دلایل زیادی وجود دارد که ما نیاز به ساخت یک برد الکترونیکی داریم. از ساده‌ترین مسائل مثلا وقتی می‌خواهیم یک لامپ را روشن کنیم، یک موتور را راه‌اندازی کنیم تا ساخت دستگاه‌های الکترونیکی بزرگ.
دلایل زیادی وجود دارد که ما نیاز به ساخت یک برد الکترونیکی داریم. از ساده‌ترین مسائل مثلا وقتی می‌خواهیم یک لامپ را روشن کنیم، یک موتور را راه‌اندازی کنیم تا ساخت دستگاه‌های الکترونیکی بزرگ. همه این قطعات مثل لامپ، موتور، حتی یک LED چیزهایی که ما آن‌ها را “بار الکتریکی” یا load می‌نامیم، برای کار کردن به جریان یا ولتاژ خاصی نیاز دارند. این ولتاژ ممکن است یک ولتاژ ثابت DC یا ولتاژ AC باشد. اما ساخت برد الکترونیکی فقط با یک منبع و یک بار امکان پذیر نیست! ما به المان های دیگری هم نیاز داریم که در کنار هم نیاز ما را برطرف می‌کنند. به این مجموعه قطعات در کنار هم برد الکترونیکی می‌گویند. هر دستگاهی که در اطراف ما با نیروی برق کار می‌کند دارای برد الکترونیکی است.
طراحی برد الکترونیکی
می‌توان یک برد الکترونیکی را مجموعه‌ای از اجزای الکترونیکی مانند مقاومت، ترانزیستور، خازن، سلف، دیود و غیره که توسط سیم‌های رسانا به هم متصل می‌شوند، تعریف کرد. برای اینکه به عنوان یک برد الکترونیکی و نه الکتریکی شناخته شود، باید حداقل یک مؤلفه فعال (مثلا ترانزیستور یک عنصر فعال است) در آن حضور داشته باشد.
مراحل طراحی برد الکترونیکی
سه مرحله کلی طراحی یک برد الکترونیکی به صورت زیر است:
- طراحی مدار الکترونیکی
- طراحی برد مدار چاپی (pcb)
- مونتاژ و تست برد
طراحی مدار الکترونیکی :
گام اول در طراحی برد الکترونیکی طراحی مدار الکترونیکی آن است. فهم مسئله و نیاز طراحی الکترونیکی، شکستن آن به زیر مسئله‌ها مانند بخش تغذیه، بخش پردازش و …، شبیه‌سازی و تست مدار طراحی شده توسط نرم افزار‌هایی مانند اورکد یا lt spice از مراحل این گام هستند.
طراحی برد مدار چاپی :
پس از طراحی مدار الکترونیکی و شبیه‌سازی آن و اطمینان از صحت عملکرد مدار به طراحی برد مدار چاپی آن یا به اصطلاح pcb آن می‌پرازیم. آن چه در تمام وسایل الکترونیکی مشاهده می‌کنید که روی آن قطعات الکترونیکی تعبیه شده است برد مدار چاپی یا pcb است. برد مدار چاپی PCB یک فیبر از جنس فایبرگلاس است که شامل مدار الکترونیکی طراحی شده روی آن پیاده سازی می‌گردد و المان‌های الکترونیکی مانند سلف و خازن و مقاومت و … به وسیله مسیر‌های فلزی از جنس مس که به آن‌ها trace گفته می‌شود به یکدیگر متصل می‌شوند. قطعات الکترونیکی می‌توانند در هر دو طرف برد الکترونیکی قرار بگیرند. این قطعات به وسیله لحیم‌کاری به پایه‌ها متصل می‌شوند.
برد مدار چاپی را می‌توان از چند منظر مورد توجه قرار داد:
- تعداد لایه : یک برد مدار چاپی می‌تواند در تعداد لایه‌های مختلف مانند یک لایه دو لایه و حتی تا 48 لایه طراحی شود. تعداد لایه‌ها به پیچیدگی طراحی برد بستگی دارد.
- فرکانس کاری: مسئله مهم دیگر در طراحی pbc فرکانس کاری برد الکترونیکی است. این فرکانس در شکل ترک‌ها و فاصله آن‌ها از هم و سایر موراد تاثیرگذار است.
- جریان و توان مصرفی: عامل دیگری که در طراحی pcb باید به آن توجه کرد جریان مصرفی است. این که برد الکترونیکی ما به اصطلاح چه جریانی می‌کشد برای طراحی و مخصوصا سایز ترک‌ها بسیار مهم است.
- و سایر نکات مانند نوع قطعات dip و smd و … که در طراحی برد مدار چاپی pcb باید مورد توجه قرار بگیرند.
مونتاژ و تست برد الکترونیکی:
گام سوم پس از طراحی مدار الکترونیکی و چاپ برد مدار چاپی، گام سوم در طراحی برد الکترونیکی مونتاژ و تست برد الکترونیکی است. مونتاژ قطعات بر روی برد الکترونیکی نیازمند ابزار مخصوص، مهارت و ظرافت‌های خاصی است که با تمرین و تجربه به‌دست می‌آيد. ابزاری مانند دستگاه هویه و هوای داغ، سیم و روغن لحیم‌کاری، گیره و ابزار مونتاژ لازمه مونتاژ یک برد الکترونیکی است. مونتاژ قطعات ریز smd باید به طور دقیق صورت بگیرد. برای اطمینان از صحت مونتاژ در بردهای با قطعات زیاد می‌توان از شرکت‌های فعال در این حوزه بهره برد.
مهندسی معکوس برد الکترونیکی
به فرآیند بازتولید طراحی برد مدار چاپی، تجزیه ، تحلیل معکوس و تحقیق در مورد بردهای PCB مهندسی معکوس می گویند. از این فرآیند برای استنباط و به دست آوردن طراحی و پردازش محصول، ساختار، ویژگی های عملکردی و عناصر و مشخصات فنی برای باز تولید محصولات با عملکردهای مشابه یا دقیقاً یکسان نیز استفاده می شود.
مهندسی معکوس مدار چاپی یا PCB، همان‌طور که از نامش پیداست، یک روند معکوس طراحی است. در واقع برای رسیدن به طراحی اولیه، از محصول تولید شده کمک گرفته می‌شود. در این روش که در بسیاری از مواقع بهترین راه‌حل است، ابتدا مدار تولید شده بررسی شده و توسط روش‌های مختلف شماتیک مدار به دست آورده می‌شود. در نهایت برد الکترونیکی جدید طراحی شده و با قابلیت بهینه سازی چاپ می‌گردد.
مهندسی معکوس برد دارای پیش نیازهایی است که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌کنیم:
- شناخت انواع برد الکترونیکی
- شناخت انواع قطعات الکترونیکی
- دانش فنی و تجربه طراحی برد الکترونیکی
- تجربه کار با نرم افزارهای طراحی برد الکترونیکی
- وجود دستگاه‌های مورد نیاز
انواع روش های مهندسی معکوس برد الکترونیکی
- روش دستی:
این روش برای بردهای الکترونیکی ساده حداکثر دولایه و نیز دارای تراکم کم قطعات قابل استفاده است. در این روش، با استفاده از یک مولتی متر به دنبال کردن Track ها پرداخته می‌شود. هم‌زمان با دنبال کردن هر ترک، نقشه آن (شامل ابتدا، انتها و کلیۀ اتصالات به دیگر قطعات) را باید بر روی کاغذ و سپس نرم افزارهای طراحی برد پیاده کرد.
- روش تخریبی:
یکی از روش‌هایی که شرکت‌ها و مجموعه‌های فعال در حوزه مهندسی معکوس الکترونیک در داخل کشور اقدام به انجام فرایند مهندسی معکوس برد PCB می‌کنند، روش تخریبی است که معمولاً برای بردهایی استفاده می‌شود که بیش از دولایه دارند. در این روش با دستگاه CNC از لایه‌های برد مدار چاپی لایه‌برداری انجام می‌شود که لایه به لایه برد را تخریب و نقشه برداری می‌کنند. این روش دقت بالاتری دارد اما حساسیت آن نیز به مراتب بالاتر است. همچنین نمونه اولیه برد در این روش از بین می‌رود.
روش مهندسی معکوس با استفاده از تصویر برداری X-ray:
دومین روش مهندسی معکوس غیر تخریبی تصویربرداری اشعه ایکس و پردازش تصویر بدون تخریب برد اصلی است. روش با ضریب اطمینان بالاتری صورت می‌گیرد و برد نمونه‌ی اصلی هم آسیب نمی‌بیند. لذا در هرکجای فرایند مهندسی معکوس برد PCB که نیاز باشد می‌توان به آن رجوع کرده و با برد معکوس شده مقایسه صورت پذیرد.
مهندسی معکوس به روش آنالیز تصاویر اشعه ایکس می‌تواند در بازطراحی یک برد الکترونیکی در سطح بالا بسیار کارا باشد.
نتیجه‌گیری:
امروزه یکی از گسترده‌ترین نیازهای انسان‌ها استفاده از وسایل الکترونیکی است. این نیاز حتی تا سطح نیاز شخصی برای طراحی یک وسیله الکترونیکی مجزا برای فرد نیز پیش‌رفته است. بنابراین طراحی برد الکترونیک یکی از شاخه‌های پر طرفدار الکترونیک و از مهارت‌های بسیار ارزنده افراد دارای علم الکترونیک می‌باشد. شناخت نیاز ابزار الکترونیک دانش علم الکترونیک و مهارت طراحی برد الکترونیکی سه پیش نیاز اصلی ورود به این حرفه می‌باشد.
اگرچه طراحی الکترونیک می‌تواند نیاز فرد به تولید محصول جدید را پاسخ دهد، اما گاهی به دلایلی مانند عدم دسترسی به دانش فنی، هزینه بالای طراحی و تولید، کمبود زمان و … باعث می‌شود تا به مهندسی معکوس برد الکترونیکی روی بیاوریم. در واقع مهندسی معکوس برد الکترونیکی خود یک طراحی برد محسوب می‌شود که روند طراحی آن معکوس است. در این روش شماتیک و عملکرد یک برد از پیش تهیه شده را به روش‌های مختلف تخریبی و غیر تخریبی بدست می‌آوریم و نمونه‌ای جدید از روی آن می‌سازیم. این کار نسبت به طراحی الکترونیک که باید از ابتدا مدار آن طراحی شود زمان کمتری به خود اختصاص داده و احتمال صحت عملکرد برد الکترونیکی را افزایش می‌دهد.
هرچه مهارت و تجربه فرد در طراحی یا مهندسی معکوس برد الکترونیکی بالاتر باشد رسیدن به محصول مورد نظر ساده‌تر و کم هزینه‌تر است. اما این مهارت‌ها نیاز به تجربه چندین ساله دارد و در صورت عدم داشتن مهارت و تجربه کافی ممکن است زیان مالی و زمانی بسیاری متوجه فرد شود. پس می‌توان در این مسیر به شرکت‌های با سابقه در این حوزه مراجعه نمود.
