พื้นฐานของ pcb

PCB คืออะไร?

PCB เป็นแผงวงจรพิมพ์ที่เคลือบด้วยทองแดงและไม่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าซึ่งชิ้นส่วนไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดเชื่อมต่อเข้าด้วยกันในบอร์ดเดียวโดยมีการรองรับทางกายภาพสำหรับส่วนประกอบทั้งหมดที่มีฐานของบอร์ด เมื่อ PCB ไม่ได้รับการพัฒนาในเวลานั้นส่วนประกอบทั้งหมดจะเชื่อมต่อด้วยสายไฟซึ่งจะเพิ่มความซับซ้อนและลดความน่าเชื่อถือของวงจรด้วยวิธีนี้เราไม่สามารถสร้างวงจรที่มีขนาดใหญ่มากเช่นเมนบอร์ดได้ ใน PCB ส่วนประกอบทั้งหมดเชื่อมต่อโดยไม่มีสายส่วนประกอบทั้งหมดเชื่อมต่อภายในดังนั้นจะช่วยลดความซับซ้อนของการออกแบบวงจรโดยรวม PCB ใช้เพื่อจัดหากระแสไฟฟ้าและการเชื่อมต่อระหว่างส่วนประกอบต่างๆซึ่งทำงานตามที่ได้รับการออกแบบ PCBs สามารถปรับแต่งสำหรับข้อกำหนดตามความต้องการของผู้ใช้ สามารถพบได้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มากมายเช่น ทีวี, มือถือ, กล้องดิจิตอล, ชิ้นส่วนคอมพิวเตอร์เช่น; กราฟฟิคการ์ดเมนบอร์ด ฯลฯ นอกจากนี้ยังใช้ในหลายสาขาเช่น; อุปกรณ์ทางการแพทย์เครื่องจักรอุตสาหกรรมอุตสาหกรรมยานยนต์แสงสว่าง ฯลฯ

ประเภทของ PCB:

มี PCB หลายประเภทสำหรับวงจร จาก PCB ประเภทนี้เราต้องเลือกประเภทของ PCB ที่เหมาะสมตามการใช้งานของเรา

PCB ชั้นเดียว
PCB สองชั้น
PCB หลายชั้น
PCB ที่ยืดหยุ่น
อลูมิเนียมสำรอง PCB
PCB แบบยืดหยุ่น

1) PCB ชั้นเดียว:

PCB ชั้นเดียวนอกจากนี้ยังเป็นที่รู้จักกันPCB ด้านเดียว PCB ประเภทนี้เป็น PCB ที่เรียบง่ายและใช้กันมากที่สุดเนื่องจาก PCB เหล่านี้ออกแบบและผลิตได้ง่าย ด้านหนึ่งของ PCB นี้เคลือบด้วยชั้นของวัสดุนำไฟฟ้าใด ๆ โดยทั่วไปแล้วทองแดงจะใช้เป็นวัสดุนำไฟฟ้าสำหรับ PCB เนื่องจากทองแดงมีลักษณะการนำไฟฟ้าที่ดีมาก ชั้นของหน้ากากประสานใช้เพื่อป้องกัน PCB จากการเกิดออกซิเดชั่นตามด้วยหน้าจอไหมเพื่อทำเครื่องหมายส่วนประกอบทั้งหมดบน PCB ใน PCB ประเภทนี้ใช้เพียงด้านเดียวของ PCB ในการเชื่อมต่อส่วนประกอบไฟฟ้าหรืออิเล็กทรอนิกส์ประเภทต่างๆเช่นตัวต้านทานตัวเก็บประจุตัวเหนี่ยวนำ ฯลฯ ส่วนประกอบเหล่านี้จะบัดกรี PCB เหล่านี้ใช้ในต้นทุนต่ำและการผลิตจำนวนมากเช่นเครื่องคิดเลขวิทยุเครื่องพิมพ์และไดรฟ์โซลิดสเทต

2) PCB สองชั้น:

สองชั้น PCB ยังเป็นที่รู้จักกันPCB สองด้าน ตามชื่อที่แนะนำใน PCB ประเภทนี้วัสดุนำไฟฟ้าบาง ๆ เช่นทองแดงจะถูกนำไปใช้กับทั้งด้านบนและด้านล่างของบอร์ด ใน PCB บนชั้นต่างๆของบอร์ดประกอบด้วยแผ่นรองซึ่งมีสองแผ่นในตำแหน่งที่สอดคล้องกันในชั้นต่างๆ สิ่งเหล่านี้เชื่อมต่อด้วยไฟฟ้าโดยรูผ่านบอร์ดซึ่งแสดงในรูปที่ 2b มีความยืดหยุ่นมากกว่าต้นทุนค่อนข้างต่ำและข้อดีที่สำคัญที่สุดของบอร์ด PCB ประเภทนี้คือขนาดที่ลดลงซึ่งทำให้วงจรมีขนาดกะทัดรัด PCB ประเภทนี้ส่วนใหญ่จะใช้ในการควบคุมอุตสาหกรรมตัวแปลงระบบ UPS แอปพลิเคชัน HVAC โทรศัพท์เครื่องขยายเสียงและระบบตรวจสอบกำลังไฟ

3) PCB หลายชั้น:

Multilayer PCB มีมากกว่าสองชั้น หมายความว่า PCB ประเภทนี้มีทองแดงเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าอย่างน้อยสามชั้น สำหรับการยึดกาวบอร์ดจะคั่นกลางระหว่างชั้นของฉนวนซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่าความร้อนส่วนเกินจะไม่ทำลายส่วนประกอบใด ๆ ของวงจร การออกแบบ PCB ประเภทนี้มีความซับซ้อนมากและใช้ในงานไฟฟ้าที่ซับซ้อนและมีขนาดใหญ่ในพื้นที่ต่ำมากและวงจรขนาดกะทัดรัด PCB ประเภทนี้ใช้ในแอพพลิเคชั่นขนาดใหญ่เช่นเทคโนโลยี GPS ระบบดาวเทียมอุปกรณ์ทางการแพทย์ไฟล์เซิร์ฟเวอร์และการจัดเก็บข้อมูล

4) PCB ที่ยืดหยุ่น:

PCB ที่มีความยืดหยุ่นเป็นที่รู้จักกันFlex วงจร PCB ประเภทนี้ใช้วัสดุพลาสติกที่มีความยืดหยุ่นเช่นโพลีไมด์ PEEK (Polyether อีเธอร์คีโตน) หรือฟิล์มโพลีเอสเตอร์ใสที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า โดยทั่วไปแผงวงจรจะอยู่ในลักษณะพับหรือบิด นี่เป็น PCB ประเภทที่ซับซ้อนมากและยังมีช่วงของเลเยอร์ที่แตกต่างกันเช่นวงจรเฟล็กซ์ด้านเดียววงจรเฟล็กสองด้านและวงจรเฟล็กซ์หลายด้าน วงจร Flex ใช้ในไดโอดเปล่งแสงอินทรีย์การผลิต LCD เซลล์แสงอาทิตย์แบบยืดหยุ่นอุตสาหกรรมยานยนต์โทรศัพท์มือถือกล้องถ่ายรูปและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อนเช่นแล็ปท็อป

5) PCB แข็ง:

PCB แข็งทำจากวัสดุแข็งซึ่งไม่อนุญาตให้ PCB บิดตัว เช่นเดียวกับ PCB แบบยืดหยุ่น PCB แบบแข็งยังมีการกำหนดค่าเลเยอร์ที่แตกต่างกันเช่นชั้นเดียวสองชั้นและหลายชั้นแข็ง รูปร่างของ PCB นี้จะไม่เปลี่ยนแปลงหลังการติดตั้ง PCB นี้ไม่สามารถโค้งงอตามรูปร่างของฐานได้นั่นคือสาเหตุที่ PCB นี้เรียกว่า RIGID PCB อายุการใช้งานของประเภทของ PCB นี้จะสูงมากดังนั้นนี้จะใช้ในหลายส่วนของคอมพิวเตอร์เช่นRAM, GPU และ CPU ง่ายในการออกแบบและใช้มากที่สุดและผลิต PCB ส่วนใหญ่เป็น PCB แข็งด้านเดียว PCB แบบแข็งหลายชั้นสามารถกระชับได้มากขึ้นโดยมี 9-10 ชั้น

6) PCB แบบยืดหยุ่น:

การรวมกันของวงจรยืดหยุ่นและวงจรแข็งเป็นบอร์ดที่สำคัญที่สุด บอร์ดแบบยืดหยุ่นประกอบด้วย PCB แบบยืดหยุ่นหลายชั้นซึ่งติดอยู่กับชั้น PCB แข็งจำนวนหนึ่ง บอร์ด Flex-rigid ดังแสดงในรูป ใช้ในโทรศัพท์มือถือกล้องดิจิตอลและรถยนต์เป็นต้น

ประเภทของ PCB ตามระบบการติดตั้ง

PCB ผ่านรู
PCB ที่ติดตั้งบนพื้นผิว

1) PCB ผ่านรู:

ใน PCB ประเภทนี้เราต้องเจาะรูโดยใช้สว่านบน PCB ในรูเหล่านี้ตะกั่วของส่วนประกอบจะถูกติดตั้งและบัดกรีเข้ากับแผ่นอิเล็กโทรดที่อยู่ด้านตรงข้ามของ PCB เทคโนโลยีนี้มีประโยชน์มากที่สุดเนื่องจากให้การสนับสนุนเชิงกลมากกว่าสำหรับส่วนประกอบไฟฟ้าและเทคโนโลยีที่เชื่อถือได้มากสำหรับการติดตั้งส่วนประกอบ แต่การเจาะใน PCB ทำให้มีราคาแพงกว่า ใน PCB ชั้นเดียวเทคโนโลยีการติดตั้งนี้ใช้งานได้ง่าย แต่ในกรณีของการทำรูแบบสองชั้นและหลายชั้น PCB นั้นยากกว่า

2) PCB ที่ติดตั้งบนพื้นผิว:

ใน PCB ประเภทนี้ส่วนประกอบมีขนาดเล็กเนื่องจากส่วนประกอบเหล่านี้มีตะกั่วขนาดเล็กมากหรือไม่จำเป็นต้องใช้ตะกั่วในการติดตั้งบนบอร์ด ในเทคโนโลยีนี้ส่วนประกอบ SMD จะติดตั้งโดยตรงบนพื้นผิวของบอร์ดและไม่จำเป็นต้องเจาะรูบนบอร์ด

ส่วนต่างๆของ PCB:

Pad: Pad คืออะไร แต่เป็นชิ้นส่วนของทองแดงซึ่งติดตั้งตะกั่วของส่วนประกอบและใช้ในการบัดกรี Pad ให้การสนับสนุนทางกลกับส่วนประกอบ

การติดตาม:ใน PCB ส่วนประกอบไม่ได้เชื่อมต่อด้วยความช่วยเหลือของสายไฟ ส่วนประกอบทั้งหมดเชื่อมต่อด้วยวัสดุนำไฟฟ้าเช่นทองแดง ชิ้นส่วนทองแดงของ PCB ซึ่งใช้เชื่อมต่อส่วนประกอบทั้งหมดที่เรียกว่า trace Trace มีลักษณะดังรูปด้านล่าง

เลเยอร์:ตามการใช้งานต้นทุนและพื้นที่ว่างของวงจรผู้ใช้สามารถเลือกชั้นของ PCB ได้ ง่ายที่สุดในการก่อสร้างออกแบบง่ายและมีประโยชน์ที่สุดในชีวิตประจำวันคือ PCB ชั้นเดียว แต่สำหรับวงจรที่มีขนาดใหญ่และซับซ้อนมากควรเลือกใช้ PCB สองชั้นหรือ Multi-Layer PCB เมื่อเทียบกับ PCB แบบชั้นเดียว ทุกวันนี้ใน PCB หลายชั้นสามารถเชื่อมต่อได้ 10-12 ชั้นและสิ่งที่สำคัญที่สุดคือการสื่อสารระหว่างส่วนประกอบในเลเยอร์ต่างๆ

ชั้นไหม: ชั้นไหมใช้สำหรับพิมพ์เส้นข้อความหรืองานศิลปะบนพื้นผิวของ PCB โดยปกติแล้วจะใช้หมึกอีพ็อกซี่สำหรับการพิมพ์สกรีน สามารถใช้ชั้นไหมในชั้นบนและ / หรือชั้นล่างของ PCB ตามความต้องการของผู้ใช้ซึ่งเรียกว่าหน้าจอไหมด้านบนและหน้าจอไหมด้านล่าง

ชั้นบนสุดและชั้นล่างสุด:ในชั้นบนสุดของ PCB ส่วนประกอบทั้งหมดจะติดตั้งในชั้นของ PCB นี้ โดยทั่วไปเลเยอร์นี้จะมีสีเขียว ในชั้นล่างสุดของ PCB ส่วนประกอบทั้งหมดจะถูกบัดกรีผ่านรูและตะกั่วของส่วนประกอบเรียกว่าชั้นล่างสุดของ PCB บางครั้งใน PCB ชั้นบนและ / หรือชั้นล่างจะเคลือบด้วยชั้นสีเขียวซึ่งเรียกว่าหน้ากากประสาน

หน้ากากประสาน:มีชั้นเพิ่มเติมอีกหนึ่งชั้นที่ด้านบนของชั้นทองแดงเรียกว่าหน้ากากประสาน โดยทั่วไปเลเยอร์นี้จะมีสีเขียว แต่อาจมีสีใดก็ได้ ชั้นฉนวนนี้ใช้สำหรับป้องกันการสัมผัสแผ่นอิเล็กโทรดกับวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าอื่น ๆ บน PCB โดยไม่ได้ตั้งใจ

วัสดุ PCB:

องค์ประกอบหลักคือพื้นผิวอิเล็กทริกซึ่งมีความแข็งหรือยืดหยุ่น พื้นผิวอิเล็กทริกนี้ใช้กับวัสดุนำไฟฟ้าเช่นทองแดง ในฐานะที่เป็นวัสดุอิเล็กทริกจะใช้ลามิเนตแก้วอีพ็อกซี่หรือวัสดุคอมโพสิต

1) FR4:

FR ย่อมาจาก FIRE RETARDENT สำหรับการผลิต PCB ทุกประเภทวัสดุเคลือบกระจกส่วนใหญ่คือ FR4 FR4 เป็นวัสดุผสมที่มีประโยชน์มากที่สุดเนื่องจากมีส่วนผสมของแก้ว - อีพ็อกซี่

FR4	อุณหภูมิการเปลี่ยนกระจก
มาตรฐาน	130	พบมากที่สุดและใช้กันอย่างแพร่หลาย ถูกที่สุด
ด้วยอุณหภูมิการเปลี่ยนกระจกที่สูงขึ้น	170-180	เข้ากันได้กับเทคโนโลยี reflow ไร้สารตะกั่ว
ปราศจากฮาโลเจน	-	เข้ากันได้กับเทคโนโลยี reflow ไร้สารตะกั่ว

2) FR-1 และ FR-2:

วัสดุนี้ทำจากกระดาษและสารประกอบฟีนอลและวัสดุนี้ใช้สำหรับ PCB ชั้นเดียวเท่านั้น ทั้ง FR1 และ FR2 มีลักษณะที่คล้ายคลึงกันข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคืออุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของแก้ว FR1 มีอุณหภูมิการเปลี่ยนกระจกสูงกว่าเมื่อเทียบกับ FR2 วัสดุเหล่านี้ยังแบ่งย่อยตามมาตรฐานปราศจากฮาโลเจนและไม่ชอบน้ำ

3) CEM-1:

วัสดุเหล่านี้ทำจากกระดาษและอีพ็อกซี่แก้วทอสองชั้นและสารประกอบฟีนอลและวัสดุนี้ใช้สำหรับ PCB ด้านเดียวเท่านั้น CEM-1 สามารถใช้แทน FR4 ได้ แต่ราคาของ CEM1 สูงกว่า FR4

4) CEM-3:

วัสดุนี้เป็นสารประกอบอีพ็อกซี่แก้วสีขาวซึ่งส่วนใหญ่ใช้ใน PCB สองชั้น CEM-3 มีความแข็งแรงเชิงกลต่ำกว่าเมื่อเทียบกับ FR4 แต่มีราคาถูกกว่า FR4 ดังนั้นนี่เป็นทางเลือกที่ดีของ FR4

5) ใยสังเคราะห์:

วัสดุนี้ใช้ใน PCB แบบยืดหยุ่น วัสดุนี้ทำจาก Keepon, rogers, dupont วัสดุนี้มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีมีความยืดหยุ่นช่วงอุณหภูมิกว้างและทนต่อสารเคมีสูง อุณหภูมิในการทำงานของวัสดุนี้คือ -200 ͦCถึง 300 ͦC

6) Prepreg:

Prepreg หมายถึงการชุบล่วงหน้า เป็นไฟเบอร์กลาสชุบเรซิน เรซินเหล่านี้จะถูกทำให้แห้งก่อนดังนั้นเมื่อมันถูกความร้อนมันจะไหลเกาะติดและแช่อยู่อย่างสมบูรณ์ Prepreg มีชั้นกาวที่ให้ความแข็งแรงใกล้เคียงกับ FR4 มีวัสดุหลายรุ่นตามปริมาณเรซินเรซินมาตรฐาน SR เรซิ่นกลาง MR และเรซินสูง HR เลือกตามความหนาโครงสร้างชั้นและอิมพีแดนซ์ที่ต้องการ วัสดุนี้ยังมีอยู่ในอุณหภูมิการเปลี่ยนแก้วสูงและปราศจากฮาโลเจน

ซอฟต์แวร์ออกแบบ PCB:

ด้านล่างนี้คือซอฟต์แวร์ออกแบบ PCB ยอดนิยมบางส่วน คุณสามารถทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับซอฟต์แวร์ออกแบบ PCB เหล่านี้ได้ที่นี่

นกอินทรี:

EAGLE เป็นวิธีที่ได้รับความนิยมและง่ายที่สุดในการออกแบบ PCB EAGLE ย่อมาจากโปรแกรมแก้ไขเค้าโครงกราฟิกที่ใช้งานได้ง่ายซึ่งก่อนหน้านี้พัฒนาโดยคอมพิวเตอร์ CadSoft และปัจจุบัน Autodesk เป็นผู้พัฒนาซอฟต์แวร์นี้ สำหรับการออกแบบแผนภาพวงจร EAGLE มีตัวแก้ไขแผนผัง นามสกุลไฟล์ EAGLE คือ. SCCH และส่วนต่างๆและส่วนประกอบถูกกำหนดในนามสกุล. LBR นามสกุลไฟล์บอร์ดคือ. BRD

มัลติซิม:

Multisim ยังเป็นซอฟต์แวร์การเรียนรู้ที่ทรงพลังและใช้งานง่าย ซึ่งเดิมพัฒนาโดย Electronics Workbench และปัจจุบันเป็นแผนกหนึ่งของ National Instruments (NI) ประกอบด้วยการจำลองไมโครคอนโทรลเลอร์ (MultiMCU) และคุณสมบัติการนำเข้าแบบบูรณาการไปยังซอฟต์แวร์โครงร่าง PCB ซอฟต์แวร์นี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิชาการและในอุตสาหกรรมเพื่อการศึกษาวงจร

EasyEDA:

EasyEDA เป็นซอฟต์แวร์ที่ใช้ในการออกแบบและจำลองวงจร ซอฟต์แวร์นี้เป็นเครื่องมือแบบบูรณาการสำหรับการจับแผนผังการจำลองวงจร SPICE ตาม Ngspice และเค้าโครง PCB ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดของซอฟต์แวร์นี้คือเป็นซอฟต์แวร์บนเว็บและใช้ในหน้าต่างเบราว์เซอร์ ดังนั้นซอฟต์แวร์นี้จึงไม่ขึ้นอยู่กับระบบปฏิบัติการ

ผู้ออกแบบ Altium:

ซอฟต์แวร์นี้พัฒนาโดย บริษัท ซอฟต์แวร์ Altium Limited ของออสเตรเลีย คุณสมบัติหลักของซอฟต์แวร์นี้คือการจับแผนผังการออกแบบ 3D PCB การพัฒนา FPGA และการจัดการรุ่น / ข้อมูล นี่เป็นซอฟต์แวร์ตัวแรกที่นำเสนอการแสดงภาพ 3 มิติและการตรวจสอบความชัดเจนของ PCB โดยตรงจากโปรแกรมแก้ไข PCB

KiCad:ซอฟต์แวร์นี้พัฒนาโดย jean-pierre charras ซอฟต์แวร์นี้มีเครื่องมือที่สามารถสร้าง BoM (Bill of Material), อาร์ตเวิร์คและมุมมอง 3 มิติของ PCB ตลอดจนส่วนประกอบทั้งหมดที่ใช้ในวงจร ส่วนประกอบจำนวนมากมีอยู่ในไลบรารีของซอฟต์แวร์นี้และมีคุณลักษณะที่ผู้ใช้สามารถเพิ่มส่วนประกอบที่กำหนดเองได้ ซอฟต์แวร์นี้รองรับภาษามนุษย์หลายภาษา

CircuitMaker:ซอฟต์แวร์นี้พัฒนาโดย Altium โปรแกรมแก้ไขแผนผังของซอฟต์แวร์นี้รวมถึงการจัดวางองค์ประกอบพื้นฐานและซอฟต์แวร์นี้ใช้เพื่อออกแบบแผนผังหลายช่องและลำดับชั้นขั้นสูง แผนผังทั้งหมดถูกอัปโหลดไปยังเซิร์ฟเวอร์และทุกคนสามารถดูไฟล์เหล่านี้ได้โดยที่คุณต้องมีบัญชี CircuitMaker