El3ctron audiodiyclub.net ซึ่งก็เป็นเจ้าของบทความครับกระผม
เกริ่นหัวข้อมาแบบนี้ เข้าใจว่าหลายๆท่านคงจะรู้ดีอยู่แล้ว ก็ผ่านๆไปนะครับ เดี๋ยวจะว่าเอามะพร้าวมาขายชาวสวนมะพร้าว เรามาทำความรู้จักกันแบบเท่าที่ควรจะรู้ก็พอครับ ไม่ลงรายละเอียดมากนัก แบบเมื่อไปเสวนากะใครเค้าก็บอกได้ว่าที่เห็นแผ่นๆนี่เรียกว่าอะไร ไม่ต้องใช้คำว่า "ที่เป็นแผ่นๆเนี่ยะ " เพราะเรียกไม่ถูกว่ามีชื่อเรียกว่าอะไร ? เป็นแบบไหน
ที่เราจะมาว่ากันในกระทู้นี้ คือเรื่องของ พีซีบี (PCB) หรือคำเต็มในภาษาอังกฤษว่า พริ๊นท์เซอร์กิตบอร์ด (Print Circuit Board) ล้วนๆ ที่มาที่ไป...ก็มีตำนานใช่ว่าจะเกิดขึ้นมาเฉยๆเช่นในปัจจุบัน ย่อมมีอดีตคือที่มาเช่นเดียวกะคนเรา
เข้าเรื่องซะที...ที่มีชื่อถูกเรียกขานว่า Print Circuit Board (PCB) เพราะว่า...ในยุคแรกๆของการคิดประดิษฐ์ พีซีบี ขึ้นมาใช้นั้น เค้าใช้หมึกที่มีคุณสมบัตินำไฟฟ้า เช่น หมึกที่เป็นผงคาร์บอนด์ (จะพบเห็นได้ในวิทยุรุ่นเก่ามากๆ) พิมพ์ลงบนแผ่นฉนวน เพื่อการเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้าของตัวอุปกรณ์แต่ละตัวที่อยู่บนแผ่นฉนวนที่นำ มาใช้ แม้ว่าต่อมาจนถึงปัจจุบันนี้ใช้แผ่นทองแดงบางๆที่เป็นตัวนำมาเคลือบบนฉนวน แทนแล้วก็ตาม แต่เราก็ยังเรียกขานกันว่า "พีซีบี" (PCB)มาจนทุกวันนี้
แล้วแผ่นปริ๊นท์ มีกี่แบบ? อะไรบ้าง ?
ส่วนมากโดยทั่วๆไป จะแยกประเภทเป็นคร่าวๆตามวัสดุที่นำมาเป็นฐานของทองแดง เช่น ฟีนอลิก (phenolic,FR-2) กลาสอิพอกซี่ (glass epoxy,FR-4) เทฟล่อน (teflon) เคมวัน (CEM1) อีกแบบคือ เฟล็กซิเบิ้ล (flexible) และเรียกตามลักษณะการใช้งาน เช่น แบบหน้าเดียว(single Side) แบบสองหน้าธรรมดา(Double Side) แบบสองหน้าเพลททรูโฮล(Double Side Plate Through Hole) และแบบมัลติเลเยอร์(Multi Layer)
พีซีบี ทุกแบบที่กล่าวมาข้างต้นจะมีแผ่นทองแดงบางๆเคลือบอยู่เต็มพื้นที่ เมื่อยังไม่ถูกใช้งาน ความหนาของทองแดงที่เคลือบอยู่นี้ เท่าที่ทราบมีสองความหนาคือ 1 ออนซ์ และ 2 ออนซ์ จะมีให้เลือกใช้แบบที่มีทองแดงสองด้าน และมีทองแดงด้านเดียว สำหรับความหนารวมของแผ่นพีซีบี ก็มีให้เลือกใช้อีกเช่น แบบหนา 1 มิลลิเมตร และมาตรฐานทั่วๆไปที่เราเห็นนั้นจะมีความหนา 1.6 มิลลิเมตร จะมีความหนาพิเศษตามความจำเป็นใช้งาน เช่น หนา 2 มิลลิเมตร หนา 2.5 มิลลิเมตร แต่ต้องสั่งเป็นพิเศษเท่านั้น (หนาขึ้นเฉพาะวัสดุที่เป็นฉนวนเท่านั้น)
แล้วถ้าต้องการความหนาของทองแดงมากกว่ามาตรฐานทั่วๆไป...ต้องทำอย่างไร ? ...เราสามารถสั่งให้ทางผู้ผลิตเพิ่มความหนาของทองแดงให้เราได้ ด้วยการชุบทองแดงเพิ่มความหนาด้วยไฟฟ้า แต่...ค่าใช้จ่ายก็จะเพิ่มขึ้นด้วยเป็นธรรมดา เอาละเรามาดูรายละเอียดคร่าวๆพอรู้จัก พีซีบี แต่ละชนิดและภาพประกอบเท่าที่มีไปก่อน เมื่อมีภาพที่เหมาะสมกว่าค่อยเอามาเปลี่ยนให้ดูดีขึ้นบ้าง
แบบก ลาสอิพอกซี่ ( Glass Epoxy )
พีซีบี แบบนี้ในส่วนที่เป็นฉนวนซึ่งเป็นฐานของตัวนำคือแผ่นทองแดงบางๆ ทำมาจากเส้นใยแก้วถักทอกันเป็นแผ่น ใครไม่เชื่อสามารถพิสูจน์ได้ด้วยการนำแผ่นพีซีบีแบบนี้มาทุบเบาๆหลายๆครั้ง นิดนึง ก็จะพอเห็นแล้วครับว่ามีลายๆปรากฏขึ้นมา เมื่อทอใยแก้วเสร็จแล้วจึงอัดเป็นแผ่นด้วยส่วนผสมของอิพอกซี่เรซิ่น แล้วจึงมาเคลือบแผ่นทองแดงบางๆติดกันด้วยกาว(ไม่ทราบจริงๆว่าเป็นกาว อะไร)อีกครั้งนึงทั้งด้านเดียวและสองด้าน ตามการใช้งาน ดังภาพด้านล่าง เราจะเห็นพีซีบีชนิดนี้ได้ทั่วไปเช่นกัน มีทั้งแบบหน้าเดียว สองหน้า สองหน้าเพลททรูโฮล มัลติเลเยอร์(เช่นแผงวงจรแผ่นใหญ่ๆในคอมพิวเตอร์ ดูดีๆจะเห็นว่ามีทองแดงประมาณสี่ชั้น) สำหรับเรานักดีไอวาย แบบนี้เหมาะดีแล้วครับทั้งราคาที่รับได้ และความสะดวกในการซื้อหาและสั่งทำ คุณภาพ ความคงทน สามารถทำได้ทั่วไปหมด (ซื้อพีซีบีมาทำเองก็ได้) การตัดต้องใช้เลื่อยเพราะค่อนข้างแข็ง เจาะต้องเที่ยงตรงถ้าไม่ใช้สว่านแท่นมือต้องนิ่งๆ ใจเย็นๆ สบายๆ ดอกสว่านจะได้ไม่หักจนเสียอารมณ์
แบบ ฟีนอลิก ( Phenolic )
แบบฟีนอลิก เราจะเห็นได้ทั่วไปเยอะแยะมากมายในอุปกรณ์ต่างๆ เช่นวิทยุกระเป๋าหิ้ว ทีวี เพราะแบบนี้ราคาถูกที่สุดในขณะที่คุณภาพใช้ได้ การผลิตทำได้รวดเร็วในจำนวนมากๆ เพราะเนื้อฟินอลิกนั้นนิ่มและตัดเจาะง่ายๆ ในโรงงานมักจะทำโม(แบบ)แล้วปั๊มออกมาเป็นแผ่นๆได้เรยทั้งส่วนที่เป็นรูและ ช่องๆ ไม่ต้องมาเจาะรูเจาะช่องก่อนให้เสียเวลา ปั๊ม ปึ๊ง ๆ ๆ ก็ได้จำนวนมากแล้ว เนื้อของฟินอลิกจะเป็นสีน้ำตาล จะน้ำตาลอ่อนหรือน้ำตาลแก่ ก็ว่ากันไป น้ำตาลอ่อนน่าจะสวยกว่า ในส่วนของนักโมดิฟายอย่างเราๆ เมื่อนำมาใช้ก็สะดวกดีเช่นกัน ตัดด้วยมีดคัตเตอร์ได้เรย ไม่ต้องถึงกับตัดจนขาด กรีดลึกนิดนึงทั้งสองด้านให้ตรงกันแล้วหัก แต่คุณสมบัติด้อยกว่าแบบอีพอกซี่หน่อยนึง อ่อนตัวง่ายกว่า โค้งงอเมื่อถูกความร้อนง่ายกว่า ติดไฟง่ายกว่า แต่ทำงานง่ายกว่า ราคาถูกกว่า ก็เลือกใช้งานเอา ว่าแบบไหนเหมาะสมกับงาน ข้อสังเกตุส่วนตัว...อย่าใช้หัวแร้งร้อนไปทองแดงจะร่อนง่าย รวมทั้งเวลาบัดกรี อย่าจี้หัวแร้งนาน ทองแดงจะร่อนได้เช่นกัน ไม่เชื่อท่านลองดูได้ต้องการลอกลายทองแดงเล็กๆตรงไหนเอาหัวแร้งแช่ตรงนั้น แล้วดันปลายหัวแร้ง ลายทองแดงจะหลุดออกมาได้เรย พีซีบีแบบอิพอกซี่ก็เช่นกัน
แบบ เคมวัน (Cem1)
แบบเคมวันนี้ เราจะไม่ค่อยได้เห็นบ่อยนัก แต่ว่าก็พอมีใช้อยู่ทั่วไป เพราะมีราคาอยู่ระหว่างแบบฟินอลิก และ อิพอกซี่ ลักษณะจะเป็นเนื้อสีขาวขุ่นหรือค่อนข้างขาว แข็งแรงมากกว่าแบบฟินอลิกแต่น้อยกว่าแบบอิพอกซี่ ที่เห็นได้บ่อยก็อยู่ในผลิตภัณฑ์จำพวก UPS ที่ผลิตในบ้านเราชอบใช้กันมาก เพราะยังผลิตได้ง่ายเช่นเดียวกับแบบฟินอลิก ตัด เจาะ ปั๊ม (จริงๆแล้วเค้าเรียกพั๊นซ์) ราคาย่อมเยาว์กว่าอิพอกซี่ เพื่อทำราคาสินค้ามาตัดราคากันอย่างสนุกสนาน จนพากันลำบากเป็นทิวแถว แทนที่จะแข่งกันด้านคุณภาพ พีซีบีแบบนี้หายากนิดนึงถ้านักดีไอวายจะซื้อมาใช้ ส่วนมากจะสั่งทำกันเป็นจำนวนมากๆในโรงงานเท่านั้น ถ้าเจอก็เอามาใช้เถอะครับพอใช้ได้ในราคาที่ถูกกว่า ลักษณะจะเป็นดังในภาพ (พรุ่งนี้ถ่ายใหม่ลืมไปว่ามีเป็นแผ่นๆด้วย)
แบบ เทฟล่อน (Teflon)
พีซีบี แบบนี้ เอามาลงให้ดูเล่นๆครับ เราคงไม่มีโอกาสซื้อหามาทำแอมป์เล่นแน่นอน เพราะมีคุณสมบัติ ที่ดีมากเกินการใช้งานของเรานักดีไอวาย และไม่มีขายทั่วไป ต้องสั่งเป็นกรณีพิเศษเท่านั้น จะถูกนำไปใช้งานในอากาศยาน และในอุปกรณ์ที่อยู่ในช่วงความถี่ระดับ GHz เช่นความถี่ไมโครเวฟ ดังเช่นแผ่นที่อยู่ในภาพที่เอามาให้ดูนี้ ใช้อยู่ในกล่องทวนสัญญาณไมโครเวฟ
แบบ เฟล็กซิเบิ้ล (Flexible)
พีซีบีแบบนี้ เป็นพีซีบีที่มีฐานที่เป็นฉนวนที่บางมาก ส่วนจะเป็นพลาสติกชนิดใด ไม่ทราบข้อมูล(ขออภัยด้วย) สามารถดัดไปมาให้อยู่ในช่องแคบๆได้สบาย แต่การออกแบบคงไม่ง่าย ในการคำณวนช่วงการหักงอ จะเห็นได้ในอุปกรณ์อิเลคทรอนิคส์ขนาดเล็ก เช่นกล้องถ่ายภาพ เอามาลงให้ดูเล่นอีกเช่นกัน ไม่มีขายทั่วไปแน่นอน ลักษณะเป็นตามภาพที่ไปหามาให้ ไม่มีให้ถ่ายภาพเอง
การ ผลิตพีซีบีจำนวนมากๆทำอย่างไร? (ของแถม)
ในการผลิตพีซีบีจำนวนมากๆในระดับโรงงาน จะใช้เครื่องจักรเป็นเครื่องมือ แทบจะในทุกขั้นตอนการผลิต ขั้นแรกจะนำพีซีบีขนาดใหญ่มาคิดคำนวนพื้นที่ทั้งหมดและเผื่อขอบไว้ให้ เครื่องจักรจับชิ้นงานโดยไม่แตะเข้าไปในชิ้นงาน และต้องใช้พื้นที่ทั้งหมดอย่างคุ้มค่าที่สุด เหลือเศษน้อยที่สุดหรือไม่เหลือเศษเรย เพื่อลดการสูญเสีย และลดต้นทุนการผลิต การทำพีซีบีเราจะทำเป็นแผ่นใหญ่(Panel)พอที่จะทำงานได้สะดวก ตั้งแต่การตัด การเจาะ การขึ้นลาย การพิมพ์สี ขั้นแรกต้นทางจะเป็นผู้เตรียมการผลิต คิดเรียงรูปงานของลูกค้าเป็นแผ่น(Panel)ที่เหมาะสมก่อน แล้วจึงส่งต่อเข้าไปฝ่ายผลิตดำเนินการเจาะ ขึ้นลาย พิมพ์สี ว่ากันไปจนครบขั้นตอน แล้วก็จะออกมาตอนจบตามภาพที่มาให้ดูนี้ เมื่อลูกค้ารับไปแล้ว ก็นำไปใส่ตัวอุปกรณ์ต่างๆเท่าที่จะใส่ได้ แล้วนำมาหักออกเป็นชิ้นเล็กๆ จะเห็นว่าที่ขอบตอนเป็นแผ่นใหญ่(Panel)จะมีรูและตำแหน่งต่างๆเพื่อไปตรงกับ เข็ม(Pin)ที่ยึดขณะทำการผลิตในทุกขั้นตอน ทุกแผ่นที่ทำเสร็จออกมาจึงเหมือนกันหมด(มีที่ผิดก็ผิดเหมือนกันหมดเช่น กัน)ยืมภาพเค้ามา จะไปยืมเค้ามาถ่ายก็เกรง
แล้วดอกสว่านที่ใช้ในงานพีซีบีล่ะ ? มีกี่แบบ แบบไหนบ้าง ?
ดอกสว่านที่ใช้ในงานพีซีบี จะเป็นส่วนผสมของเหล็กและคาร์บอนด์ มีความแข็งมากแต่..เปราะและหักง่ายถ้าเราจะเอามาเจาะแบบธรรมดาอย่างเราๆ เพราะถูกออกแบบมาให้ใช้งานกับเครื่องเจาะที่มีความเร็วสูงมากๆ ซึ่งสว่านทั่วไปทำไม่ได้เราจะเสียอารมณ์ที่ดอกสว่านหักง่ายไป แต่ถ้าสว่านดีๆ และใจเย็นๆค่อยๆเจาะนิ่มๆ ช่วยได้ครับ ดอกสว่านที่ใช้อยู่ในโรงงานผลิตพีซีบี มีสองแบบคือ...ดอกเจาะธรรมดาและ ดอกเร้าท์ การใช้งานดอกเจาะ ก็ใช้เจาะเพื่อเป็นรูเท่านั้นเราสามารถสั่งให้เจาะเป็นช่องก็ได้โดยเจาะซ้ำๆ ติดๆกันต่อเนื่องกันไปแต่จะเสียเวลาและเปลืองดอก เราจะใช้ดอกอีกแบบนึงสำหรับการเจาะช่องโดยเฉพาะนั่นก็คือดอกเร้าท์ ดอกเร้าท์จะทำงานโดยการวิ่งไปตามคำสั่งจี ที่เราป้อนให้เครื่องเจาะโดยการระบุตำแหน่งและจะให้หมุนวนซ้ายหรือวนขวาก็ ได้ตามใจเรา ที่เราเห็นขอบพีซีบีเรียบกริบนั้นก็เป็นการตัดขอบด้วยการเร้าท์นั่นเอง
ยังมีการเจาะพีซีบีในระดับอุตสาหกรรมอีกแบบหนึ่งคือ การเจาะด้วยลำแสงเลเซอร์ รวดเร็ว ประหยัดดอกสว่าน เข้าใจว่าเครื่องเจาะด้วยแสงเลเซอร์นี้ในเมืองไทยก็มีเอาเข้ามาใช้หลายปีแว้ ว
ภาพดอกสว่านไม่ได้เตรียมไว้ จะไปยืมมาถ่ายภาพให้ดู ติดไว้ก่อนจ้ะ
การผลิตพีซีบีแบบมัลติเลเยอร์ ( Multi Layer )
พีซีบีมัลติเลเยอร์ เป็นไงอ่ะ ? หลายท่านคงจะมีคำถามนี้ ตัวอย่างง่ายๆคือแผ่นเมนบอร์ด ในเครื่องคอมพ์พิวเตอร์ของท่านที่เปิดใช้งานอยู่นี่แหละ ในเนื้อของแผ่นพีซีบีที่มีความหนาธรรมดานั้น ดูดีๆเราจะเห็นว่ามีชั้นทองแดงซ่อนอยู่อีกไม่ต่ำกว่าสองชั้น ....เป็นไปได้ไง? ไม่อยากเชื่อ !!! เชื่อเถอะไม่มีใครโกหกแน่นอนเมื่อเค้าบอกมาแบบนี้ แล้วทำได้อย่างไร?
ขออธิบายเท่าที่รู้มา ในการผลิตพีซีบีแบบมัลติเลเยอร์ หรือพีซีบีที่มีชั้นทองแดงหลายๆชั้นในความหนาปกติ นั้นทำแบบนี้ เอาแผ่นพีซีบีที่บางมากๆ มาเจาะด้วยขั้นตอนเดียวกันเหมือนกันทุกแผ่น มีรูไว้ล็อกตำแหน่งเดียวกันทุกแผ่น แล้วนำไปกัดลายทองแดง เสร็จจากการกัดลาย ก็นำไปอัดติดกันเป็นแผ่น(ใช้กาวหรือเปล่าไม่รู้) แล้วจึงลงกระบวนการทรูโฮลเพื่อให้ลายทุกชั้นต่อถึงกัน นำไปทำสีพิมพ์ให้ครบ เสร็จออกมา ใชได้แว้ว (ถ้าข้อมูลการทำพีซีบีแบบมัลติเลเยอร์ไม่ถูกต้องกรุณาแย้งมาทันที)
แล้วในระดับการผลิตในโรงงาน ใช้ไฟล์แบบไหนในการทำงาน ?
เมื่อนำแผ่นพีซีบีมาดูดีๆไกล้ ชัดๆ เช่น main board, sound crad จะเห็นว่ามีลายทองแดงขนาดเล็กๆมากมาย รูที่เชื่อมต่อถึงกันก็เล็กมาก เค้าทำได้อย่างไร ? ในการผลิตในโรงงานทั่วโลกใช้ไฟล์เกอเบอร์ (gerber) ในการทำแบบฟิล์มขึ้นมาใช้สร้างลายทองแดง เพราะไฟล์ชนิดนี้มีความเที่ยงตรงมากที่สุด ไม่ใช้ pdf file หรือ poscript file มาทำแบบ แล้วเกอเบอร์ไฟล์มาจากไหน ? ถ้าจะตอบว่าได้มาจากลูกค้าดิ ก็กวนไปนิดนึงอ่ะ เกอเบอร์ไฟล์แปลงออกมาจากไฟล์พีซีบี โดยโปรแกรมที่ใช้ทำพีซีบีนั่นแล เช่น โพรเทลทุกเวอร์ชั่น(protel,autium) พีแคด(p-cad) ออแคด(orcad) หรือโปรแกรมอื่นๆที่แปลงไฟล์เอ้าท์พุทออกมาเป็นไฟล์เกอเบอร์ (ในโลกนี้มีมากมายนัก) และไฟล์ข้อมูลเจาะ(drill data)ออกมาพร้อมกันได้ด้วย แล้วนำเกอเบอร์ไฟล์ ไปทำฟิล์มด้วยเครื่องยิงฟิล์ม....มีคำถามอีก...เอาไปยิงฟิล์ม...แล้วฟิล์ม ไม่เป็นรูหมดรึ ? การยิงฟิล์มคือการที่ลำแสงวิ่งไปตกกระทบบนฟิล์ม เช่นลำแสงเลเซอร์ ลำแสงแอลอีดี ส่วนที่โดนแสงตกกระทบก็จะเป็นลายดำ เอามาใช้งานได้เรย ส่วนที่ไม่โดนลำแสงก็จะเป็นสีใสๆ...เอ้า..ก็อาจจะมีคำถามอีกว่าแล้วฟิล์มมัน ดำได้อย่างไร ? ฟิล์มแผ่นโดยทั่วไปก่อนใช้งานไม่เป็นสีดำและเคลือบด้วย "เงิน" เมื่อเงินถูกแสงตรงไหน ตรงนั้นจะเป็นสีดำเมื่อเรานำฟิล์มไปลงในน้ำยาเคมีที่เรียกว่า develop เมื่อดำดีแล้วต้องไปลงในเคมีอีกตัวนึงเรียกว่า fixer ตัวนี้จะเป็นตัวคงสภาพความดำของฟิล์มไว้....แล้วผมรู้ได้ไงเชื่อได้รึ ? .....เอาน่า...เชื่อเถอะผมทำที่กล่าวมาทั้งหมดนี่ด้วยตัวเองมาเกือบยี่สิบปี อ่ะ...เชื่อได้ป่าวล่ะ ?
แล้วรู้มั๊ยว่า....มีโรงงานของคนไทยแท้ๆ....สามารถผลิตพีซีบีที่มีลายทอง แดงเล็กเท่าเส้นผมของคนเราได้...และออกรับงานไปทั่วโลกได้อย่างไม่เกรงใจ ใคร...KCE...ไม่ใช่ KFC ย่อมาจากคำไทย กวงเจริญอิเลคทรอนิคส์ นั่นเอง น่าภูมิใจ ไทยก็ทำได้...ถึงแม้ว่าต้องซื้อเทคโนโลยีเค้ามาก็ตาม...แต่ก็ต้องใช้ฝีมือ
เอ๊า...ขอบคุณ ท่าน http://www.audiodiyclub.net/index.php?action=profile;u=5 ด้วยครับสำหรับบทความดี ๆ เช่นนี้
ข้อมูลดีครับ ขอบคุณมากนะครับ
ตอบลบ