เหตุใดจึงใช้แผ่นฟอยล์ทองแดงในการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB)?

แผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) เป็นส่วนประกอบที่จำเป็นของอุปกรณ์ไฟฟ้าส่วนใหญ่ ปัจจุบัน PCB มีหลายชั้น ได้แก่ ชั้นรองรับ (substrate), เส้นทางเดินสัญญาณ (traces), ชั้นเคลือบป้องกันการบัดกรี (solder mask) และชั้นพิมพ์ลาย (silkscreen) วัสดุที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งใน PCB คือทองแดง และมีเหตุผลหลายประการที่ใช้ทองแดงแทนโลหะผสมอื่นๆ เช่น อะลูมิเนียมหรือดีบุก

แผงวงจรพิมพ์ (PCB) ทำมาจากอะไร?

บริษัทผู้ผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ระบุว่า แผงวงจรพิมพ์ทำจากวัสดุที่เรียกว่าซับสเตรต ซึ่งทำจากใยแก้วเสริมแรงด้วยเรซินอีพ็อกซี เหนือซับสเตรตจะเป็นชั้นฟอยล์ทองแดงที่สามารถยึดติดได้ทั้งสองด้านหรือด้านเดียว เมื่อผลิตซับสเตรตเสร็จแล้ว ผู้ผลิตจะวางชิ้นส่วนต่างๆ ลงบนนั้น โดยใช้สารเคลือบป้องกันการบัดกรีและซิลค์สกรีนร่วมกับตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ ทรานซิสเตอร์ ไดโอด ชิปวงจร และชิ้นส่วนเฉพาะทางอื่นๆ

เหตุใดจึงใช้แผ่นฟอยล์ทองแดงในแผงวงจรพิมพ์ (PCB)?

ผู้ผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ใช้ทองแดงเพราะมีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดีเยี่ยม เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลไปตามแผงวงจรพิมพ์ ทองแดงจะช่วยป้องกันความร้อนไม่ให้ทำลายและสร้างความเสียหายให้กับส่วนอื่นๆ ของแผงวงจรพิมพ์ หากใช้โลหะผสมอื่นๆ เช่น อะลูมิเนียมหรือดีบุก แผงวงจรพิมพ์อาจร้อนไม่สม่ำเสมอและทำงานไม่ถูกต้อง

ทองแดงเป็นโลหะผสมที่นิยมใช้ เนื่องจากสามารถส่งสัญญาณไฟฟ้าได้ทั่วถึงโดยไม่มีปัญหาการสูญเสียหรือการลดทอนของกระแสไฟฟ้า ประสิทธิภาพในการถ่ายเทความร้อนทำให้ผู้ผลิตสามารถติดตั้งแผ่นระบายความร้อนแบบคลาสสิกบนพื้นผิวได้ ทองแดงเองก็มีประสิทธิภาพสูง โดยทองแดงหนึ่งออนซ์สามารถครอบคลุมพื้นที่หนึ่งตารางฟุตของแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ที่ความหนา 1.4 ในพันนิ้ว หรือ 35 ไมโครเมตรได้

ทองแดงมีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าสูงมาก เนื่องจากมีอิเล็กตรอนอิสระที่สามารถเคลื่อนที่จากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งได้โดยไม่ชะลอตัว เนื่องจากประสิทธิภาพในการนำไฟฟ้ายังคงเท่าเดิมทั้งในระดับที่บางมากและระดับที่หนากว่า จึงทำให้ทองแดงเพียงเล็กน้อยก็สามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ทองแดงและโลหะมีค่าอื่นๆ ที่ใช้ในแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
คนส่วนใหญ่มักรู้จักแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ว่าเป็นสีเขียว แต่โดยปกติแล้วชั้นนอกสุดของแผงวงจรจะมีสามสี ได้แก่ สีทอง สีเงิน และสีแดง นอกจากนี้ยังมีทองแดงบริสุทธิ์ทั้งด้านในและด้านนอกของแผงวงจร โลหะอื่นๆ บนแผงวงจรจะปรากฏเป็นสีต่างๆ ชั้นสีทองมีราคาแพงที่สุด ชั้นสีเงินมีราคาสูงเป็นอันดับสอง และชั้นสีแดงมีราคาถูกที่สุด

การใช้ทองคำเปลวแบบจุ่มในแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
ทองแดงบนแผ่นวงจรพิมพ์

ชั้นเคลือบทองใช้สำหรับส่วนต่อประสานและแผ่นรองของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ชั้นทองที่ชุบด้วยวิธีจุ่มนี้มีไว้เพื่อป้องกันการเคลื่อนตัวของอะตอมบนพื้นผิว ชั้นนี้ไม่ได้มีเพียงแค่สีทองเท่านั้น แต่ทำจากทองคำแท้ ทองคำที่เคลือบนั้นบางมาก แต่ก็เพียงพอที่จะยืดอายุการใช้งานของชิ้นส่วนที่ต้องบัดกรี ทองคำยังช่วยป้องกันไม่ให้ชิ้นส่วนที่บัดกรีสึกกร่อนเมื่อเวลาผ่านไป

การใช้เงินชุบในแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
เงินเป็นโลหะอีกชนิดหนึ่งที่ใช้ในการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) มีราคาถูกกว่าการชุบทองอย่างมาก การใช้เงินชุบทองสามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการเชื่อมต่อ และลดต้นทุนโดยรวมของแผงวงจรได้ เงินชุบทองมักใช้ในแผงวงจรพิมพ์ที่ใช้ในรถยนต์และอุปกรณ์ต่อพ่วงคอมพิวเตอร์

แผ่นลามิเนตเคลือบทองแดงในแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
แทนที่จะใช้วิธีการจุ่ม ทองแดงถูกนำมาใช้ในรูปแบบเคลือบ นี่คือชั้นสีแดงของแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) และเป็นโลหะที่ใช้กันมากที่สุด แผ่นวงจรพิมพ์ทำจากทองแดงเป็นโลหะพื้นฐาน และจำเป็นต่อการเชื่อมต่อและการสื่อสารระหว่างวงจรต่างๆ อย่างมีประสิทธิภาพ

แผ่นฟอยล์ทองแดงใช้ในแผงวงจรพิมพ์ (PCB) อย่างไร?

ทองแดงมีประโยชน์หลายอย่างในแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ตั้งแต่แผ่นลามิเนตเคลือบทองแดงไปจนถึงลายวงจร ทองแดงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานที่เหมาะสมของแผงวงจรพิมพ์

PCB Trace คืออะไร?
ลายวงจรบนแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB trace) คือเส้นทางที่วงจรไฟฟ้าต้องเดินตาม ลายวงจรนี้ประกอบด้วยเครือข่ายของทองแดง สายไฟ และฉนวน รวมถึงฟิวส์และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ที่ใช้บนแผ่นวงจร

วิธีที่ง่ายที่สุดในการทำความเข้าใจเกี่ยวกับรางนำไฟฟ้าคือ ลองนึกภาพว่าเป็นถนนหรือสะพาน รางนำไฟฟ้าต้องกว้างพอที่จะรองรับยานพาหนะได้อย่างน้อยสองคัน ต้องหนาพอที่จะไม่ยุบตัวลงภายใต้แรงกดดัน และต้องทำจากวัสดุที่ทนทานต่อน้ำหนักของยานพาหนะที่วิ่งบนนั้น แต่รางนำไฟฟ้าทำหน้าที่ทั้งหมดนี้ในระดับที่เล็กกว่ามากในการส่งกระแสไฟฟ้า แทนที่จะเป็นรถยนต์

ส่วนประกอบของลายวงจรพิมพ์ (PCB Trace)
แผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ประกอบด้วยส่วนประกอบหลายอย่าง แต่ละส่วนมีหน้าที่แตกต่างกันเพื่อให้แผ่นวงจรทำงานได้อย่างสมบูรณ์ ทองแดงเป็นวัสดุสำคัญที่ช่วยให้ลายวงจรทำงานได้อย่างถูกต้อง และหากไม่มีแผ่นวงจรพิมพ์ เราก็คงไม่มีอุปกรณ์ไฟฟ้าใดๆ ลองนึกภาพโลกที่ไม่มีสมาร์ทโฟน แล็ปท็อป เครื่องชงกาแฟ และรถยนต์ นั่นคือสิ่งที่เราจะมีหากไม่มีแผ่นวงจรพิมพ์ที่ใช้ทองแดงเป็นส่วนประกอบ

ความหนาของลายวงจร PCB
การออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ขึ้นอยู่กับความหนาของแผ่นวงจร ความหนาจะมีผลต่อความสมดุลและช่วยยึดชิ้นส่วนต่างๆ ให้เชื่อมต่อกัน

ความกว้างของลายวงจร PCB
ความกว้างของลายวงจรก็มีความสำคัญเช่นกัน ความกว้างนี้ไม่ส่งผลต่อความสมดุลหรือการยึดติดของชิ้นส่วนต่างๆ แต่ช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้โดยไม่เกิดความร้อนสูงเกินไปหรือทำให้แผงวงจรเสียหาย

กระแสไฟฟ้าบนลายวงจร PCB
กระแสไฟฟ้าในลายวงจรพิมพ์ (PCB) นั้นจำเป็น เพราะเป็นสิ่งที่แผงวงจรใช้ในการนำไฟฟ้าผ่านชิ้นส่วนและสายไฟ ทองแดงช่วยให้กระบวนการนี้เกิดขึ้นได้ และอิเล็กตรอนอิสระในแต่ละอะตอมจะทำให้กระแสไฟฟ้าไหลได้อย่างราบรื่นบนแผงวงจร

ทำไมแผ่นฟอยล์ทองแดงจึงอยู่บนแผงวงจรพิมพ์ (PCB)

กระบวนการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
กระบวนการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) นั้นเหมือนกันหมด บางบริษัทอาจทำได้เร็วกว่าบริษัทอื่น แต่โดยรวมแล้วทุกบริษัทใช้กระบวนการและวัสดุที่คล้ายคลึงกัน ขั้นตอนมีดังนี้:

สร้างฐานรากจากไฟเบอร์กลาสและเรซิน
วางแผ่นทองแดงลงบนฐานรอง
ระบุและกำหนดรูปแบบทองแดง
ล้างกระดานในอ่างน้ำ
ติดแผ่นกันบัดกรีเพื่อป้องกันแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
ติดแผ่นสกรีนลงบนแผ่น PCB
วางและบัดกรีตัวต้านทาน วงจรรวม ตัวเก็บประจุ และชิ้นส่วนอื่นๆ
ทดสอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB)

แผงวงจรพิมพ์ (PCB) จำเป็นต้องมีส่วนประกอบที่มีความเชี่ยวชาญสูงเพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้อง หนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของ PCB คือทองแดง โลหะผสมนี้จำเป็นสำหรับการนำไฟฟ้าในอุปกรณ์ที่จะนำ PCB ไปติดตั้ง หากไม่มีทองแดง อุปกรณ์จะไม่ทำงานเพราะไฟฟ้าจะไม่มีโลหะผสมให้ไหลผ่าน