نقش لایه‌های مسی در مدار چاپی

• مسیرهای رسانا: لایه‌های مسی برای ایجاد مسیرهای رسانایی استفاده می‌شوند که سیگنال‌های الکتریکی را از یک نقطه به نقطه دیگر منتقل می‌کنند.
• پدها: پدها (Pad) که نقاطی برای لحیم‌کاری قطعات هستند، بر روی لایه‌های مسی ایجاد می‌شوند.
• مسیرهای تغذیه و زمین: لایه‌های مسی برای ایجاد مسیرهای تغذیه (VCC) و زمین (GND) استفاده می‌شوند که به ترتیب ولتاژ و زمین را به تمام نقاط مدار می‌رسانند.

تنظیمات لایه‌های مسی در آلتیوم دیزاینر

در آلتیوم دیزاینر، شما می‌توانید به طور دقیق مشخص کنید که هر لایه مسی چه ویژگی‌هایی داشته باشد. برخی از مهم‌ترین تنظیمات عبارتند از:

• ضخامت مس: ضخامت لایه مسی بر روی توانایی آن در حمل جریان و همچنین هزینه تولید برد تاثیرگذار است.
• عرض مسیر: عرض مسیرهای مسی باید به اندازه‌ای باشد که بتواند جریان مورد نیاز را بدون ایجاد گرمای بیش از حد تحمل کند.
• فاصله بین مسیرها: فاصله بین مسیرهای مسی باید به اندازه‌ای باشد که از اتصال کوتاه جلوگیری کند.
• پوشش محافظ: می‌توان از پوشش‌های محافظ مانند طلا یا نیکل برای افزایش عمر مفید و مقاومت در برابر خوردگی لایه‌های مسی استفاده کرد.

قوانین طراحی برای لایه‌های مسی

برای اطمینان از عملکرد صحیح مدار، باید قوانین طراحی خاصی را برای لایه‌های مسی رعایت کنید. برخی از این قوانین عبارتند از:

• حداقل عرض مسیر: عرض مسیر مسی نباید کمتر از مقدار مشخص شده باشد تا از قطع شدن جریان جلوگیری شود.
• حداقل فاصله بین مسیرها: فاصله بین مسیرها باید به اندازه‌ای باشد که از اتصال کوتاه جلوگیری کند و همچنین سیگنال‌ها تداخل کمتری با هم داشته باشند.
• حداقل فاصله از پدها: مسیرهای مسی باید با فاصله مشخصی از پدها قرار گیرند تا از ایجاد اتصال کوتاه جلوگیری شود.
• حداقل اندازه پد: اندازه پدها باید متناسب با پایه‌های قطعات باشد تا لحیم‌کاری به درستی انجام شود.

لایه‌های غیرمسی

لایه‌های غیرمسی، همانطور که از نامشان پیداست، لایه‌هایی هستند که از مواد غیر هادی مانند رزین اپوکسی ساخته شده‌اند. این لایه‌ها نقش بسیار مهمی در ساختار یک برد مدار چاپی ایفا می‌کنند و به عنوان عایق بین لایه‌های مسی عمل می‌کنند.

کاربرد لایه‌های غیرمسی

• جدا سازی لایه‌های مسی: مهمترین وظیفه لایه‌های غیرمسی، جدا کردن لایه‌های مسی از یکدیگر است تا از اتصال کوتاه بین آن‌ها جلوگیری شود.
• پشتیبانی مکانیکی: لایه‌های غیرمسی به عنوان پایه و زیرساخت برای لایه‌های مسی عمل می‌کنند و استحکام مکانیکی برد را افزایش می‌دهند.
• ایجاد حفره‌ها و سوراخ‌ها: در برخی موارد، لایه‌های غیرمسی برای ایجاد حفره‌ها و سوراخ‌هایی استفاده می‌شوند که به اتصال لایه‌های داخلی کمک می‌کنند.
• محافظت از مس: لایه‌های غیرمسی به عنوان یک پوشش محافظ برای لایه‌های مسی عمل می‌کنند و از آن‌ها در برابر عوامل محیطی مانند رطوبت و حرارت محافظت می‌کنند.

تنظیمات لایه‌های غیرمسی در آلتیوم دیزاینر

در نرم‌افزار آلتیوم دیزاینر، شما می‌توانید تنظیمات مختلفی را برای لایه‌های غیرمسی اعمال کنید. برخی از مهم‌ترین تنظیمات عبارتند از:

• ضخامت لایه: ضخامت لایه غیرمسی بر روی استحکام مکانیکی برد و همچنین میزان عایق بودن آن تاثیرگذار است.
• نوع ماده: نوع ماده‌ای که برای ساخت لایه غیرمسی استفاده می‌شود، بر روی خواص الکتریکی و مکانیکی آن تاثیرگذار است.
• پوشش سطح: می‌توان از پوشش‌های سطحی مختلفی برای بهبود خواص لایه‌های غیرمسی استفاده کرد.

قوانین طراحی برای لایه‌های غیرمسی

برای اطمینان از عملکرد صحیح مدار، باید قوانین طراحی خاصی را برای لایه‌های غیرمسی رعایت کنید. برخی از این قوانین عبارتند از:

• حداقل ضخامت: ضخامت لایه غیرمسی نباید کمتر از مقدار مشخص شده باشد تا از آسیب دیدن برد جلوگیری شود.
• حداقل فاصله از پدها: لایه غیرمسی باید با فاصله مشخصی از پدها قرار گیرد تا از ایجاد اتصال کوتاه جلوگیری شود.
• یکنواختی ضخامت: ضخامت لایه غیرمسی در تمام نقاط باید یکنواخت باشد تا از ایجاد تنش‌های داخلی در برد جلوگیری شود.

لایه‌های حفره

لایه‌های حفره، یا همان Via ها، نقش بسیار مهمی در اتصال لایه‌های مختلف یک برد مدار چاپی ایفا می‌کنند. این لایه‌ها به صورت حفره‌هایی هستند که از یک لایه به لایه دیگر نفوذ می‌کنند و مسیر رسانایی را بین آن‌ها ایجاد می‌کنند.

نقش لایه‌های حفره در مدار چاپی

• اتصال لایه‌های داخلی: Via ها به عنوان پل ارتباطی بین لایه‌های داخلی یک برد چند لایه عمل می‌کنند و امکان اتصال اجزای مختلفی که در لایه‌های مختلف قرار دارند را فراهم می‌آورند.
• کاهش تعداد لایه‌ها: با استفاده از Via ها می‌توان تعداد لایه‌های مورد نیاز برای یک مدار را کاهش داد و در نتیجه هزینه تولید را کاهش داد.
• افزایش تراکم قطعات: Via ها امکان قرارگیری قطعات بیشتر در یک فضای کوچکتر را فراهم می‌کنند.

تنظیمات لایه‌های حفره در آلتیوم دیزاینر

در آلتیوم دیزاینر، شما می‌توانید تنظیمات مختلفی را برای Via ها اعمال کنید. برخی از مهم‌ترین تنظیمات عبارتند از:

• قطر Via: قطر Via بر روی میزان جریان قابل عبور و همچنین استحکام مکانیکی آن تاثیرگذار است.
• شکل Via: Via ها می‌توانند اشکال مختلفی مانند دایره، مربع یا بیضی داشته باشند.
• پوشش Via: Via ها معمولا با یک لایه نازک از مس پوشیده می‌شوند تا رسانایی بهتری داشته باشند.
• تعداد لایه‌های عبوری: Via ها می‌توانند از یک لایه به لایه دیگر یا از چندین لایه عبور کنند.

قوانین طراحی برای لایه‌های حفره

برای اطمینان از عملکرد صحیح مدار، باید قوانین طراحی خاصی را برای Via ها رعایت کنید. برخی از این قوانین عبارتند از:

• حداقل قطر Via: قطر Via نباید کمتر از مقدار مشخص شده باشد تا از قطع شدن جریان جلوگیری شود.
• حداقل فاصله بین Via ها: فاصله بین Via ها باید به اندازه‌ای باشد که از اتصال کوتاه جلوگیری کند.
• حداقل فاصله از پدها و مسیرها: Via ها باید با فاصله مشخصی از پدها و مسیرهای مسی قرار گیرند تا از ایجاد اتصال کوتاه جلوگیری شود.
• تعداد لایه‌های عبوری مجاز: تعداد لایه‌هایی که یک Via می‌تواند از آن‌ها عبور کند، محدود است و بستگی به ضخامت لایه‌ها و نوع ماده‌ی مورد استفاده دارد.

لایه‌های ماسک

لایه‌های ماسک، لایه‌های نازکی هستند که روی سطح برد مدار چاپی قرار می‌گیرند و نقش محافظتی بسیار مهمی دارند. این لایه‌ها معمولاً از جنس پلیمر هستند و به رنگ‌های مختلفی مانند سبز، آبی، قرمز و سیاه تولید می‌شوند.

کاربرد لایه‌های ماسک

• جلوگیری از اکسید شدن مس: لایه‌های ماسک از تماس مستقیم مس با هوا جلوگیری کرده و از اکسید شدن آن جلوگیری می‌کنند. اکسید شدن مس می‌تواند به مرور زمان باعث افزایش مقاومت الکتریکی و در نهایت خرابی مدار شود.
• جلوگیری از اتصال کوتاه: لایه‌های ماسک از اتصال کوتاه بین مسیرهای مسی جلوگیری می‌کنند. به خصوص در مدارهای پر تراکم، احتمال اتصال کوتاه بین مسیرهای نزدیک به هم وجود دارد که لایه ماسک این خطر را کاهش می‌دهد.
• تسهیل لحیم‌کاری: لایه‌های ماسک با ایجاد یک سطح صاف و یکنواخت، فرآیند لحیم‌کاری را آسان‌تر کرده و از ایجاد پل‌های لحیم ناخواسته جلوگیری می‌کنند.
• افزایش طول عمر مدار: لایه‌های ماسک به طور کلی طول عمر مدار را افزایش می‌دهند زیرا از اجزای مدار در برابر عوامل محیطی مانند رطوبت، حرارت و مواد شیمیایی محافظت می‌کنند.
• ایجاد ظاهر زیبا: لایه‌های ماسک با رنگ‌های مختلف، به برد مدار چاپی ظاهری زیبا و حرفه‌ای می‌بخشند.

تنظیمات لایه‌های ماسک در آلتیوم دیزاینر

در نرم‌افزار آلتیوم دیزاینر، شما می‌توانید تنظیمات مختلفی را برای لایه‌های ماسک اعمال کنید. برخی از مهم‌ترین تنظیمات عبارتند از:

• رنگ ماسک: شما می‌توانید رنگ ماسک را از بین رنگ‌های مختلفی انتخاب کنید.
• ضخامت ماسک: ضخامت لایه ماسک بر روی مقاومت آن در برابر عوامل محیطی تاثیرگذار است.
• پوشش سطح: می‌توان از پوشش‌های سطحی مختلفی برای بهبود خواص لایه‌های ماسک استفاده کرد.
• تعیین مناطق بدون ماسک: شما می‌توانید مناطقی را که نیاز به لحیم‌کاری دارند (مانند پدها) از پوشش ماسک مستثنی کنید.

قوانین طراحی برای لایه‌های ماسک

برای اطمینان از عملکرد صحیح مدار، باید قوانین طراحی خاصی را برای لایه‌های ماسک رعایت کنید. برخی از این قوانین عبارتند از:

• حداقل عرض خطوط ماسک: عرض خطوط ماسک باید به اندازه‌ای باشد که از جدا شدن ماسک در هنگام لحیم‌کاری جلوگیری کند.
• حداقل فاصله بین خطوط ماسک: فاصله بین خطوط ماسک باید به اندازه‌ای باشد که از اتصال کوتاه بین مسیرهای مسی جلوگیری کند.
• حداقل فاصله از پدها: لایه ماسک باید با فاصله مشخصی از پدها قرار گیرد تا از ایجاد اتصال کوتاه جلوگیری شود.
• پوشش کامل لایه‌های مسی: تمام لایه‌های مسی باید به طور کامل توسط لایه ماسک پوشیده شوند تا از اکسید شدن آن‌ها جلوگیری شود.

نتیجه گیری

لایه‌های برد مدار چاپی، بخش‌های جدایی‌ناپذیر و حیاتی هر مدار الکترونیکی هستند. هر یک از این لایه‌ها نقش منحصر به فردی را ایفا می‌کنند و در کنار هم، عملکرد صحیح مدار را تضمین می‌کنند. برای آشنایی بیشتر با الکترونیک و سخت‌افزار وبلاگ نیراسیستم را دنبال نمایید. همچنین می‌توانید جهت تهیه جزوه آموزشی نرم‌افزار آلتیوم دیزاینر به فروشگاه نیراشاپ مراجعه نمایید.

امیدوارم این راهنما جامع و مفید باشد!