การแนะนำโดยละเอียดเกี่ยวกับ PCB

พีซีบีผลิตโดยเทคโนโลยีการพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์จึงเรียกว่าแผงวงจรพิมพ์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เกือบทุกชนิด ตั้งแต่หูฟัง แบตเตอรี่ เครื่องคิดเลข ไปจนถึงคอมพิวเตอร์ อุปกรณ์สื่อสาร เครื่องบิน ดาวเทียม ตราบใดที่มีการใช้ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ เช่น วงจรรวม PCB ก็ใช้สำหรับการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างอุปกรณ์เหล่านั้น

PCB และ PCBA คือ PCB ที่มีส่วนประกอบที่ไม่ได้ติดตั้ง ซึ่งก็คือ PCBA (Printed Circuit Board Assembly) ซึ่งก็คือ PCB ที่ติดตั้งส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ (เช่น ชิป ขั้วต่อ ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ ตัวเหนี่ยวนำ ฯลฯ)

ต้นกำเนิดของ PCB
ในปี 1925 Charles Ducas ในสหรัฐอเมริกา (ผู้ริเริ่มวิธีการเติมแต่ง) พิมพ์ลวดลายวงจรบนพื้นผิวฉนวน จากนั้นจึงสร้างตัวนำเป็นสายไฟโดยการชุบด้วยไฟฟ้าได้สำเร็จ

ในปี 1936 ชาวออสเตรีย Paul Eisler (ผู้ริเริ่มวิธีการลบ) เป็นคนแรกที่ใช้แผงวงจรพิมพ์ในวิทยุ

ในปี 1943 ชาวอเมริกันได้นำเทคโนโลยีนี้ไปใช้กับวิทยุทางทหาร ในปีพ.ศ. 2491 สหรัฐอเมริกายอมรับสิ่งประดิษฐ์ดังกล่าวอย่างเป็นทางการเพื่อใช้ในเชิงพาณิชย์

แผงวงจรพิมพ์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายตั้งแต่กลางทศวรรษ 1950 และปัจจุบันมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์

แผงวงจรพิมพ์มีการพัฒนาจากชั้นเดียวเป็นสองด้าน หลายชั้น และมีความยืดหยุ่น และยังคงรักษาแนวโน้มการพัฒนาของตัวเอง เนื่องจากการพัฒนาอย่างต่อเนื่องในทิศทางของความแม่นยำสูง ความหนาแน่นสูงและความน่าเชื่อถือสูง การลดขนาดอย่างต่อเนื่อง การลดต้นทุน และการปรับปรุงประสิทธิภาพ แผงวงจรพิมพ์ยังคงรักษาพลังที่แข็งแกร่งในการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในอนาคต

การอภิปรายเกี่ยวกับแนวโน้มการพัฒนาในอนาคตของเทคโนโลยีการผลิตแผงวงจรพิมพ์ในและต่างประเทศมีความสอดคล้องกันโดยทั่วไป นั่นคือ ความหนาแน่นสูง ความแม่นยำสูง รูรับแสงละเอียด ลวดเส้นเล็ก ระยะพิทช์เล็ก ความน่าเชื่อถือสูง การส่งข้อมูลแบบหลายชั้นและความเร็วสูง น้ำหนักเบา ในด้านการผลิตกำลังพัฒนาไปในทิศทางการเพิ่มผลผลิต ลดต้นทุน ลดมลพิษ และปรับให้เข้ากับการผลิตแบบหลายพันธุ์และแบบชุดเล็ก

บทบาทของพีซีบี
ก่อนที่แผงวงจรพิมพ์จะปรากฏขึ้น การเชื่อมต่อระหว่างส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ได้รับการเชื่อมต่อโดยตรงด้วยสายไฟเพื่อสร้างวงจรที่สมบูรณ์

หลังจากที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใช้แผงวงจรพิมพ์แล้ว เนื่องจากความสม่ำเสมอของแผงวงจรพิมพ์ที่คล้ายกัน จึงหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดในการเดินสายไฟแบบแมนนวล

แผงวงจรพิมพ์สามารถให้การสนับสนุนทางกลในการยึดและประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ เช่น วงจรรวม การเดินสายไฟและการต่อไฟฟ้าหรือฉนวนไฟฟ้าระหว่างส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ เช่น วงจรรวม และให้คุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ต้องการ เช่น คุณลักษณะ อิมพีแดนซ์ ฯลฯ สามารถจัดเตรียมกราฟิกหน้ากากประสานสำหรับการบัดกรีอัตโนมัติ และจัดเตรียมอักขระประจำตัวและกราฟิกสำหรับการแทรกส่วนประกอบ การตรวจสอบ และการบำรุงรักษา
การจำแนกประเภทของ PCB
1. การจำแนกประเภทตามวัตถุประสงค์
แผงวงจรพิมพ์พลเรือน (ผู้บริโภค): แผงวงจรพิมพ์ที่ใช้ในของเล่น กล้องถ่ายรูป โทรทัศน์ เครื่องเสียง โทรศัพท์มือถือ ฯลฯ
แผงวงจรพิมพ์อุตสาหกรรม (อุปกรณ์): แผงวงจรพิมพ์ที่ใช้ในการรักษาความปลอดภัย รถยนต์ คอมพิวเตอร์ เครื่องจักรสื่อสาร เครื่องมือ ฯลฯ
แผงวงจรพิมพ์ทางทหาร: แผงวงจรพิมพ์ที่ใช้ในการบินและอวกาศและเรดาร์ ฯลฯ

2. การจำแนกประเภทตามประเภทของวัสดุพิมพ์
แผงวงจรพิมพ์ที่ใช้กระดาษ: แผงวงจรพิมพ์ที่ใช้กระดาษฟีนอลิก แผงวงจรพิมพ์ที่ใช้กระดาษอีพอกซี ฯลฯ
แผงวงจรพิมพ์ที่ใช้ผ้าแก้ว: แผงวงจรพิมพ์ที่ใช้ผ้าแก้วอีพอกซี, แผงวงจรพิมพ์ที่ใช้ผ้าแก้ว PTFE ฯลฯ
แผงวงจรพิมพ์ใยสังเคราะห์: แผงวงจรพิมพ์ใยสังเคราะห์อีพ็อกซี่ ฯลฯ
แผงวงจรพิมพ์พื้นผิวฟิล์มอินทรีย์: แผงวงจรพิมพ์ฟิล์มไนลอน ฯลฯ
แผงวงจรพิมพ์พื้นผิวเซรามิก
แผงวงจรพิมพ์ที่ใช้แกนโลหะ
3. จำแนกตามโครงสร้าง
ตามโครงสร้าง แผงวงจรพิมพ์สามารถแบ่งออกเป็นแผงวงจรพิมพ์แบบแข็ง แผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น และแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่นแบบแข็ง

4. จำแนกตามจำนวนชั้น
ตามจำนวนชั้น แผงวงจรพิมพ์สามารถแบ่งออกเป็นบอร์ดด้านเดียว บอร์ดสองด้าน บอร์ดหลายชั้น และบอร์ด HDI (บอร์ดเชื่อมต่อที่มีความหนาแน่นสูง)
1) ด้านเดียว
กระดานด้านเดียวหมายถึงแผงวงจรที่ต่อสายไว้เพียงด้านเดียว (ด้านบัดกรี) ของแผงวงจร และส่วนประกอบ ป้ายกำกับส่วนประกอบ และป้ายกำกับข้อความทั้งหมดจะถูกวางไว้ที่อีกด้านหนึ่ง (ด้านส่วนประกอบ)

คุณสมบัติที่ใหญ่ที่สุดของแผงด้านเดียวคือราคาที่ต่ำและกระบวนการผลิตที่เรียบง่าย อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการเดินสายไฟสามารถทำได้บนพื้นผิวเดียวเท่านั้น การเดินสายไฟจึงยากขึ้น และการเดินสายไฟมีแนวโน้มที่จะล้มเหลว ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับวงจรที่ค่อนข้างเรียบง่ายบางวงจรเท่านั้น

2) สองด้าน
บอร์ดสองด้านมีสายทั้งสองด้านของบอร์ดฉนวน ด้านหนึ่งใช้เป็นชั้นบนสุด และอีกด้านหนึ่งใช้เป็นชั้นล่างสุด ชั้นบนและชั้นล่างเชื่อมต่อกันด้วยไฟฟ้าผ่านจุดแวะ

โดยปกติแล้ว ส่วนประกอบบนบอร์ดสองชั้นจะอยู่ที่ชั้นบนสุด อย่างไรก็ตามบางครั้งส่วนประกอบสามารถวางบนทั้งสองชั้นเพื่อลดขนาดของบอร์ดได้ บอร์ดสองชั้นมีราคาปานกลางและเดินสายไฟได้ง่าย เป็นชนิดที่ใช้กันมากที่สุดในแผงวงจรทั่วไป

3) บอร์ดหลายชั้น
แผงวงจรพิมพ์ที่มีมากกว่าสองชั้นเรียกรวมกันว่าบอร์ดหลายชั้น

4) บอร์ด HDI
บอร์ด HDI เป็นแผงวงจรที่มีความหนาแน่นของการกระจายวงจรค่อนข้างสูงโดยใช้เทคโนโลยีฝังรูแบบไมโครบอด

โครงสร้างพีซีบี
PCB ส่วนใหญ่ประกอบด้วยลามิเนตหุ้มทองแดง (ทองแดงหุ้มลามิเนต, CCL), พรีเพก (แผ่น PP), ฟอยล์ทองแดง (ฟอยล์ทองแดง), หน้ากากประสาน (หรือที่เรียกว่าหน้ากากประสาน) (หน้ากากประสาน) ในเวลาเดียวกัน เพื่อปกป้องฟอยล์ทองแดงที่สัมผัสบนพื้นผิวและให้ผลการเชื่อม จำเป็นต้องดำเนินการรักษาพื้นผิวบน PCB และบางครั้งก็มีการทำเครื่องหมายด้วยตัวอักษรด้วย

1) ลามิเนตหุ้มทองแดง
ลามิเนตเคลือบทองแดง (CCL) เรียกว่าลามิเนตเคลือบทองแดงหรือลามิเนตเคลือบทองแดงเป็นวัสดุพื้นฐานสำหรับการผลิตแผงวงจรพิมพ์ ประกอบด้วยชั้นอิเล็กทริก (เรซิน ใยแก้ว) และตัวนำที่มีความบริสุทธิ์สูง (ฟอยล์ทองแดง) ประกอบด้วยวัสดุคอมโพสิต

จนกระทั่งถึงปี 1960 ผู้ผลิตมืออาชีพใช้ฟอยล์ทองแดงเรซินฟอร์มาลดีไฮด์เป็นวัสดุฐานในการผลิต PCB ด้านเดียว และจำหน่ายเข้าสู่ตลาดเครื่องเล่นแผ่นเสียง เครื่องบันทึกเทป เครื่องบันทึกวิดีโอ ฯลฯ ต่อมา เนื่องจากการเพิ่มขึ้นสองเท่า -เทคโนโลยีการผลิตการชุบทองแดงรูทะลุด้าน ทนความร้อน ขนาด พื้นผิวแก้วอีพ็อกซี่ที่มีความเสถียรมีการใช้กันอย่างแพร่หลายจนถึงปัจจุบัน ปัจจุบันมีการใช้ FR4, FR1, CEM3, แผ่นเซรามิก และแผ่นเทฟลอนกันอย่างแพร่หลาย

ปัจจุบัน PCB ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายโดยวิธีการแกะสลักคือการเลือกกัดบนแผ่นทองแดงเพื่อให้ได้รูปแบบวงจรที่ต้องการ ลามิเนตหุ้มทองแดงส่วนใหญ่มีฟังก์ชั่นการนำไฟฟ้า ฉนวน และการรองรับบนแผงวงจรพิมพ์ทั้งหมดสามฟังก์ชั่น ประสิทธิภาพ คุณภาพ และต้นทุนการผลิตของแผงวงจรพิมพ์ขึ้นอยู่กับลามิเนตหุ้มทองแดงเป็นส่วนใหญ่

2) พรีเพก
พรีเพกหรือที่รู้จักในชื่อแผ่น PP เป็นหนึ่งในวัสดุหลักในการผลิตแผ่นหลายชั้น ประกอบด้วยเรซินและวัสดุเสริมแรงเป็นหลัก วัสดุเสริมแรงแบ่งออกเป็นผ้าใยแก้ว (เรียกว่าผ้าแก้ว) ฐานกระดาษและวัสดุคอมโพสิต

พรีเพก (แผ่นกาว) ส่วนใหญ่ที่ใช้ในการผลิตแผงวงจรพิมพ์หลายชั้นใช้ผ้าแก้วเป็นวัสดุเสริมแรง วัสดุแผ่นบางที่ทำโดยการชุบผ้าแก้วที่ผ่านการบำบัดด้วยกาวเรซิน แล้วนำไปอบล่วงหน้าด้วยการบำบัดความร้อนเรียกว่าพรีเพก พรีเพกจะนิ่มลงภายใต้ความร้อนและความดัน และแข็งตัวเมื่อเย็นลง

เนื่องจากจำนวนเส้นด้ายต่อหน่วยความยาวของผ้าแก้วในทิศทางด้ายยืนและพุ่งแตกต่างกัน จึงควรให้ความสนใจกับทิศทางด้ายยืนและพุ่งของพรีเพกเมื่อทำการตัด โดยทั่วไป ทิศทางการบิดงอ (ทิศทางที่ผ้าแก้วโค้งงอ) จะถูกเลือกเป็นทิศทางด้านสั้นของบอร์ดการผลิต และทิศทางด้านซ้ายคือ ทิศทางของด้านยาวของบอร์ดการผลิตคือเพื่อให้แน่ใจว่าความเรียบของ พื้นผิวบอร์ดและป้องกันไม่ให้บอร์ดการผลิตบิดเบี้ยวและเสียรูปหลังจากถูกความร้อน

3) ฟอยล์ทองแดง
ฟอยล์ทองแดงเป็นฟอยล์โลหะบางๆ ต่อเนื่องกันที่สะสมอยู่บนชั้นฐานของแผงวงจร ในฐานะตัวนำของ PCB จึงสามารถเชื่อมเข้ากับชั้นฉนวนได้อย่างง่ายดาย และแกะสลักเพื่อสร้างรูปแบบวงจร

ฟอยล์ทองแดงอุตสาหกรรมทั่วไปสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: ฟอยล์ทองแดงรีด (ฟอยล์ทองแดง RA) และฟอยล์ทองแดงด้วยไฟฟ้า (ฟอยล์ทองแดง ED):
ฟอยล์ทองแดงรีดมีความเหนียวที่ดีและมีลักษณะอื่น ๆ และเป็นฟอยล์ทองแดงที่ใช้ในกระบวนการซอฟต์บอร์ดในยุคแรก
ฟอยล์ทองแดงด้วยไฟฟ้ามีข้อได้เปรียบในด้านต้นทุนการผลิตที่ต่ำกว่าฟอยล์ทองแดงแบบรีด

4) หน้ากากประสาน
ชั้นต้านทานการบัดกรีหมายถึงส่วนของแผงวงจรพิมพ์ที่มีหมึกต้านทานการบัดกรี

หมึกต้านทานการบัดกรีมักจะเป็นสีเขียว และบางชนิดใช้สีแดง สีดำ และสีน้ำเงิน เป็นต้น ดังนั้นหมึกต้านทานการบัดกรีจึงมักเรียกว่าน้ำมันสีเขียวในอุตสาหกรรม PCB เป็นชั้นป้องกันถาวรของแผงวงจรพิมพ์ ซึ่งสามารถป้องกันความชื้น ป้องกันการกัดกร่อน ป้องกันโรคราน้ำค้าง และรอยขีดข่วนทางกล ฯลฯ แต่ยังป้องกันไม่ให้ชิ้นส่วนถูกเชื่อมไปยังตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง

5) การรักษาพื้นผิว
“พื้นผิว” ที่ใช้ในที่นี้หมายถึงจุดเชื่อมต่อบน PCB ที่ให้การเชื่อมต่อทางไฟฟ้าระหว่างส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์หรือระบบอื่นกับวงจรบน PCB เช่น จุดเชื่อมต่อของแผ่นอิเล็กโทรดหรือจุดเชื่อมต่อหน้าสัมผัส ความสามารถในการบัดกรีของทองแดงเปลือยนั้นดีมาก แต่จะถูกออกซิไดซ์และมลภาวะได้ง่ายเมื่อสัมผัสกับอากาศ ดังนั้นจึงควรคลุมฟิล์มป้องกันไว้บนพื้นผิวของทองแดงเปลือย

กระบวนการบำบัดพื้นผิว PCB ทั่วไป ได้แก่ HASL ตะกั่ว, HASL ไร้สารตะกั่ว, การเคลือบอินทรีย์ (สารกันบูดประสานอินทรีย์, OSP), ทองคำแช่, เงินแช่, ดีบุกแช่และนิ้วเคลือบทอง ฯลฯ ด้วยการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องของกฎระเบียบด้านการคุ้มครองสิ่งแวดล้อม กระบวนการ lead HASL ได้ถูกห้ามอย่างค่อยเป็นค่อยไป

6) ตัวละคร
อักขระคือเลเยอร์ข้อความ ที่ชั้นบนสุดของ PCB อาจไม่ปรากฏ และโดยทั่วไปจะใช้สำหรับการแสดงความคิดเห็น

โดยปกติ เพื่ออำนวยความสะดวกในการติดตั้งและบำรุงรักษาวงจร รูปแบบโลโก้และรหัสข้อความที่ต้องการจะถูกพิมพ์บนพื้นผิวด้านบนและด้านล่างของบอร์ดที่พิมพ์ เช่น ฉลากส่วนประกอบและค่าที่ระบุ รูปร่างโครงร่างของส่วนประกอบ และโลโก้ของผู้ผลิต การผลิต วันที่รอ

โดยทั่วไปอักขระจะถูกพิมพ์โดยการพิมพ์สกรีน