6 สิ่งสำคัญที่ต้องรู้เกี่ยวกับการประกอบแผงวงจร

กระบวนการเรียนรู้เกี่ยวกับวงจรไฟฟ้าและวิธีการประกอบวงจรไฟฟ้านั้นค่อนข้างตรงไปตรงมา ทำให้คู่มือนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับผู้เริ่มต้น เราจะเจาะลึกถึงพื้นฐานของไฟฟ้าและความสัมพันธ์กับวงจรไฟฟ้า ตลอดจนกล่าวถึงวัสดุที่จำเป็นสำหรับการประกอบวงจรไฟฟ้า ความรู้พื้นฐานนี้จะช่วยให้คุณเข้าใจอย่างถ่องแท้ในขณะที่คุณเรียนรู้แนวคิดขั้นสูงต่อไป

Circuit Card Assembly คืออะไร?

การประกอบแผงวงจรประกอบด้วยหลายขั้นตอน การประกอบแผงวงจรคือแผงวงจรพิมพ์ที่สมบูรณ์หลังจากการประกอบส่วนประกอบแต่ละชิ้นแล้ว แผงวงจรพิมพ์ไม่มีส่วนประกอบทางไฟฟ้าใดๆ ในขณะที่การประกอบแผงวงจรคือการประกอบแผงวงจรที่สมบูรณ์ การประกอบแผงวงจรต้องใช้ทั้งส่วนประกอบแบบแอ็คทีฟและแบบพาสซีฟ

การประกอบแผงวงจรเรียกอีกอย่างว่าการประกอบแผงวงจรพิมพ์ โดยคำศัพท์เหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม PCB กระบวนการประกอบแผงวงจรประกอบด้วยหลายขั้นตอน รวมถึงการใช้เครื่องมือจับภาพแผนผังหรือซอฟต์แวร์ CAD ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่อสายไฟของ PCB กับส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ โดยมีร่องรอยในแผ่นทองแดงของ PCB เป็นตัวประกอบ

วิธีการสร้างชุดแผงวงจร

มีหลายวิธีในการสร้างชุดวงจร ซึ่งแต่ละวิธีต้องใส่ใจในรายละเอียด

เทคโนโลยีการติดตั้งแบบชุบทองแดง (Plateled Through-Hole Technology หรือ PTH):วิธีนี้คือการติดตั้งชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์บนแผ่นวงจรโดยการเสียบขาของชิ้นส่วนผ่านรูที่กำหนดไว้ แผ่นวงจรจะถูกเจาะรูไว้ล่วงหน้า ทำให้ประกอบชิ้นส่วนได้ง่าย ชั้นทองแดงบางๆ จะเคลือบอยู่ด้านในของรู ทำให้บริเวณด้านในของรูทั้งหมดเป็นตัวนำไฟฟ้า

เทคโนโลยีการติดตั้งบนพื้นผิว (SMT):นี่เป็นวิธีการทั่วไปในการสร้างแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ซึ่งเป็นที่นิยมในอุตสาหกรรม PCB SMTเกี่ยวข้องกับการใช้เครื่องจักรแบบอัตโนมัติในการประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์บนแผงวงจร

การประกอบแบบอิเล็กโทรแมคคานิกส์:วิธีนี้ใช้การประกอบสายเคเบิล พลาสติกขึ้นรูป ชุดสายไฟ และท่อร้อยสายไฟ เพื่อประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์บนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ทำให้มั่นใจได้ว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จะทำงานได้อย่างราบรื่น

ขั้นตอนในการประกอบแผงวงจร

แผงวงจรพิมพ์เป็นกระดูกสันหลังของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ โดยทำหน้าที่เชื่อมต่อส่วนประกอบต่างๆ ของอุปกรณ์ ช่างประกอบแผงวงจรจะตรวจสอบให้แน่ใจว่าแผงวงจรได้รับการประกอบอย่างถูกต้องตามกระบวนการทีละขั้นตอน อย่างไรก็ตาม ขั้นตอนเหล่านี้อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวิธีการประกอบ PCB

• การออกแบบแผนผังวงจร:ออกแบบแผนผังวงจรที่ใช้เป็นแนวทางสำหรับวงจรทั้งหมด แผนผังวงจรนี้เป็นแผนที่แสดงสัญลักษณ์แทนแผงวงจรทั้งหมด ซึ่งจะช่วยให้คุณรับมือกับปัญหาต่างๆ ในอนาคตได้

• การออกแบบผังวงจร:แปลงแผนผังวงจรให้เป็นไฟล์ในซอฟต์แวร์ออกแบบ จากนั้นส่งออกในรูปแบบที่ยอมรับได้สำหรับขั้นตอนการผลิตแผงวงจร

• การผลิตและการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB):สร้างแผงวงจรโดยใช้วิธีการประกอบที่แตกต่างกัน เช่น เทคโนโลยีการเจาะรูชุบโลหะ หรือเทคโนโลยีการติดตั้งบนพื้นผิว ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะของแผงวงจร

• การตรวจสอบและการทดสอบ:ทดสอบแผงวงจรเพื่อให้แน่ใจว่าทำงานได้อย่างสมบูรณ์ โดยใช้วิธีการต่างๆ เช่น การตรวจสอบด้วยสายตา การตรวจสอบด้วยรังสีเอ็กซ์ และการตรวจสอบด้วยระบบแสงอัตโนมัติสำหรับแผงวงจรพิมพ์ที่ซับซ้อน

พื้นฐานการออกแบบการประกอบวงจร

ในการประกอบวงจร การทำความเข้าใจพื้นฐานของการออกแบบการประกอบวงจรถือเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากแผงวงจรทั้งหมดมีชั้นเฉพาะดังนี้:

1. พื้นผิว:เป็นวัสดุพื้นฐานที่ช่วยให้แผงวงจรมีความแข็งแรง แผงวงจรส่วนใหญ่ใช้ไฟเบอร์กลาสเป็นชั้นพื้นผิว PCBs ที่ยืดหยุ่น อาจใช้วัสดุที่แตกต่างกันให้เหมาะกับความต้องการความยืดหยุ่นของตน
2. ทองแดง:แผงวงจรพิมพ์ (PCB) มีชั้นของแผ่นฟอยล์ทองแดง ผู้ผลิตจะเคลือบแผ่นฟอยล์ทองแดงเข้ากับแผงวงจรโดยใช้ความร้อน จำนวนชั้นของทองแดงจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับประเภทของ PCB ตัวอย่างเช่น PCB ด้านเดียวต้องใช้ทองแดงเพียงด้านเดียวของแผงวงจรเท่านั้น ในขณะที่ PCB หลายชั้น อาจมีทองแดงหลายชั้นได้
3. หน้ากากประสาน:ชั้นหน้ากากประสานถูกวางทับบนชั้นทองแดง โดยทั่วไปจะมีสีเขียวหรือสีเหลือง และทำหน้าที่หุ้มฉนวนชั้นทองแดง ป้องกันไม่ให้สัมผัสกับโลหะอื่นๆ บนบอร์ด หน้ากากประสานยังช่วยให้ผู้ผลิตบัดกรีส่วนประกอบต่างๆ ในตำแหน่งที่เหมาะสมบนบอร์ดได้อีกด้วย
4. หมึกผ่านผ้าไหม:เลเยอร์ซิลค์สกรีนเป็นเลเยอร์บนสุดของแผงวงจรทั้งหมด เลเยอร์นี้ประกอบด้วยส่วนประกอบในรูปแบบสัญลักษณ์หรือข้อความ ช่วยให้วิศวกรเข้าใจฟังก์ชันของส่วนต่างๆ ของแผงวงจรได้ เลเยอร์ซิลค์สกรีนจะเพิ่มสัญลักษณ์ ตัวอักษร และตัวเลขลงในแผงวงจร ช่วยในการประกอบและแก้ไขปัญหา

การทำความเข้าใจชั้นพื้นฐานของการออกแบบการประกอบวงจรเหล่านี้ถือเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับทุกคนที่ทำงานกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากจะช่วยให้เข้าใจว่าแผงวงจรถูกสร้างขึ้นมาอย่างไร และทำงานอย่างไรภายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ขั้นตอนการผลิตการประกอบแผงวงจร

กระบวนการผลิตประกอบแผงวงจรประกอบด้วยขั้นตอนสำคัญหลายขั้นตอน:

การพิมพ์ลายฉลุด้วยยาบัดกรี:

• • ใช้ครีมบัดกรีทาลงบนบริเวณเฉพาะบนแผงวงจรที่จะติดตั้งส่วนประกอบต่างๆ
  • ใช้สเตนซิลเพื่อให้มั่นใจว่ามีการบัดกรียาแนวลงบนบอร์ดอย่างแม่นยำ
  • มีการใช้เครื่องมือต่างๆ เช่น ไม้ปาด หรือลูกกลิ้ง เพื่อเกลี่ยยาบัดกรีให้กระจายอย่างสม่ำเสมอบนบอร์ด

เลือกและสถานที่:

• • เครื่องจักรอัตโนมัติที่เรียกว่าเครื่องหยิบและวาง ใช้ในการวางชิ้นส่วนแบบยึดพื้นผิวอย่างแม่นยำ (SMD) และส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ ลงบน PCB
  • หยิบส่วนประกอบขึ้นมาจากรีล ถาด หรือท่อ แล้ววางลงบนยาบัดกรีบนบอร์ด
  • เครื่องจักรนี้ใช้ระบบภาพหรือการจัดตำแหน่งเชิงกลเพื่อให้แน่ใจว่าส่วนประกอบต่างๆ ถูกจัดวางอย่างแม่นยำ

การบัดกรีแบบ Reflow:

• • หลังจากวางส่วนประกอบต่างๆ บนบอร์ดแล้ว PCB จะถูกส่งผ่านเตารีโฟลว์
  • เตาอบรีโฟลว์จะให้ความร้อนแก่บอร์ดจนถึงอุณหภูมิที่สามารถละลายยาบัดกรีได้ ทำให้ส่วนประกอบต่างๆ ติดอยู่กับบอร์ด
  • จากนั้นเตาอบจะทำให้บอร์ดเย็นลง ทำให้ตะกั่วบัดกรีแข็งตัวและยึดส่วนประกอบต่างๆ เข้าที่

การควบคุมคุณภาพ:

• • หลังจากกระบวนการบัดกรีแบบรีโฟลว์ บอร์ดที่ประกอบแล้วจะได้รับการตรวจสอบอย่างเข้มงวดเพื่อให้แน่ใจว่าเป็นไปตามมาตรฐานคุณภาพ
  • การตรวจสอบด้วยภาพจะดำเนินการเพื่อตรวจหาข้อบกพร่องในการบัดกรี ความไม่เรียงตัวของส่วนประกอบ หรือปัญหาอื่นๆ ที่มองเห็นได้
  • การตรวจสอบด้วยแสงอัตโนมัติ (เอโอไอ) หรือ การตรวจเอ็กซ์เรย์ อาจใช้ตรวจหาข้อบกพร่องที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่าได้ด้วย
  • อาจทำการทดสอบการทำงานเพื่อตรวจยืนยันว่าบอร์ดทำงานได้ตามที่ตั้งใจไว้

ขั้นตอนเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในกระบวนการประกอบแผงวงจรการผลิตเพื่อให้แน่ใจว่าผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายตรงตามมาตรฐานคุณภาพและทำงานได้อย่างถูกต้อง

ส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์พื้นฐานที่จำเป็นสำหรับการประกอบวงจร

มีส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์พื้นฐานบางส่วนที่จำเป็นสำหรับการประกอบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ได้แก่:

• ตัวต้านทาน: การเพิ่มความต้านทานของกระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจร โดยค่าต่างๆ จะแสดงด้วยรหัสสี
• ไดโอด: ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลในทิศทางเดียว มีประโยชน์ในการควบคุมทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า
• ทรานซิสเตอร์: ขยายกระแสไฟฟ้า ทำหน้าที่เป็นสวิตช์ที่ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว และควบคุมด้วยกระแสไฟฟ้าจำนวนเล็กน้อยที่ขาฐาน
• โพเทนชิออมิเตอร์: การเปลี่ยนแปลงความต้านทานโดยใช้แถบเลื่อนหรือปุ่มหมุน มักใช้เพื่อควบคุมความสว่างและระดับเสียง
• วงจรรวม (IC): วงจรขนาดเล็กขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์และตัวต้านทานขนาดเล็กนับล้านตัว โดยรับอินพุตและส่งออกผ่านขั้วต่อหลายตัว
• ไดโอดเปล่งแสง (LED): แปลงไฟฟ้าให้เป็นแสงสว่าง ทนทานกว่าหลอดไส้
• สวิตซ์: การตัดวงจรทางกลไก เปิดหรือปิดวงจร ขึ้นอยู่กับประเภทของสวิตช์
• แบตเตอรี่: แปลงพลังงานเคมีให้เป็นพลังงานไฟฟ้าซึ่งมีสารเคมีเฉพาะที่ทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างไฟฟ้า
• เขียงหั่นขนม: การทดสอบและออกแบบวงจรโดยไม่ต้องบัดกรีส่วนประกอบและสายไฟ
• มัลติมิเตอร์: การวัดพลังงานไฟฟ้าและปริมาณอื่น ๆ

สรุป

โดยรวมแล้ว การประกอบวงจรเป็นกระบวนการที่สำคัญยิ่งในอุตสาหกรรม PCB ซึ่งเกี่ยวข้องกับขั้นตอนและข้อควรพิจารณาที่สำคัญหลายประการ บทความนี้ได้ให้คำแนะนำที่ครอบคลุมสำหรับทั้งผู้เริ่มต้นและผู้เชี่ยวชาญ โดยครอบคลุมข้อเท็จจริงที่สำคัญเกี่ยวกับการประกอบวงจร

ความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับไฟฟ้า ส่วนประกอบของวงจร และวิธีการประกอบถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการออกแบบและการนำวงจรไปใช้อย่างประสบความสำเร็จ โดยปฏิบัติตามขั้นตอนที่ระบุไว้ในคู่มือนี้ บุคคลต่างๆ จะสามารถเข้าใจการประกอบวงจรได้ดีขึ้น และนำความรู้ดังกล่าวไปประยุกต์ใช้เพื่อสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้งานได้จริงและเชื่อถือได้