مبانی الکترونیک مدرن: مقدمه ای بر فناوری برد مدار چاپی

تخته‌های مدار چاپی (PCB) پایه زیرینی را تشکیل می‌دهند که به طور فیزیکی قطعات الکترونیکی را با استفاده از آثار مس رسانا و پدهای متصل به یک بستر غیر رسانا پشتیبانی می‌کند و به صورت الکترونیکی متصل می‌کند. PCB ها عملاً برای هر دستگاه الکترونیکی ضروری هستند و امکان تحقق پیچیده ترین طرح های مدار را در قالب های یکپارچه و قابل تولید انبوه فراهم می کنند. بدون فناوری PCB، صنعت الکترونیک آنطور که امروز می شناسیم وجود نداشت.

فرآیند ساخت PCB مواد خام مانند پارچه فایبرگلاس و فویل مس را به تخته های مهندسی دقیق تبدیل می کند. این شامل بیش از پانزده مرحله پیچیده است که از اتوماسیون پیچیده و کنترل های دقیق فرآیند استفاده می کند. جریان فرآیند با تصویربرداری شماتیک و طرح‌بندی اتصال مدار در نرم‌افزار اتوماسیون طراحی الکترونیکی (EDA) شروع می‌شود. سپس ماسک‌های آثار هنری مکان‌هایی را مشخص می‌کنند که به طور انتخابی لایه‌های مس حساس به نور را با استفاده از تصویربرداری فوتولیتوگرافی در معرض دید قرار می‌دهند. اچ کردن، مسی که در معرض آن قرار نگرفته را حذف می کند تا مسیرهای رسانا و پدهای تماسی جدا باقی بماند.

تخته های چند لایه، ورقه ورقه ای با روکش مس سفت و سخت را با هم ساندویچ می کنند و ورق های اتصال را از قبل آغشته می کنند، و آثار را بر روی لمینیت تحت فشار و دمای بالا ترکیب می کنند. ماشین‌های حفاری هزاران سوراخ میکروسکوپی دارند که بین لایه‌ها به هم متصل می‌شوند و سپس برای تکمیل زیرساخت مدارهای سه‌بعدی با مس پوشش داده می‌شوند. حفاری ثانویه، آبکاری، و مسیریابی تخته ها را تا زمانی که برای پوشش های ابریشمی زیبایی آماده شوند، اصلاح می کند. بازرسی و آزمایش نوری خودکار در برابر قوانین و مشخصات طراحی قبل از تحویل به مشتری تأیید می شود.

مهندسان نوآوری‌های پیوسته PCB را انجام می‌دهند که قطعات الکترونیکی متراکم‌تر، سریع‌تر و مطمئن‌تر را ممکن می‌سازد. 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. تخته‌های انعطاف‌پذیر صلب، مواد سفت و انعطاف‌پذیر را برای برآوردن نیازهای شکلی سخت ترکیب می‌کنند. زیرلایه های پشتی فلزی سرامیکی و عایق (IMB) از فرکانس های بسیار بالا تا امواج میلی متری RF پشتیبانی می کنند. این صنعت همچنین از فرآیندها و مواد سازگارتر با محیط زیست برای پایداری استفاده می کند.

گردش مالی جهانی صنعت PCB بیش از 75 میلیارد دلار در بیش از 2000 تولیدکننده است که از نظر تاریخی با CAGR 3.5 درصد رشد کرده است. تکه تکه شدن بازار همچنان بالاست، اگرچه ادغام به تدریج ادامه می یابد. چین با بیش از 55 درصد سهم بزرگترین تولید را در اختیار دارد در حالی که ژاپن، کره و تایوان مجموعاً با بیش از 25 درصد سهم دارند. آمریکای شمالی کمتر از 5 درصد از تولید جهانی را تشکیل می دهد. چشم‌انداز صنعت به سمت مزیت آسیا در مقیاس، هزینه‌ها و نزدیکی به زنجیره‌های تامین عمده الکترونیک تغییر می‌کند. با این حال، کشورها قابلیت‌های PCB محلی را در حمایت از حساسیت‌های دفاعی و مالکیت معنوی حفظ می‌کنند.

همانطور که نوآوری در ابزارهای مصرفی بالغ می شود، برنامه های کاربردی در حال ظهور در زیرساخت های ارتباطی، برق رسانی حمل و نقل، اتوماسیون، هوافضا و سیستم های پزشکی باعث رشد طولانی مدت صنعت PCB می شود. پیشرفت‌های مداوم فناوری همچنین به تکثیر وسایل الکترونیکی به طور گسترده‌تر در موارد استفاده صنعتی و تجاری کمک می‌کند. PCB ها در دهه های آینده به جامعه دیجیتال و هوشمند ما خدمت خواهند کرد.