แผงวงจรพิมพ์ ( PCB ) เป็นชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่สำคัญ ทำหน้าที่เป็นโครงสร้างรองรับสำหรับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และเป็นตัวนำสำหรับการเชื่อมต่อทางไฟฟ้า เรียกว่าแผงวงจรพิมพ์เพราะผลิตโดยใช้เทคนิคการพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์ PCB เป็นหนึ่งในส่วนประกอบที่จำเป็นในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เกือบทุกชนิด ตั้งแต่สิ่งของขนาดเล็ก เช่น นาฬิกาดิจิทัลและเครื่องคิดเลข ไปจนถึงระบบขนาดใหญ่ เช่น คอมพิวเตอร์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับการสื่อสาร และระบบอาวุธทางทหาร ล้วนใช้แผงวงจรพิมพ์เพื่อเชื่อมต่อวงจรรวมและชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆทางไฟฟ้า
แผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ประกอบด้วยวัสดุฉนวน สายไฟ และแผ่นสำหรับประกอบและบัดกรีชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ทำหน้าที่ทั้งเป็นเส้นทางนำไฟฟ้าและฐานฉนวน สามารถใช้แทนการเดินสายไฟที่ซับซ้อนเพื่อเชื่อมต่อชิ้นส่วนต่างๆ เข้าด้วยกัน ทำให้กระบวนการประกอบและบัดกรีง่ายขึ้น ลดภาระงานที่เกี่ยวข้องกับวิธีการเดินสายไฟแบบดั้งเดิม และลดความเข้มข้นของแรงงานลงอย่างมาก นอกจากนี้PCBยังช่วยลดขนาดโดยรวมของอุปกรณ์ ลดต้นทุนผลิตภัณฑ์ และปรับปรุงคุณภาพและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ PCB ให้ความสม่ำเสมอของผลิตภัณฑ์ที่ดี และสามารถออกแบบให้เป็นมาตรฐานได้ ทำให้การใช้เครื่องจักรและระบบอัตโนมัติในการผลิตง่ายขึ้น ยิ่งไปกว่านั้น แผ่นวงจรพิมพ์ที่ประกอบและทดสอบเสร็จสมบูรณ์แล้วสามารถใช้เป็นชิ้นส่วนอะไหล่ได้ ทำให้การเปลี่ยนและบำรุงรักษาผลิตภัณฑ์ทั้งหมดทำได้ง่ายขึ้น
เดิมทีแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) ทำจากแผ่นลามิเนตทองแดงที่ทำจากกระดาษ นับตั้งแต่มีการนำทรานซิสเตอร์แบบเซมิคอนดักเตอร์มาใช้ในทศวรรษ 1950 ความต้องการแผ่นวงจรพิมพ์ก็เพิ่มสูงขึ้นอย่างมาก การพัฒนาอย่างรวดเร็วและการใช้งานอย่างแพร่หลายของวงจรรวม (IC) ทำให้เกิดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กที่มีความหนาแน่นและความซับซ้อนของวงจรเพิ่มขึ้น ซึ่งจำเป็นต้องมีการพัฒนานวัตกรรมอย่างต่อเนื่องในแผ่นวงจรพิมพ์ ปัจจุบัน แผ่นวงจรพิมพ์มีการพัฒนาจากแผ่นด้านเดียวไปเป็นแผ่นสองด้าน แผ่นหลายชั้น และแผ่นแบบยืดหยุ่น โครงสร้างและคุณภาพของแผ่นวงจรพิมพ์ก้าวหน้าไปสู่ความหนาแน่นสูงมาก ขนาดเล็ก และความน่าเชื่อถือสูง วิธีการออกแบบ วัสดุ และกระบวนการผลิตใหม่ๆ เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาซอฟต์แวร์ช่วยออกแบบด้วยคอมพิวเตอร์ (CAD) สำหรับแผ่นวงจรพิมพ์ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรม และการผลิตแบบใช้เครื่องจักรและอัตโนมัติได้เข้ามาแทนที่กระบวนการด้วยมือในผู้ผลิตแผ่นวงจรพิมพ์เฉพาะทางอย่างสมบูรณ์
การจำแนกตามจำนวนชั้น
ตามจำนวนชั้นของวงจร PCB สามารถแบ่งออกเป็นบอร์ดด้านเดียวบอร์ดสองด้านและบอร์ดหลายชั้น โดยทั่วไปบอร์ดหลายชั้นจะมีสี่หรือหกชั้น ในขณะที่บอร์ดที่ซับซ้อนกว่าอาจมีหลายสิบชั้น ประเภทหลักสามประเภทของ PCB ได้แก่:
บอร์ดด้านเดียว
แผ่นวงจรพิมพ์แบบด้านเดียว (Single-Sided Boards) มีส่วนประกอบต่างๆ กระจุกตัวอยู่ด้านหนึ่ง และมีลายนำไฟฟ้าอยู่ด้านตรงข้าม (หรือทั้งลายนำไฟฟ้าและส่วนประกอบแบบติดตั้งบนพื้นผิวอยู่ด้านหนึ่ง และส่วนประกอบแบบเจาะรูอยู่ด้านตรงข้าม) เนื่องจากมีลายนำไฟฟ้าปรากฏอยู่เพียงด้านเดียว แผ่นวงจรพิมพ์ประเภทนี้จึงเรียกว่าแบบด้านเดียว เนื่องจากข้อจำกัดที่เข้มงวดในการออกแบบวงจร (ลายนำไฟฟ้าไม่สามารถตัดกันได้และต้องใช้เส้นทางที่แยกจากกัน) แผ่นวงจรพิมพ์แบบด้านเดียวจึงมักใช้เฉพาะในการออกแบบวงจรยุคแรกๆ เท่านั้น
บอร์ดสองด้าน
แผ่นวงจรพิมพ์สองด้าน (Double-Sided Boards) มีการเดินสายไฟทั้งสองด้าน ทำให้ต้องมีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่ถูกต้องระหว่างสองด้าน การเชื่อมต่อเหล่านี้เรียกว่า vias ซึ่งเป็นรูเล็กๆ ที่เติมหรือเคลือบด้วยโลหะ ทำให้เส้นทางเดินสายไฟจากทั้งสองด้านสามารถเชื่อมต่อกันได้ แผ่นวงจรพิมพ์สองด้านมีพื้นที่ผิวเป็นสองเท่าของแผ่นวงจรพิมพ์ด้านเดียว ช่วยแก้ปัญหาการสลับเส้นทางเดินสายไฟของแผ่นวงจรพิมพ์ด้านเดียว (ทำให้สามารถเชื่อมต่อผ่าน vias ได้) จึงเหมาะสำหรับวงจรที่ซับซ้อนกว่าวงจรที่แผ่นวงจรพิมพ์ด้านเดียวทั่วไปใช้งาน
แผ่นกระดานอ่อน แผ่นกระดานแข็ง-อ่อน
แผ่นวงจรพิมพ์หลายชั้น (Multi-Layer Boards) เพิ่มพื้นที่สำหรับเดินสายไฟโดยใช้แผ่นวงจรพิมพ์ด้านเดียวหรือสองด้านหลายแผ่น ตัวอย่างเช่น แผ่นวงจรพิมพ์สี่ชั้นอาจประกอบด้วยแผ่นวงจรพิมพ์สองด้านเป็นชั้นในสุด ขนาบข้างด้วยแผ่นวงจรพิมพ์ด้านเดียวสองแผ่นเป็นชั้นนอกสุด หรือแผ่นวงจรพิมพ์สองด้านสองแผ่นเป็นชั้นในสุด และแผ่นวงจรพิมพ์ด้านเดียวสองแผ่นเป็นชั้นนอกสุด แผ่นวงจรพิมพ์เหล่านี้จะถูกคั่นด้วยวัสดุฉนวนและเชื่อมต่อกันตามข้อกำหนดการออกแบบ จำนวนชั้นไม่ได้บ่งบอกถึงจำนวนชั้นของสายไฟที่แยกจากกันเสมอไป ในกรณีพิเศษ อาจมีการเพิ่มชั้นว่างเพื่อควบคุมความหนาของแผ่นวงจร โดยทั่วไปจำนวนชั้นจะเป็นเลขคู่และรวมถึงสองชั้นนอกสุดด้วย เมนบอร์ดส่วนใหญ่ประกอบด้วย 4 ถึง 8 ชั้น แม้ว่าในทางเทคนิคแล้ว แผ่นวงจรพิมพ์อาจมีได้เกือบ 100 ชั้นคอมพิวเตอร์ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ระดับสูงมักใช้เมนบอร์ดที่มีหลายชั้นสูง แต่เนื่องจากปัจจุบันคลัสเตอร์ของคอมพิวเตอร์มาตรฐานสามารถทดแทนระบบดังกล่าวได้แล้ว แผ่นวงจรพิมพ์หลายชั้นพิเศษจึงเริ่มไม่เป็นที่นิยมอีกต่อไป แต่ละชั้นในแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ถูกรวมเข้าด้วยกันอย่างแน่นหนา ทำให้ยากที่จะระบุจำนวนชั้นที่แท้จริงได้ แต่การสังเกตเมนบอร์ดอย่างละเอียดจะช่วยให้ทราบข้อมูลนี้ได้
แผ่นกระดานอ่อน แผ่นกระดานแข็ง-อ่อน
แผงวงจรแบบยืดหยุ่น แผงวงจรแบบแข็ง-ยืดหยุ่น แบ่งออกเป็นแผงวงจรแบบแข็งและแผงวงจรแบบยืดหยุ่น โดยทั่วไป PCB ที่แสดงในภาพแรกเรียกว่า PCB แบบแข็ง ในขณะที่การเชื่อมต่อสีเหลืองในภาพที่สองเรียกว่า PCB แบบยืดหยุ่น ความแตกต่างที่เห็นได้ชัดคือ PCB แบบยืดหยุ่นสามารถดัดงอได้ ความหนาทั่วไปของ PCB แบบแข็ง ได้แก่ 0.2 มม. 0.4 มม. 0.6 มม. 0.8 มม. 1.0 มม. 1.2 มม. 1.6 มม. และ 2.0 มม. ความหนาทั่วไปของ PCB แบบยืดหยุ่นคือ 0.2 มม. โดยมีการเพิ่มชั้นที่หนากว่าที่ด้านหลังสำหรับการบัดกรีส่วนประกอบ ซึ่งอาจอยู่ระหว่าง 0.2 มม. ถึง 0.4 มม. การทำความเข้าใจรายละเอียดเหล่านี้จะช่วยให้วิศวกรโครงสร้างมีข้อมูลอ้างอิงเชิงพื้นที่ในระหว่างการออกแบบ วัสดุทั่วไปสำหรับ PCB แบบแข็ง ได้แก่ ลามิเนตกระดาษฟีนอลิก ลามิเนตกระดาษอีพอกซี ลามิเนตไฟเบอร์กลาสโพลีเอสเตอร์ และลามิเนตไฟเบอร์กลาสอีพอกซี วัสดุทั่วไปสำหรับ PCB แบบยืดหยุ่น ได้แก่ ฟิล์มโพลีเอสเตอร์ ฟิล์มโพลิอิไมด์ และฟิล์มเอทิลีนโพรพิลีนฟลูออรีน
