เหตุใดจึงใช้แผ่นทองแดงในการผลิต PCB?

แผงวงจรพิมพ์เป็นส่วนประกอบสำคัญของอุปกรณ์ไฟฟ้าส่วนใหญ่ แผงวงจรพิมพ์ (PCB) ในปัจจุบันมีหลายชั้น ได้แก่ ชั้นซับสเตรต ชั้นทรานส์ฟอร์เมชัน ชั้นประสาน และชั้นซิลค์สกรีน หนึ่งในวัสดุที่สำคัญที่สุดบนแผงวงจรพิมพ์คือทองแดง และมีหลายเหตุผลที่ใช้ทองแดงแทนโลหะผสมอื่นๆ เช่น อะลูมิเนียมหรือดีบุก

PCB ทำมาจากอะไร?

บริษัทประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ระบุว่าแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ทำจากวัสดุที่เรียกว่าสารตั้งต้น (substrate) ซึ่งทำจากไฟเบอร์กลาสที่เสริมด้วยเรซินอีพอกซี เหนือสารตั้งต้นจะมีแผ่นฟอยล์ทองแดงที่สามารถติดได้ทั้งสองด้านหรือเพียงด้านเดียว เมื่อผลิตสารตั้งต้นเสร็จแล้ว ผู้ผลิตจะวางส่วนประกอบต่างๆ ลงไปบนสารตั้งต้น โดยใช้หน้ากากประสานและซิลค์สกรีน ร่วมกับตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ ทรานซิสเตอร์ ไดโอด ชิปวงจร และส่วนประกอบเฉพาะทางอื่นๆ

เหตุใดจึงใช้แผ่นทองแดงใน PCB?

ผู้ผลิต PCB ใช้ทองแดงเนื่องจากมีคุณสมบัตินำไฟฟ้าและความร้อนได้ดีกว่า เมื่อกระแสไฟฟ้าเคลื่อนที่ไปตาม PCB ทองแดงจะทำหน้าที่ป้องกันความร้อนไม่ให้สร้างความเสียหายหรือสร้างความเครียดให้กับส่วนอื่นๆ ของ PCB แต่สำหรับโลหะผสมชนิดอื่นๆ เช่น อะลูมิเนียมหรือดีบุก PCB อาจให้ความร้อนไม่สม่ำเสมอและทำงานไม่ถูกต้อง

ทองแดงเป็นโลหะผสมที่ได้รับความนิยมเนื่องจากสามารถส่งสัญญาณไฟฟ้าไปทั่วบอร์ดได้โดยไม่มีปัญหาการสูญเสียหรือลดความเร็วของกระแสไฟฟ้า ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนช่วยให้ผู้ผลิตสามารถติดตั้งแผงระบายความร้อนแบบคลาสสิกบนพื้นผิวได้ ทองแดงเองก็มีประสิทธิภาพเช่นกัน เนื่องจากทองแดงหนึ่งออนซ์สามารถเคลือบพื้นผิว PCB หนึ่งตารางฟุตได้หนา 1.4 พันส่วนต่อนิ้ว หรือ 35 ไมโครเมตร

ทองแดงมีคุณสมบัตินำไฟฟ้าได้สูงเพราะมีอิเล็กตรอนอิสระที่สามารถเคลื่อนที่จากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งได้โดยไม่ช้าลง เนื่องจากทองแดงยังคงมีประสิทธิภาพในระดับที่บางมากเช่นเดียวกับในระดับที่หนากว่า ทองแดงเพียงเล็กน้อยจึงมีประโยชน์อย่างมาก

ทองแดงและโลหะมีค่าอื่นๆ ที่ใช้ใน PCB
คนส่วนใหญ่รู้จัก PCB ว่าเป็นสีเขียว แต่โดยทั่วไปแล้ว PCB จะมีสามสีบนชั้นนอก ได้แก่ สีทอง เงิน และสีแดง นอกจากนี้ PCB ยังมีทองแดงบริสุทธิ์อยู่ทั้งภายในและภายนอก โลหะอื่นๆ บนแผงวงจรก็มีสีต่างๆ กัน ชั้นทองมีราคาแพงที่สุด ชั้นเงินมีราคาแพงเป็นอันดับสอง และชั้นสีแดงมีราคาแพงที่สุด

การใช้ Immersion Gold ใน PCB
ทองแดงบนแผงวงจรพิมพ์

ชั้นเคลือบทองใช้สำหรับสะเก็ดระเบิดของขั้วต่อและแผ่นรองส่วนประกอบ ชั้นเคลือบทองแบบจุ่มมีไว้เพื่อป้องกันการเคลื่อนตัวของอะตอมบนพื้นผิว ชั้นนี้ไม่ได้มีเพียงแค่สีทองเท่านั้น แต่ยังทำจากทองคำแท้อีกด้วย ทองคำมีความบางมาก แต่ก็เพียงพอที่จะยืดอายุการใช้งานของส่วนประกอบที่ต้องบัดกรี ทองคำช่วยป้องกันไม่ให้ชิ้นส่วนที่บัดกรีเกิดการกัดกร่อนเมื่อเวลาผ่านไป

การใช้เงินแช่ใน PCB
เงินเป็นโลหะอีกชนิดหนึ่งที่ใช้ในการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ซึ่งมีราคาถูกกว่าการจุ่มทองอย่างมาก การจุ่มเงินสามารถใช้แทนการจุ่มทองได้ เนื่องจากช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการเชื่อมต่อและลดต้นทุนโดยรวมของแผงวงจร การจุ่มเงินมักใช้ในแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่ใช้ในรถยนต์และอุปกรณ์ต่อพ่วงคอมพิวเตอร์

แผ่นลามิเนตเคลือบทองแดงใน PCB
แทนที่จะใช้การจุ่ม ทองแดงจะถูกใช้ในรูปแบบเคลือบ นี่คือชั้นสีแดงของ PCB และเป็นโลหะที่นิยมใช้มากที่สุด PCB ทำจากทองแดงเป็นโลหะพื้นฐาน และจำเป็นสำหรับการเชื่อมต่อและสื่อสารระหว่างวงจรต่างๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

แผ่นทองแดงใช้ใน PCB อย่างไร?

ทองแดงมีประโยชน์หลายอย่างใน PCB ตั้งแต่แผ่นลามิเนตเคลือบทองแดงไปจนถึงแผ่นวงจรพิมพ์ ทองแดงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำงานของ PCB อย่างเหมาะสม

PCB Trace คืออะไร?
วงจร PCB trace ก็คือเส้นทางที่วงจรจะเดินตาม วงจรนี้ประกอบด้วยเครือข่ายทองแดง สายไฟ และฉนวน รวมถึงฟิวส์และส่วนประกอบต่างๆ ที่ใช้บนบอร์ด

วิธีที่ง่ายที่สุดในการทำความเข้าใจร่องรอยคือให้มองว่ามันเป็นถนนหรือสะพาน เพื่อรองรับยานพาหนะ ร่องรอยจะต้องมีความกว้างเพียงพอที่จะรองรับยานพาหนะได้อย่างน้อยสองคัน ต้องมีความหนาเพียงพอที่จะไม่ยุบตัวภายใต้แรงกดดัน นอกจากนี้ยังต้องทำจากวัสดุที่สามารถรับน้ำหนักของยานพาหนะที่วิ่งอยู่บนร่องรอยได้ แต่ร่องรอยทำหน้าที่ทั้งหมดนี้เพียงเล็กน้อยในการขับเคลื่อนพลังงานไฟฟ้า มากกว่ารถยนต์

ส่วนประกอบของ PCB Trace
มีส่วนประกอบหลายอย่างที่ประกอบกันเป็นแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ซึ่งมีหน้าที่ต่างๆ ที่จำเป็นต้องทำเพื่อให้แผงวงจรทำงานได้อย่างเหมาะสม ต้องใช้ทองแดงเพื่อช่วยให้แผงวงจรพิมพ์ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ และหากไม่มีแผงวงจรพิมพ์ เราก็คงไม่มีอุปกรณ์ไฟฟ้าใดๆ ลองนึกภาพโลกที่ไม่มีสมาร์ทโฟน แล็ปท็อป เครื่องชงกาแฟ และรถยนต์ดูสิ นั่นคือสิ่งที่เราจะมีหากแผงวงจรพิมพ์ไม่ใช้ทองแดง

ความหนาของรอย PCB
การออกแบบ PCB ขึ้นอยู่กับความหนาของบอร์ด ความหนาจะส่งผลต่อความสมดุลและช่วยให้ส่วนประกอบต่างๆ เชื่อมต่อกัน

ความกว้างของรอยวงจร PCB
ความกว้างของรอยก็สำคัญเช่นกัน ความกว้างนี้ไม่ส่งผลต่อความสมดุลหรือการยึดติดของส่วนประกอบต่างๆ แต่ช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้โดยไม่ร้อนเกินไปหรือทำให้บอร์ดเสียหาย

กระแสไฟ PCB
กระแสวงจร PCB เป็นสิ่งจำเป็น เพราะนี่คือสิ่งที่บอร์ดใช้ในการส่งกระแสไฟฟ้าผ่านส่วนประกอบและสายไฟ ทองแดงช่วยให้สิ่งนี้เกิดขึ้นได้ และอิเล็กตรอนอิสระบนแต่ละอะตอมจะช่วยให้กระแสไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านบอร์ดได้อย่างราบรื่น

เหตุใดจึงต้องมีแผ่นทองแดงบนแผงวงจรพิมพ์

กระบวนการผลิตแผ่น PCB
กระบวนการผลิต PCB นั้นเหมือนกัน บางบริษัททำได้เร็วกว่าบริษัทอื่น แต่ทั้งหมดใช้กระบวนการและวัสดุที่ใกล้เคียงกัน ขั้นตอนมีดังนี้:

สร้างฐานจากไฟเบอร์กลาสและเรซิน
วางชั้นทองแดงไว้บนฐาน
ระบุและกำหนดรูปแบบทองแดง
ล้างกระดานในอ่างน้ำ
เพิ่มหน้ากากประสานเพื่อปกป้อง PCB
ติดซิลค์สกรีนบน PCB
วางและบัดกรีตัวต้านทาน วงจรรวม ตัวเก็บประจุ และส่วนประกอบอื่นๆ
ทดสอบ PCB

PCB จำเป็นต้องมีส่วนประกอบเฉพาะทางสูงเพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้อง หนึ่งในองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของ PCB คือทองแดง โลหะผสมนี้จำเป็นต่อการนำไฟฟ้าบนอุปกรณ์ที่จะติดตั้ง PCB หากไม่มีทองแดง อุปกรณ์จะไม่ทำงานเนื่องจากไฟฟ้าจะไม่มีโลหะผสมให้เคลื่อนที่ผ่าน