การแนะนำโดยละเอียดเกี่ยวกับ PCB

พีซีบีผลิตด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์ จึงเรียกว่า แผงวงจรพิมพ์อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เกือบทุกชนิด ตั้งแต่หูฟัง แบตเตอรี่ เครื่องคิดเลข ไปจนถึงคอมพิวเตอร์ อุปกรณ์สื่อสาร เครื่องบิน ดาวเทียม ตราบเท่าที่มีการใช้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เช่น วงจรรวม PCB ใช้สำหรับการเชื่อมต่อไฟฟ้าระหว่างกัน

PCB และ PCBA คือ PCB ที่มีส่วนประกอบที่ไม่ได้ต่อเชื่อม PCBA (การประกอบแผงวงจรพิมพ์) นั่นคือ PCB ที่ติดตั้งชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ (เช่น ชิป ตัวเชื่อมต่อ ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ ตัวเหนี่ยวนำ ฯลฯ)

ที่มาของพีซีบี
ในปี พ.ศ. 2468 Charles Ducas ในสหรัฐอเมริกา (ผู้ริเริ่มวิธีการเติมแต่ง) ได้พิมพ์รูปแบบวงจรลงบนพื้นผิวที่เป็นฉนวน จากนั้นจึงสร้างตัวนำเป็นสายไฟโดยการชุบด้วยไฟฟ้าได้สำเร็จ

ในปี 1936 Paul Eisler ชาวออสเตรีย (ผู้ริเริ่มวิธีการลบ) เป็นคนแรกที่ใช้แผงวงจรพิมพ์ในวิทยุ

ในปี 1943 ชาวอเมริกันใช้เทคโนโลยีนี้กับวิทยุทหารในปี พ.ศ. 2491 สหรัฐอเมริกาได้รับรองสิ่งประดิษฐ์นี้อย่างเป็นทางการเพื่อใช้ในเชิงพาณิชย์

แผงวงจรพิมพ์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายตั้งแต่กลางทศวรรษที่ 1950 และปัจจุบันนี้พวกเขาครองอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์

แผ่นวงจรพิมพ์มีการพัฒนาจากชั้นเดียวเป็นสองด้าน หลายชั้น และยืดหยุ่น และยังคงรักษาแนวโน้มการพัฒนาของตนเองเนื่องจากการพัฒนาอย่างต่อเนื่องในทิศทางของความแม่นยำสูง ความหนาแน่นสูง และความน่าเชื่อถือสูง การลดขนาด การลดต้นทุน และการปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างต่อเนื่อง แผงวงจรพิมพ์ยังคงรักษาพลังที่แข็งแกร่งในการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในอนาคต

การอภิปรายเกี่ยวกับแนวโน้มการพัฒนาในอนาคตของเทคโนโลยีการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ในประเทศและต่างประเทศนั้นมีความสอดคล้องกันโดยทั่วไป นั่นคือ ความหนาแน่นสูง ความแม่นยำสูง รูรับแสงละเอียด เส้นลวดบาง พิทช์ขนาดเล็ก ความน่าเชื่อถือสูง การส่งผ่านความเร็วสูงแบบหลายชั้น น้ำหนักเบา ด้านการผลิตกำลังพัฒนาไปในทิศทางการเพิ่มผลผลิต ลดต้นทุน ลดมลพิษ และปรับไปสู่การผลิตแบบจำนวนน้อยและหลากหลาย

บทบาทของ PCB
ก่อนที่แผงวงจรพิมพ์จะปรากฏขึ้น การเชื่อมต่อระหว่างชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์นั้นเชื่อมต่อโดยตรงด้วยสายไฟเพื่อสร้างวงจรที่สมบูรณ์

หลังจากที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใช้แผงวงจรพิมพ์แล้ว เนื่องจากความสม่ำเสมอของแผงวงจรพิมพ์ที่คล้ายกัน จึงหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดในการเดินสายแบบแมนนวล

แผงวงจรพิมพ์สามารถให้การสนับสนุนเชิงกลสำหรับการยึดและประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ เช่น วงจรรวม การเดินสายไฟและการเชื่อมต่อไฟฟ้าหรือฉนวนไฟฟ้าระหว่างชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ เช่น วงจรรวม และจัดเตรียมคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่จำเป็น เช่น คุณลักษณะอิมพีแดนซ์ ฯลฯ สามารถจัดเตรียมกราฟิกหน้ากากประสานสำหรับการบัดกรีอัตโนมัติ และจัดเตรียมอักขระระบุตัวตนและกราฟิกสำหรับการใส่ส่วนประกอบ การตรวจสอบ และการบำรุงรักษา
การจำแนกประเภทของ PCB
1. การจำแนกประเภทตามวัตถุประสงค์
แผงวงจรพิมพ์พลเรือน (ผู้บริโภค): แผงวงจรพิมพ์ที่ใช้ในของเล่น กล้อง โทรทัศน์ เครื่องเสียง โทรศัพท์มือถือ ฯลฯ
แผ่นวงจรพิมพ์อุตสาหกรรม (อุปกรณ์): แผ่นวงจรพิมพ์ที่ใช้ในการรักษาความปลอดภัย รถยนต์ คอมพิวเตอร์ เครื่องสื่อสาร เครื่องมือ ฯลฯ
แผงวงจรพิมพ์ทางทหาร: แผงวงจรพิมพ์ที่ใช้ในอวกาศและเรดาร์ ฯลฯ

2. การจำแนกตามประเภทของพื้นผิว
แผงวงจรพิมพ์ที่ใช้กระดาษ: แผงวงจรพิมพ์ที่ใช้กระดาษฟีนอล, แผงวงจรพิมพ์ที่ใช้กระดาษอีพ็อกซี่ เป็นต้น
แผงวงจรพิมพ์ที่ใช้ผ้าแก้ว: แผงวงจรพิมพ์ที่ใช้ผ้าแก้วอีพ็อกซี่, แผงวงจรพิมพ์ที่ใช้ผ้าแก้ว PTFE เป็นต้น
แผงวงจรพิมพ์ใยสังเคราะห์: แผงวงจรพิมพ์ใยสังเคราะห์อีพ็อกซี่ ฯลฯ
แผงวงจรพิมพ์พื้นผิวฟิล์มอินทรีย์: แผงวงจรพิมพ์ฟิล์มไนลอน ฯลฯ
แผงวงจรพิมพ์พื้นผิวเซรามิก
แผงวงจรพิมพ์ที่ใช้แกนโลหะ
3. การจำแนกตามโครงสร้าง
ตามโครงสร้าง แผงวงจรพิมพ์สามารถแบ่งออกเป็นแผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น และแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นแบบแข็ง

4. จำแนกตามจำนวนชั้น
ตามจำนวนเลเยอร์ แผงวงจรพิมพ์สามารถแบ่งออกเป็นบอร์ดด้านเดียว บอร์ดสองด้าน บอร์ดหลายชั้น และบอร์ด HDI (บอร์ดเชื่อมต่อระหว่างความหนาแน่นสูง)
1) ด้านเดียว
แผงวงจรด้านเดียวหมายถึงแผงวงจรที่ต่อสายเพียงด้านเดียว (ด้านบัดกรี) ของแผงวงจร และส่วนประกอบทั้งหมด ป้ายส่วนประกอบ และป้ายข้อความจะวางอยู่อีกด้านหนึ่ง (ด้านส่วนประกอบ)

คุณลักษณะที่ใหญ่ที่สุดของแผงด้านเดียวคือราคาที่ต่ำและกระบวนการผลิตที่เรียบง่ายอย่างไรก็ตาม เนื่องจากการเดินสายไฟสามารถทำได้บนพื้นผิวเดียวเท่านั้น การเดินสายไฟจึงทำได้ยากกว่า และการเดินสายไฟมักจะล้มเหลว ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับวงจรที่ค่อนข้างเรียบง่ายบางวงจรเท่านั้น

2) สองด้าน
กระดานสองด้านมีสายทั้งสองด้านของกระดานฉนวน ด้านหนึ่งใช้เป็นชั้นบนสุด และอีกด้านหนึ่งใช้เป็นชั้นล่างชั้นบนและชั้นล่างเชื่อมต่อด้วยไฟฟ้าผ่านจุดแวะ

โดยปกติแล้ว ส่วนประกอบบนกระดานสองชั้นจะถูกวางไว้ที่ชั้นบนสุดอย่างไรก็ตาม บางครั้งสามารถวางส่วนประกอบทั้งสองชั้นเพื่อลดขนาดของบอร์ดได้บอร์ดสองชั้นมีราคาปานกลางและเดินสายง่ายเป็นประเภทที่ใช้บ่อยที่สุดในแผงวงจรธรรมดา

3) กระดานหลายชั้น
แผ่นวงจรพิมพ์ที่มีมากกว่า 2 ชั้นจะเรียกรวมกันว่าแผ่นหลายชั้น

4) บอร์ด HDI
บอร์ด HDI เป็นแผงวงจรที่มีความหนาแน่นของการกระจายวงจรค่อนข้างสูง โดยใช้เทคโนโลยีรูฝังแบบไมโครตาบอด

โครงสร้าง PCB
PCB ส่วนใหญ่ประกอบด้วยลามิเนตหุ้มทองแดง (Copper Clad Laminates, CCL), พรีเพก (แผ่น PP), ฟอยล์ทองแดง (ฟอยล์ทองแดง), หน้ากากประสาน (หรือที่เรียกว่าหน้ากากประสาน) (หน้ากากประสาน)ในเวลาเดียวกัน เพื่อป้องกันฟอยล์ทองแดงที่สัมผัสบนพื้นผิวและรับประกันผลการเชื่อม จึงจำเป็นต้องดำเนินการปรับสภาพพื้นผิวบน PCB และบางครั้งก็มีการทำเครื่องหมายด้วยอักขระด้วย

1) ทองแดงหุ้มลามิเนต
ลามิเนตหุ้มทองแดง (CCL) เรียกว่าลามิเนตหุ้มทองแดงหรือลามิเนตหุ้มทองแดงเป็นวัสดุพื้นฐานสำหรับการผลิตแผงวงจรพิมพ์ประกอบด้วยชั้นอิเล็กทริก (เรซิน ใยแก้ว) และตัวนำที่มีความบริสุทธิ์สูง (ฟอยล์ทองแดง)ประกอบด้วยวัสดุผสม

จนกระทั่งถึงปี 1960 ผู้ผลิตมืออาชีพใช้ฟอยล์ทองแดงเรซินฟอร์มาลดีไฮด์เป็นวัสดุฐานในการผลิต PCB แบบด้านเดียว และนำเข้าสู่ตลาดของเครื่องเล่นแผ่นเสียง เครื่องบันทึกเทป เครื่องบันทึกวิดีโอ ฯลฯ ต่อมาเนื่องจากการเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า - เทคโนโลยีการผลิตการชุบทองแดงผ่านรูด้านข้าง, ทนความร้อน, ขนาด พื้นผิวแก้วอีพ็อกซี่ที่เสถียรได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายจนถึงปัจจุบันทุกวันนี้ FR4, FR1, CEM3, แผ่นเซรามิกและแผ่นเทฟล่อนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย

ในปัจจุบัน PCB ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายโดยวิธีการกัดคือการกัดแบบเลือกบนแผ่นทองแดงเพื่อให้ได้รูปแบบวงจรที่ต้องการลามิเนตหุ้มทองแดงมีหน้าที่หลักสามประการคือการนำไฟฟ้า ฉนวน และการสนับสนุนบนแผงวงจรพิมพ์ทั้งหมดประสิทธิภาพ คุณภาพ และต้นทุนการผลิตของแผงวงจรพิมพ์ขึ้นอยู่กับลามิเนตหุ้มทองแดงเป็นส่วนใหญ่

2) พรีเพรก
Prepreg หรือที่เรียกว่าแผ่น PP เป็นหนึ่งในวัสดุหลักในการผลิตบอร์ดหลายชั้นส่วนใหญ่ประกอบด้วยเรซินและวัสดุเสริมแรงวัสดุเสริมแรงแบ่งออกเป็นผ้าใยแก้ว (เรียกว่าผ้าใยแก้ว) ฐานกระดาษและวัสดุประกอบ

prepregs (แผ่นกาว) ส่วนใหญ่ที่ใช้ในการผลิตแผงวงจรพิมพ์หลายชั้นใช้ผ้าแก้วเป็นวัสดุเสริมแรงวัสดุแผ่นบางที่ทำขึ้นโดยการชุบผ้าแก้วที่ผ่านการบำบัดด้วยกาวเรซิน แล้วอบก่อนอบด้วยความร้อนเรียกว่าพรีเพกพรีเพรกจะอ่อนตัวลงภายใต้ความร้อนและความดัน และจะแข็งตัวเมื่อเย็นลง

เนื่องจากจำนวนเส้นเส้นด้ายต่อหน่วยความยาวของผ้าแก้วในทิศทางการยืนและพุ่งแตกต่างกัน จึงควรให้ความสนใจกับทิศทางการยืนและพุ่งของพรีเพกเมื่อทำการตัดโดยทั่วไป ทิศทางการบิดงอ (ทิศทางที่ผ้าแก้วโค้งงอ) จะถูกเลือกเป็นทิศทางด้านสั้นของบอร์ดการผลิต และทิศทางด้านซ้ายคือทิศทางของด้านยาวของบอร์ดการผลิตเพื่อให้แน่ใจว่าความเรียบของ พื้นผิวบอร์ดและป้องกันไม่ให้บอร์ดการผลิตบิดงอผิดรูปหลังจากถูกความร้อน

3) ฟอยล์ทองแดง
ฟอยล์ทองแดงเป็นฟอยล์โลหะบาง ๆ ที่ต่อเนื่องกันซึ่งวางอยู่บนชั้นฐานของแผงวงจรในฐานะที่เป็นตัวนำของ PCB สามารถยึดติดกับชั้นฉนวนและสลักเพื่อสร้างรูปแบบวงจรได้อย่างง่ายดาย

ฟอยล์ทองแดงอุตสาหกรรมทั่วไปสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: ฟอยล์ทองแดงรีด (ฟอยล์ทองแดง RA) และฟอยล์ทองแดงด้วยไฟฟ้า (ฟอยล์ทองแดง ED):
ฟอยล์ทองแดงรีดมีความเหนียวและคุณลักษณะอื่น ๆ ที่ดีและเป็นฟอยล์ทองแดงที่ใช้ในกระบวนการผลิตซอฟต์บอร์ดในยุคแรก ๆ
ฟอยล์ทองแดงด้วยไฟฟ้ามีข้อได้เปรียบด้านต้นทุนการผลิตที่ต่ำกว่าฟอยล์ทองแดงรีด

4) หน้ากากประสาน
ชั้นต้านทานการบัดกรีหมายถึงส่วนของแผงวงจรพิมพ์ที่มีหมึกต้านทานการบัดกรี

หมึกต้านทานการบัดกรีมักจะเป็นสีเขียว และบางส่วนใช้สีแดง สีดำ และสีน้ำเงิน เป็นต้น ดังนั้นหมึกต้านทานการบัดกรีจึงมักเรียกว่าน้ำมันสีเขียวในอุตสาหกรรม PCBเป็นชั้นป้องกันอย่างถาวรของแผงวงจรพิมพ์ ซึ่งสามารถป้องกันความชื้น ป้องกันการกัดกร่อน ป้องกันโรคราน้ำค้าง และการขัดถูเชิงกล ฯลฯ แต่ยังป้องกันชิ้นส่วนจากการเชื่อมไปยังตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง

5) การรักษาพื้นผิว
“พื้นผิว” ที่ใช้ในที่นี้หมายถึงจุดต่อบน PCB ที่ให้การเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์หรือระบบอื่นๆ กับวงจรบน PCB เช่น จุดต่อของแผ่นอิเล็กโทรดหรือการต่อหน้าสัมผัสความสามารถในการบัดกรีของทองแดงเปลือยนั้นดีมาก แต่สามารถออกซิไดซ์และปนเปื้อนได้ง่ายเมื่อสัมผัสกับอากาศ ดังนั้นควรติดฟิล์มป้องกันบนพื้นผิวของทองแดงเปล่า

กระบวนการบำบัดพื้นผิว PCB ทั่วไป ได้แก่ HASL ตะกั่ว, HASL ไร้สารตะกั่ว, การเคลือบสารอินทรีย์ (Organic Solderability Preservatives, OSP), ทองแช่, เงินแช่, ดีบุกแช่ และนิ้วชุบทอง ฯลฯ ด้วยการปรับปรุงกฎระเบียบด้านการคุ้มครองสิ่งแวดล้อมอย่างต่อเนื่อง are กระบวนการ Lead HASL ถูกแบนอย่างค่อยเป็นค่อยไป

6) ตัวละคร
อักขระเป็นเลเยอร์ข้อความ ที่ชั้นบนสุดของ PCB อาจขาดได้ และโดยทั่วไปจะใช้สำหรับแสดงความคิดเห็น

โดยปกติแล้ว เพื่ออำนวยความสะดวกในการติดตั้งและบำรุงรักษาวงจร รูปแบบโลโก้และรหัสข้อความที่จำเป็นจะถูกพิมพ์บนพื้นผิวด้านบนและด้านล่างของบอร์ดที่พิมพ์ เช่น ฉลากส่วนประกอบและค่าเล็กน้อย รูปร่างโครงร่างส่วนประกอบและโลโก้ผู้ผลิต การผลิต วันที่รอ

ตัวอักษรมักจะพิมพ์โดยการพิมพ์หน้าจอ