เหตุใดจึงใช้แผ่นทองแดงในการผลิต PCB?

แผงวงจรพิมพ์เป็นส่วนประกอบที่จำเป็นของอุปกรณ์ไฟฟ้าส่วนใหญ่ ปัจจุบัน PCB มีหลายชั้น ได้แก่ ชั้นพื้นผิว ชั้นเคลือบ ชั้นประสาน และชั้นซิลค์สกรีน วัสดุที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งบน PCB คือทองแดง และมีหลายเหตุผลที่ใช้ทองแดงแทนโลหะผสมชนิดอื่นๆ เช่น อะลูมิเนียมหรือดีบุก

PCB ทำมาจากอะไร?

บริษัทประกอบ PCB ระบุว่า PCB ผลิตจากวัสดุที่เรียกว่าสารตั้งต้น ซึ่งทำจากไฟเบอร์กลาสที่เสริมด้วยเรซินอีพอกซี ด้านบนของสารตั้งต้นเป็นชั้นของแผ่นฟอยล์ทองแดงที่สามารถติดได้ทั้งสองด้านหรือเพียงด้านเดียว เมื่อผลิตสารตั้งต้นเสร็จแล้ว ผู้ผลิตจะวางส่วนประกอบต่างๆ ลงบนสารตั้งต้น โดยใช้หน้ากากบัดกรีและซิลค์สกรีนร่วมกับตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ ทรานซิสเตอร์ ไดโอด ชิปวงจร และส่วนประกอบเฉพาะทางอื่นๆ

เหตุใดจึงใช้แผ่นทองแดงใน PCB?

ผู้ผลิต PCB ใช้ทองแดงเพราะทองแดงมีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าและความร้อนได้ดีกว่า เมื่อกระแสไฟฟ้าเคลื่อนที่ไปตาม PCB ทองแดงจะป้องกันไม่ให้ความร้อนไปทำลายหรือทำให้ส่วนอื่นๆ ของ PCB เกิดความเครียด ส่วนโลหะผสมอื่นๆ เช่น อะลูมิเนียมหรือดีบุก PCB อาจร้อนไม่สม่ำเสมอและทำงานได้ไม่ถูกต้อง

ทองแดงเป็นโลหะผสมที่นิยมใช้เนื่องจากสามารถส่งสัญญาณไฟฟ้าไปทั่วบอร์ดได้โดยไม่มีปัญหาเรื่องการสูญเสียหรือลดความเร็วของไฟฟ้า ประสิทธิภาพในการถ่ายเทความร้อนช่วยให้ผู้ผลิตสามารถติดตั้งแผงระบายความร้อนแบบคลาสสิกบนพื้นผิวได้ ทองแดงเองก็มีประสิทธิภาพเช่นกัน เนื่องจากทองแดง 1 ออนซ์สามารถเคลือบพื้นผิว PCB ได้ 1 ตารางฟุต โดยมีความหนา 1.4 พันส่วนต่อนิ้วหรือ 35 ไมโครเมตร

ทองแดงเป็นตัวนำไฟฟ้าได้ดีเนื่องจากมีอิเล็กตรอนอิสระที่สามารถเคลื่อนที่จากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งได้โดยไม่ชะลอตัวลง เนื่องจากทองแดงยังคงมีประสิทธิภาพในระดับที่บางมากเช่นเดียวกับในระดับที่หนากว่า ดังนั้นทองแดงเพียงเล็กน้อยจึงมีประโยชน์มาก

ทองแดงและโลหะมีค่าอื่นๆ ที่ใช้ใน PCB
คนส่วนใหญ่รู้จัก PCB ว่าเป็นสีเขียว แต่โดยทั่วไปแล้ว PCB จะมีสามสีบนชั้นนอก ได้แก่ สีทอง เงิน และแดง นอกจากนี้ PCB ยังมีทองแดงบริสุทธิ์อยู่ทั้งภายในและภายนอก PCB โลหะอื่นๆ บนแผงวงจรจะมีสีต่างๆ กัน ชั้นทองมีราคาแพงที่สุด ชั้นเงินมีราคาแพงเป็นอันดับสอง และชั้นสีแดงมีราคาแพงน้อยที่สุด

การใช้ Immersion Gold ใน PCB
ทองแดงบนแผงวงจรพิมพ์

ชั้นชุบทองใช้สำหรับเศษชิ้นส่วนของขั้วต่อและแผ่นรองส่วนประกอบ ชั้นชุบทองแบบจุ่มมีไว้เพื่อป้องกันการเคลื่อนตัวของอะตอมบนพื้นผิว ชั้นนี้ไม่เพียงแต่มีสีทองเท่านั้น แต่ยังทำจากทองคำแท้ด้วย ทองคำมีความบางมากแต่เพียงพอที่จะยืดอายุการใช้งานของส่วนประกอบที่ต้องบัดกรีได้ ทองคำช่วยป้องกันไม่ให้ชิ้นส่วนที่บัดกรีเกิดการกัดกร่อนตามกาลเวลา

การใช้เงินแช่ใน PCB
เงินเป็นโลหะอีกชนิดหนึ่งที่ใช้ในการผลิต PCB ซึ่งมีราคาถูกกว่าการจุ่มทองมาก การจุ่มเงินสามารถใช้แทนการจุ่มทองได้ เนื่องจากช่วยในการเชื่อมต่อและลดต้นทุนโดยรวมของบอร์ด การจุ่มเงินมักใช้ใน PCB ที่ใช้ในรถยนต์และอุปกรณ์ต่อพ่วงคอมพิวเตอร์

แผ่นลามิเนตเคลือบทองแดงใน PCB
แทนที่จะใช้การจุ่มลงไป ทองแดงจะถูกใช้ในรูปแบบที่หุ้มไว้ นี่คือชั้นสีแดงของ PCB และเป็นโลหะที่ใช้กันทั่วไปที่สุด PCB ทำจากทองแดงเป็นโลหะพื้นฐาน และจำเป็นต้องทำให้วงจรเชื่อมต่อและสื่อสารกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ

แผ่นทองแดงถูกนำมาใช้ใน PCB อย่างไร?

ทองแดงมีประโยชน์หลายอย่างใน PCB ตั้งแต่แผ่นลามิเนตเคลือบทองแดงไปจนถึงแผ่นวงจร ทองแดงมีความสำคัญต่อการทำงานของ PCB อย่างเหมาะสม

PCB Trace คืออะไร?
วงจร PCB คือเส้นทางที่วงจรจะเดินตาม วงจรนี้ประกอบด้วยเครือข่ายของทองแดง สายไฟ และฉนวน รวมถึงฟิวส์และส่วนประกอบต่างๆ ที่ใช้บนบอร์ด

วิธีที่ง่ายที่สุดในการทำความเข้าใจร่องรอยคือลองนึกถึงร่องรอยนั้นว่าเป็นถนนหรือสะพาน เพื่อรองรับยานพาหนะ ร่องรอยนั้นต้องกว้างพอที่จะรองรับยานพาหนะได้อย่างน้อย 2 คัน ต้องมีความหนาเพียงพอที่จะไม่ยุบตัวภายใต้แรงกดดัน นอกจากนี้ ร่องรอยยังต้องทำจากวัสดุที่สามารถรับน้ำหนักของยานพาหนะที่วิ่งอยู่บนร่องรอยได้ แต่ร่องรอยทำหน้าที่ทั้งหมดนี้ในระดับที่น้อยกว่ามากในการเคลื่อนย้ายไฟฟ้าแทนที่จะเป็นรถยนต์

ส่วนประกอบของ PCB Trace
มีส่วนประกอบหลายส่วนที่ประกอบกันเป็นวงจรพิมพ์ PCB ซึ่งมีหน้าที่ต่างๆ มากมายที่ต้องทำเพื่อให้แผงวงจรทำงานได้อย่างเหมาะสม ต้องใช้ทองแดงเพื่อช่วยให้วงจรพิมพ์ทำงานได้ และหากไม่มี PCB เราก็จะไม่มีอุปกรณ์ไฟฟ้าใดๆ ลองนึกภาพโลกที่ไม่มีสมาร์ทโฟน แล็ปท็อป เครื่องชงกาแฟ และรถยนต์ดูสิ นั่นคือสิ่งที่เราจะมีหาก PCB ไม่ใช้ทองแดง

ความหนาของรอย PCB
การออกแบบ PCB ขึ้นอยู่กับความหนาของบอร์ด ความหนาจะส่งผลต่อความสมดุลและจะทำให้ส่วนประกอบต่างๆ เชื่อมต่อกัน

ความกว้างของรอยวงจร PCB
ความกว้างของรอยบากก็มีความสำคัญเช่นกัน ซึ่งไม่ส่งผลกระทบต่อความสมดุลหรือการยึดติดของส่วนประกอบ แต่จะช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้โดยไม่ร้อนเกินไปหรือทำให้บอร์ดเสียหาย

กระแสไฟ PCB
กระแสไฟที่ไหลผ่าน PCB เป็นสิ่งจำเป็น เนื่องจากกระแสไฟนี้เป็นสิ่งที่บอร์ดใช้ในการเคลื่อนย้ายไฟฟ้าผ่านส่วนประกอบและสายไฟ ทองแดงช่วยให้สิ่งนี้เกิดขึ้นได้ และอิเล็กตรอนอิสระบนอะตอมแต่ละอะตอมจะทำให้กระแสไฟเคลื่อนที่อย่างราบรื่นบนบอร์ด

เหตุใดจึงต้องมีแผ่นทองแดงบน PCB

กระบวนการทำ PCB
กระบวนการในการผลิต PCB นั้นเหมือนกัน บางบริษัททำได้เร็วกว่าบริษัทอื่น แต่ทั้งหมดนั้นใช้กระบวนการและวัสดุที่ใกล้เคียงกัน ขั้นตอนต่างๆ มีดังนี้:

สร้างฐานรากจากไฟเบอร์กลาสและเรซิน
วางชั้นทองแดงไว้บนฐานราก
ระบุและกำหนดรูปแบบทองแดง
ล้างกระดานในอ่างน้ำ
เพิ่มหน้ากากประสานเพื่อปกป้อง PCB
ติดซิลค์สกรีนบน PCB
วางและบัดกรีตัวต้านทาน วงจรรวม ตัวเก็บประจุ และส่วนประกอบอื่น ๆ
ทดสอบ PCB

PCB ต้องมีส่วนประกอบเฉพาะทางสูงจึงจะทำงานได้อย่างถูกต้อง องค์ประกอบที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของ PCB คือทองแดง โลหะผสมนี้จำเป็นต่อการนำไฟฟ้าบนอุปกรณ์ที่จะใส่ PCB เข้าไป หากไม่มีทองแดง อุปกรณ์จะไม่ทำงานเนื่องจากไฟฟ้าจะไม่มีโลหะผสมให้เคลื่อนผ่าน