แผ่นลายวงจรพิมพ์ หรือ พีซีบี

แผ่นลายวงจรพิมพ์ หรือ พีซีบี (PCB ย่อจาก Printed Circuit Board) หรือนิยมเรียกว่า "แผ่นปรินท์ หรือ แผ่นแผงวงจรอิเลคทรอนิกส์" เป็นแผงที่มีลายทองแดงนำไฟฟ้าอยู่ใช้สำหรับต่อวางอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อประกอบเป็นวงจร แทนการต่อวงจรด้วยสายไฟ ซึ่งมีความซับซ้อนและยุ่งยาก โดยแผงวงจรนี้อาจมีเพียงด้านเดียว (Single side)หรือสองด้าน (Double side)หรือสามารถวางซ้อนกันได้หลายๆ ชั้น (Multi layer) ได้เช่นกัน ตามความต้องการของผู้ออกแบบ

ประเภทของ PCB

1. PCB ชนิดหน้าเดียว (Single-Sided Boards) เป็นชนิดที่มีลายทองแดงหน้าเดียวประกอบไปด้วย ซัพเตรดและชั้นของแผ่นตัวนำเพียงด้านเดียว เป็นที่นิยมใช้กันทั่วไปซึ่งตัวอุปกรณ์จะมีความหนาแน่นของวงจรไม่มากนัก

2. PCB ชนิดสองหน้า (Double-sided Boards) เป็นชนิดที่มีลายทองสองด้านซึ่งประกอบไปด้วย ชั้นของแผ่นตัวนำสองด้านคือด้านบนและด้านล่างประกบกับชั้นซัพเตรดอยู่ วัสดุที่นิยมนำมาใช้คือ ไฟเบอร์
กลาสอิพ็อกซี่ แผ่นงวจรลักษณะนี้จะเหมาะสำหรับงานที่มีตัวอุปกรณ์ที่มีความหนาแน่นมากซึ่งแผ่น PCB ประเภท Double-sided จะเหมาะสำหรับงานหรือวงจรที่ใช้ความถี่ปานกลางถึงความถี่สูง และยังสามารถเชื่อมต่อแบบ Plat through Hole (PTH) เพื่อให้เส้นทั้งสองเชื่อมต่อกันได้สั้นลงด้วย

3. . PCB ชนิดหลายชั้น (Multi-layer Boards) เป็นแผ่นวงจรชนิดหลายชั้น แผ่นวงจรชนิดนี้จะประกอบไปด้วยชั้นของแผ่นตัวนำและซัพเตรดมากกว่าสองชั้นขึ้นไป โดยการอัดชั้นต่างเข้าหากันโดยใช้ความร้อนและเครื่องอัดแรงดันสูงเหมาะสำหรับงานที่มีความหนาแน่นของตัวอุปกรณ์สูงถึงสูงมาก

รูปภาพตัวอย่างแผ่น PCB ชนิด Multilayerเเละรูปภาพตัวอย่างแผ่น PCB ชนิด ฟีนอลลิก

การสร้างแผ่นวงจรพิมพ์และการประกอบวงจรอิเล็กทรอนิกส์

1. เลือกวงจรที่สนใจ (ควรมี IC หรือทรานซิสเตอร์) โดยมีความซับซ้อนพอประมาณ จากแหล่งข้อมูลต่างๆ

หลังจากเอามาให้อาจารย์พิจารณาและให้ความเห็นชอบแล้ว ให้หาซื้อชิ้นส่วนอุปกรณ์มาครบสำหรับใช้ประกอบการออกแบบ แผ่นลายวงจรพิมพ์ต่อไป กรณีที่นักศึกษาต้องการความรู้จักกับอุปกรณ์ขาเพิ่มเติม สามารถสืบค้นได้จาก Internet หรือจาก www.DatasheetCatalog.com 2. สร้างลายวงจรด้วยซอฟแวร์เฉพาะทาง สำหรับผู้เริ่มหัดทำ ขอแนะนำให้ใช้ PCB Wizard 3.5 Pro ซึ่งใช้งานง่ายและมีรูปแบบสวยงามสามาเรียนรู้ด้วยระยะเวลาอันสั้น

3. เมื่อได้ลายวงจรพิมพ์แล้วให้เตรียมต้นแบบ แผ่น Negative Film

แผ่น Negative Film ที่ได้

ในขั้นตอนนี้จะต้องพิมพ์ลาย Negative Film ออกมาในกระดาษธรรมดาก่อนเพื่อทำการตรวจสอบ โดยใช้อุปกรณ์จริงทดลองวางลงบนลายวงจร ว่าสามารถวางได้พอดีหรือไม่ แล้วทำการปรับจนลงตัว (สามารถใส่ชื่อลงที่ว่างก็ได้ )

4. เพื่อความประหยัดให้รวมแผ่น Negative Film ของหลายๆคนจัดลงพื้นที่ของกระดาษไข ขนาด A4 แล้วใช้ Laser Printer พิมพ์ Negative Film ออกมา

5. ตัดแผ่น Negative Film ตามขนาดที่ต้องการใช้จริง แล้ววัดแผ่น PCB ตามที่ ต้องการ

6. ตัดแผ่น PCB ตามขนาดที่ต้องการ และให้ใช้ความระมัดระวังในการทำงาน ควรกระทำอย่างประณีต ไม่เร่งรีบจนได้รับอันตราย

หากมีรอยคมให้ใช้ตะไบขัดลบรอยคมให้เรียบร้อยก่อน

มีดและตะไบที่ใช้ตัดแผ่น PCB

7. นำแผ่น PCB ที่ตัดไป ขัดล้างคราบต่างๆให้หมดจด แล้วระวังอย่าให้ผิวทองแดงสกปรกอีก

8. ตัดแผ่น Dry film ให้มีขนาดเท่าแผ่น PCB อนึ่ง Dry Film เป็นพลาสติกที่ไวต่อแสง UV ควรหลีกเลี่ยงจากแสงจ้า

9. ลอกแผ่นพลาสติกที่ใส ที่ติดผิว Dry film ด้านในออก (ผิวด้านในจะขุ่นกว่าเล็กน้อย) แล้วแปะลงบนแผ่น PCB .ให้เรียบ

10. ใช้เตารีด รีดแผ่น Dry film ให้เรียบ (ต้องใช้ผ้ารองเตารีด) หากมีฟองอาการให้ใช้เข็มเล็กๆ แทงไล่ฟองอาการให้หมด

11. นำแผ่น Negative Film ที่พิมพ์ลงกระดาษไข มาสองความทึบของแสง หากบริเวณใดไม่ดำทึบมากพอ ให้ใช้ปากกาเคมีหมึกสีดำชนิด Permanent เขียนทับจนดำสนิท

หมายเหตุ Inkjet printer สามาพิมพ์ลงกระดาษไขได้ แต่เส้นอาจจะไม่คมชัดเท่าเครื่องพิมพ์เลเซอร์ เครื่องเลเซอร์ที่หมดใกล้หมด ไม่ที่จะใช้พิมพ์ Negative Film เพราะแต่งหมึกดำมากจนเกินไป การพิมพ์บนกระดาษไขเขียนแบบ ทำให้ส่วนสีดำไม่ทึกพอ ทำให้ฉายแสงนานไม่ได้ เพราะจะทำให้ล้างออกง่ายมาก

 

12. นำแผ่น Negative Film ทาบลงบนแผ่น PCB ที่ติด Dry film (อาจจะใช้กระดาษกาวช่วยในการติดประกบ) แล้วใช้กระจกวางทับ เพื่อนำไปฉายแสง

13. นำไปฉายแสง UV โดยใช้เวลาประมาณ 15 ถึง 20 นาที

14. ลอกแผ่นพลาสติกบนแผ่น Dry film ออก แล้วนำไปแช่ใน Developer (สารละลายโซเดียมคาร์บอเนต) เพื่อขึ้นลายวงจร ( ในขั้นตอนนี้จะเจาะมุมแผ่น PCB แล้วร้อยด้วยลวดทองแดง เพื่อใช้จับชิ้นงานในการจุ่มกรดและด่างต่อไป)

15. นำแผ่น PCB ที่ขึ้นลายวงจรแล้ว ไปกัดทองแดงเพื่อให้เหลือแต่ลายวงจรด้วย เฟอริกคลอไรค์ (Fecl3) มีฤทธิ์เป็นกรดแก่

16 นำแผ่น PCB ที่ได้ไปจุ่มใน Stripper (สารละลายโซเดียมโฮดรอกไซร์) เพื่อลอกเนื้อ Dry film ออก

17.นำแผ่น PCB ที่ได้ไปเจาะรูเพื่อวางชิ้นส่วนของวงจร โดย ปกติจะใช้ดอกสว่าน 2 ขนาด รูขนาดเล็ก สำหรับขาของ R หรือ C ส่วนรูขนาดใหญ่สำหรับขา Diode หรือ ขา IC และควรพิจารณาก่อนทำการเจาะรู เพื่อให้การบัดกรีทำได้ง่ายและสวยงาม

18.นำแผ่น PCB ที่เจาะรูแล้ว ไปทาน้ำยาเคลือบโดยทา 2 รอบ ( รอให้แห้ง แล้วทาซ้ำ ) ให้ทองแดงไม่หมองง่าย

19. วางอุปกรณ์ แล้วทำการบัดกรี พยายามไห้อุปกรณ์แนบกับแผ่น PCB ตรวจสอบขั้วและ ขา ของอุปกรณ์ที่บัดกรีให้ถูกต้อง ควรระวังเศษโลหะพาดผ่านเนื้อทองแดง จะทำให้เกิดความเสียหายเมื่อจ่ายไฟเลี้ยง เมื่อเสร็จแล้วนำไปทดสอบการทำงาน

ทดสอบวงจรไฟกระพริบ

ตัวอย่างวงจรที่เสร็จสมบูรณ์

***ปัญหาและวิธีการแก้ไข***

ปัญหาที่พบ

1.การวาดลายวงจรในโปรแกรมมีความผิดพลาดเนื่องจากไม่มีประสบการณ์ในการวาดแผนวงจร

2. negative film มีเส้นที่ทับซ้อนกันทำให้กลายเป็นจุดเดียวกัน และขาไอซีเชื่อมติดกัน

3.แผ่นวงจรไม่ชัดเนื่องจากการทับซ้อนกันไม่พอดีของ negative film ขณะฉายแสง

4.การเจาะรูไม่ค่อยตรงกับขาอุปกรณ์และมีรอยแตกด้านหลังของแผ่นวงจร

5.การบัดกรีออกมาไม่ดีอาจมาจากความสกปรกของหัวแร้งและขาดประสบการณ์

6.เมื่อบัดกรีเสร็จแล้วแต่เมื่อนำมาทดสอบไม่สำเร็จ

แนวทางแก้ไขปัญหา

1.ควรปรึกษาผู้ที่มีความรู้ เช่น อาจารย์ รุ่นพี่ที่มีความชำนาญ เป็นต้น นอกจากนี้ต้องพยายามทำความเข้าใจด้วยตนเองควบคู่ไปด้วย

2.ต้องแก้ไขลายวงจรให้เสร็จก่อนที่จะนำไปทำ negative film แต่ถ้าไม่ได้แก้ไข ต้องใช้ปากกาดำขีด negative film ตรงจุดจุดที่เชื่อมกันแยกออกจากกัน

3.ในขณะที่นำ negative film ทั้ง 2 แผ่นมาทับซ้อนกันควรระมัดระวังให้แผ่นทั้ง 2 ทับซ้อนกันพอดี เพื่อใหแผ่นวงจรหลังการฉายแสงมีลายวงจรที่ชัดเจน

4.การเจาะรูต้องทำด้วยความระมัดระวัง พยายามเจาะรูให้ตรงกับขาอุปกรณ์มากที่สุดเท่าที่จะทำได้ และเจาะไม่ต้องแรงเพราะจะทำให้ด้านหลังแผ่นวงจรแตกได้

5.ต้องทำความสะอาดบัดกรีก่อนการใช้ และต้องฝึกฝนให้มากเพื่อให้เกิดความชำนาญ

6.ต้องตรวจสอบแผ่นวงจรใหม่ทั้งหมดว่าเกิดการผิดพลาดตรงไหน เมื่อพบแล้วก็ทำการแก้ไข