PCB (แผงวงจรพิมพ์) เป็นส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่สำคัญซึ่งทำหน้าที่เป็นโครงสร้างรองรับส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์และตัวพาสำหรับการเชื่อมต่อไฟฟ้า เรียกว่าแผงวงจรพิมพ์เนื่องจากผลิตขึ้นโดยใช้เทคนิคการพิมพ์อิเล็กทรอนิกส์ PCB เป็นหนึ่งในส่วนประกอบที่จำเป็นในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แทบทุกชนิด ตั้งแต่สิ่งของขนาดเล็ก เช่น นาฬิกาดิจิทัลและเครื่องคิดเลข ไปจนถึงระบบขนาดใหญ่ เช่น คอมพิวเตอร์ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับการสื่อสาร และระบบอาวุธทางการทหาร ล้วนใช้แผงวงจรพิมพ์เพื่อเชื่อมต่อวงจรรวมและอุปกรณ์อื่นๆ ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ไฟฟ้า.
แผงวงจรพิมพ์ประกอบด้วยวัสดุพื้นฐานที่เป็นฉนวน สายเชื่อมต่อ และแผ่นรองสำหรับประกอบและบัดกรีส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นทั้งเส้นทางนำไฟฟ้าและฐานฉนวน แผงวงจรพิมพ์สามารถใช้แทนสายไฟที่ซับซ้อนเพื่อเชื่อมต่อไฟฟ้าระหว่างส่วนประกอบต่างๆ ทำให้กระบวนการประกอบและบัดกรีง่ายขึ้น ลดภาระงานที่เกี่ยวข้องกับการใช้วิธีเดินสายไฟแบบเดิม และลดความเข้มข้นของแรงงานได้อย่างมาก นอกจากนี้ PCB ช่วยลดขนาดโดยรวมของอุปกรณ์ ลดต้นทุนผลิตภัณฑ์ และปรับปรุงคุณภาพและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ช่วยให้ผลิตภัณฑ์มีความสม่ำเสมอและออกแบบได้มาตรฐาน ช่วยให้การใช้เครื่องจักรและระบบอัตโนมัติในการผลิตสะดวกยิ่งขึ้น นอกจากนี้ แผงวงจรพิมพ์ที่ประกอบและทดสอบแล้วเสร็จยังสามารถใช้เป็นชิ้นส่วนอะไหล่อิสระได้ ทำให้เปลี่ยนและบำรุงรักษาผลิตภัณฑ์ทั้งหมดได้ง่ายขึ้น
แผงวงจรพิมพ์เดิมทำจากแผ่นลามิเนตเคลือบทองแดงที่ทำจากกระดาษ นับตั้งแต่มีการนำทรานซิสเตอร์เซมิคอนดักเตอร์มาใช้ในช่วงทศวรรษปี 1950 ความต้องการแผงวงจรพิมพ์ก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว การพัฒนาอย่างรวดเร็วและการประยุกต์ใช้วงจรรวมอย่างแพร่หลายทำให้มีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กที่มีความหนาแน่นและความซับซ้อนของวงจรเพิ่มขึ้น ซึ่งจำเป็นต้องมีนวัตกรรมใหม่ๆ ในการผลิตแผงวงจรพิมพ์อย่างต่อเนื่อง ปัจจุบัน แผงวงจรพิมพ์หลายประเภทได้พัฒนาจากแผงวงจรด้านเดียวเป็นแผงวงจรสองด้าน แผงวงจรหลายชั้น และแผงวงจรแบบยืดหยุ่น โครงสร้างและคุณภาพของแผงวงจรพิมพ์ได้พัฒนาไปสู่ความหนาแน่นสูงมาก มีขนาดเล็กลง และมีความน่าเชื่อถือสูง วิธีการออกแบบ วัสดุ และกระบวนการผลิตใหม่ๆ เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการผลิตต่างๆ ซอฟต์แวร์ออกแบบ (CAD) สำหรับ PCB ได้รับการนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม และการผลิตด้วยเครื่องจักรและอัตโนมัติได้เข้ามาแทนที่กระบวนการด้วยมือในผู้ผลิต PCB เฉพาะทางอย่างสมบูรณ์
การจำแนกตามจำนวนชั้น
ตามจำนวนชั้นวงจร PCB สามารถจำแนกได้เป็นบอร์ดด้านเดียว,กระดานสองด้าน, และบอร์ดหลายชั้น บอร์ดหลายชั้นทั่วไปมักมีสี่หรือหกชั้น ในขณะที่บอร์ดที่ซับซ้อนกว่านั้นอาจมีหลายสิบชั้น ประเภทหลักของการจำแนก PCB มีสามประเภท ได้แก่:
บอร์ดด้านเดียว
แผงวงจรด้านเดียว (Single-Sided Boards) มีส่วนประกอบที่รวมอยู่ด้านหนึ่งและมีเส้นนำไฟฟ้าอยู่ด้านตรงข้าม (หรือทั้งเส้นนำไฟฟ้าและส่วนประกอบที่ติดบนพื้นผิวด้านหนึ่ง โดยมีส่วนประกอบแบบรูทะลุอีกด้านหนึ่ง) เนื่องจากเส้นนำไฟฟ้าปรากฏอยู่ด้านเดียวเท่านั้น จึงเรียกแผงวงจรประเภทนี้ว่าแผงวงจรด้านเดียว เนื่องด้วยข้อจำกัดที่เข้มงวด การออกแบบวงจร (รอยต่างๆ ไม่สามารถข้ามกันได้และต้องใช้เส้นทางแยกกัน) โดยทั่วไปแล้วบอร์ดด้านเดียวจะใช้เฉพาะในการออกแบบวงจรในยุคแรกเท่านั้น
บอร์ดสองด้าน
แผ่นไม้สองด้าน (Double-Sided Boards) มีสายไฟทั้งสองด้าน ซึ่งต้องมีการเชื่อมต่อไฟฟ้าที่เหมาะสมระหว่างทั้งสองด้าน การเชื่อมต่อเหล่านี้เรียกว่า vias ซึ่งเป็นรูเล็กๆ ที่ถูกเติมหรือเคลือบด้วยโลหะ ซึ่งช่วยให้เส้นจากทั้งสองด้านเชื่อมต่อกันได้ แผ่นไม้สองด้านซึ่งมีพื้นผิวเป็นสองเท่าของแผ่นไม้ด้านเดียว ช่วยแก้ปัญหาการสลับของสายไฟ การออกแบบด้านเดียว (ทำให้สามารถเชื่อมต่อผ่าน vias ได้) เหมาะกับวงจรที่มีความซับซ้อนมากกว่าวงจรที่มักจัดการโดยบอร์ดด้านเดียว
แผ่นกระดานอ่อน แผ่นกระดานแข็ง-อ่อน
แผงวงจรหลายชั้น (Multi-Layer Boards) เพิ่มพื้นที่เดินสายที่มีอยู่โดยใช้แผงวงจรด้านเดียวหรือสองด้านหลายแผ่น ตัวอย่างเช่น PCB สี่ชั้นอาจประกอบด้วยแผงวงจรสองด้านเป็นชั้นใน ขนาบข้างด้วยแผงวงจรด้านเดียวสองแผ่นเป็นชั้นนอก หรือแผงวงจรสองด้านสองแผ่นเป็นชั้นในโดยมีแผงวงจรด้านเดียวสองแผ่นเป็นชั้นนอก แผงวงจรพิมพ์เหล่านี้สลับกันด้วยวัสดุยึดติดที่เป็นฉนวนและเชื่อมต่อกันตามข้อกำหนดการออกแบบ จำนวนชั้นไม่ได้ระบุจำนวนชั้นเดินสายอิสระเสมอไป ในกรณีพิเศษ อาจเพิ่มชั้นว่างเพื่อควบคุมความหนาของแผงวงจร โดยจำนวนชั้นมักจะเท่ากันและรวมถึงสองชั้นนอกสุด เมนบอร์ดส่วนใหญ่ประกอบด้วย 4 ถึง 8 ชั้น แม้ว่าในทางเทคนิค PCB อาจมี เกือบ 100 ชั้น. ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ระดับไฮเอนด์มักใช้เมนบอร์ดที่มีหลายชั้นสูง แต่เนื่องจากคลัสเตอร์ของคอมพิวเตอร์มาตรฐานสามารถแทนที่ระบบดังกล่าวได้แล้ว บอร์ดแบบหลายชั้นจึงไม่ค่อยเป็นที่นิยมอีกต่อไป แต่ละชั้นใน PCB จะผสานกันอย่างแน่นหนา ทำให้ยากต่อการแยกแยะจำนวนชั้นที่แท้จริง แม้ว่าจะสังเกตอย่างระมัดระวังก็ตาม เมนบอร์ด สามารถเปิดเผยข้อมูลดังกล่าวได้
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
