เอกสารประกอบการเรียน วิชา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร (20104-2102) หลักสูตรประกาศนียบัตรวิชาชีพ (ปวช.) พุทธศักราช 2562 หน่วยที่ 13 เรื่อง การออกแบบและจัดทำแผ่นวงจรพิมพ์ โดย นายสุเกษม เกียรติไพบูลย์ สาขาวิชาไฟฟ้ากำลัง วิทยาลัยเทคนิคระนอง สำนักงานคณะกรรมการการอาชีวศึกษา กระทรวงศึกษาธิการ
คำนำ เอกสารประกอบการเรียนเล่มนี้เป็นเอกสารประกอบการเรียนหน่วยที่ 13เรื่อง การออกแบบและ จัดทำแผ่นวงจรพิมพ์เนื้อหาสาระการเรียนรู้ได้แก่การศึกษาความหมายของแผ่นวงจรพิมพ์ ชนิดของลักษณะ ของแผ่นวงจรพิมพ์ อุปกรณ์สำหรับแผ่นวงจรพิมพ์ สำหรับผลลัพธ์การเรียนรู้ของนักเรียนเมื่อเรียนด้วยเอกสารประกอบการเรียนหน่วยที่ 13เรื่อง การ ออกแบบและจัดทำแผ่นวงจรพิมพ์โดยใช้วิธีการสอนแบบ PQ-ADAPP มุ่งเน้นผลลัพธ์ที่เกิดกับผู้เรียนดังนี้ 1) ผู้เรียนสามารถออกแบบและจัดทำแผ่นวงจรพิมพ์ได้2) ผู้เรียนสามารถสร้างวงจรจากแผ่นวงจรพิมพ์ได้ 3) ผู้เรียนสามารถใช้เครื่องมือตรวจหาข้อบกพร่องบนแผ่นวงจรพิมพ์ได้ หวังเป็นอย่างยิ่งว่าเอกสารประกอบการเรียนหน่วยที่ 13เรื่อง การออกแบบและจัดทำแผ่นวงจรพิมพ์ วิชา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และวงจร ที่ผู้เรียบเรียงจัดทำขึ้น จะเป็นประโยชน์ต่อครูผู้สอนและนักเรียนในวิชานี้ และนำไปเป็นแบบอย่างในการจัดทำเอกสารประกอบการเรียนวิชาอื่นต่อไป หากมีข้อเสนอแนะใดๆ ผู้เรียบ เรียงน้อมรับด้วยความยินดียิ่ง (นายสุเกษม เกียรติไพบูลย์) ตำแหน่ง ครู วิทยฐานะ ครูชำนาญการพิเศษ
ใบความรู้/ใบเนื้อหา หน่วยที่ 13 การออกแบบและจัดทำแผ่นวงจรพิมพ์ บทนำ การทำแผ่นวงจรพิมพ์หรือในวงการอิเล็กทรอนิกส์เรียกว่า “แผ่นพรินต์วงจร” หรือแผ่น PCB (Print Circuit Board) เป็นสิ่งที่ผู้เรียนอิเล็กทรอนิกส์จำเป็นต้องเรียนรู้และสามารถทำได้เนื่องจากการสร้างวงจร อิเล็กทรอนิกส์จากแนวคิดหรือหลักทฤษฎีที่เรียนมาจะสามารถทำงานได้ตามที่ออกแบบไว้หรือไม่จะต้องสิ้นสุด ที่การนำวงจรที่ได้ออกแบบไว้มาสร้างเป็นชิ้นงานที่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้จริง แผ่นวงจรพิมพ์ที่ใช้ใน ปัจจุบันมีมากมายหลายแบบแต่ละแบบมีความเหมาะสมกับงานต่างกันไป ดังนั้นการศึกษาเนื้อหาในหน่วยการ เรียนที่ 13 นี้จะทำให้ผู้เรียนสามารถรู้จักวิธีการสร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์ลงบนแผ่นวงจรพิมพ์อย่างถูกต้องตาม หลักการและเหมาะสมกับงานแต่ละอย่าง รวมถึงเรียนรู้ทักษะวิธีการบัดกรีอุปกรณ์ลงบนแผ่นวงจรพิมพ์ให้ ถูกต้อง สวยงาม สามารถนำไปใช้งานได้จริง พร้อมทั้งวิธีการวัด ทดสอบ บัดกรี และแก้ไขจุดบกพร่องบน แผ่นวงจรพิมพ์ 13.1 ความหมายของแผ่นวงจรพิมพ์ แผ่นวงจรพิมพ์ (Printed Circuit Boards : PCB) หรือที่นักอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปนิยมเรียกกันสั้น ๆ ว่า “แผ่นพรินต์” เป็นแผ่นที่สร้างด้วยพลาสติกชนิดหนึ่งที่มีการฉาบผิวด้วยทองแดงเต็มแผ่น เพื่อใช้สร้าง ลายวงจรพิมพ์ (Printed Circuit) ทำให้เกิดเป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์แบบต่าง ๆ ตามต้องการ ลายวงจรมี ส่วนสำคัญต่อการใช้งาน ในการออกแบบสามารถสร้างลายวงจรด้วยกรรมวิธีต่าง ๆ ที่แตกต่างกันออกไป จนเกิดลายบนทองแดง การเขียนลายวงจรจะต้องคำนึงถึงขนาดของลายวงจร ให้เหมาะสมกับขนาดของ กระแสที่ไหลผ่าน ลักษณะการเชื่อมต่อต้องเหมาะสมสวยงาม ถูกต้องตามหลักการ ขนาดของลายวงจร ต้องไม่เล็กหรือใหญ่เกินไป การเข้าโค้งลายวงจรควรต่อเข้ากึ่งกลางจุด ไม่ควรผ่านขอบริมจุดต่อ หรือ กรณีจำเป็นต้องผ่านขอบริมจุดต่อลายวงจรจะต้องสัมผัสจุดต่อให้มากที่สุด การนำแผ่นวงจรพิมพ์ไปใช้งาน จะต้องคำนึงถึงความเหมาะสมกับลักษณะของวงจรที่ออกแบบ เนื่องจากแผ่นวงจรพิมพ์มีหลายชนิดบาง ชนิดเหมาะกับการใช้งานสำหรับวงจรที่ไม่ยุ่งยากซับซ้อน และบางชนิดผลิตขึ้นมาเพื่อรองรับวงจร อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความซับซ้อนโดยเฉพาะ 13.2 ชนิดของแผ่นวงจรพิมพ์ การออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในอดีตส่วนใหญ่จะออกแบบโดยมีส่วนประกอบของอุปกรณ์ อิเล็กทรอนิกส์ และสายไฟต่าง ๆ กระจัดกระจายอยู่ภายในผลิตภัณฑ์ แต่ด้วยความต้องการและเทคโนโลยีที่ พัฒนาขึ้นจึงมีการรวมสายไฟและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ลงบนแผ่นเดียวนั่นคือ แผงวงจร การเลือกใช้ แผ่นวงจรพิมพ์เพื่อนำมาสร้างแผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์จะต้องเลือกชนิดให้เหมาะสมกับคุณสมบัติของวงจร ชนิดของแผ่นวงจรพิมพ์สามารถแบ่งได้ดังนี้
13.2.1 แบบเทฟลอน (Teflon) เป็นแผ่นวงจรพิมพ์ที่มีคุณสมบัติสูงไม่มีวางจำหน่ายทั่วไปต้องสั่ง เป็นกรณีพิเศษเท่านั้น จะถูกนำไปใช้งานในอากาศยาน และในอุปกรณ์ที่อยู่ในช่วงความถี่ระดับ กิกะเฮิร์ต (GHz) เช่น ความถี่ไมโครเวฟ แผ่นวงจรพิมพ์แบบเทฟลอนแสดงตามภาพที่ 13.1 (ก) 13.2.2 แบบฟินอลิก (Phenolic) นิยมใช้โดยทั่วไปในอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น วิทยุกระเป๋าหิ้ว ทีวี เนื่องจากราคาถูกและคุณภาพดีพอสมควร มีการเจาะรูแล้วสำหรับความสะดวกในการใส่อุปกรณ์ ลักษณะเนื้อ ของฟินอลิกจะเป็นสีน้ำตาล อ่อนตัวง่าย โค้งงอเมื่อถูกความร้อน ติดไฟง่าย หากใช้หัวแร้งที่ร้อนเกินไปทองแดง จะหลุดร่อนง่าย รวมทั้งเวลาบัดกรี อย่านำหัวแร้งแช่ทิ้งไว้นาน ๆ ทองแดงจะหลุดร่อนได้เช่นกัน แผ่นวงจรพิมพ์แบบฟินอลิกแสดงตามภาพที่ 13.1 (ข) (ก) แบบเทฟลอน (ข) แบบฟินอลิก ภาพที่ 13.1 แผ่นวงจรพิมพ์แบบเทฟลอนและแบบฟินอลิก (ที่มา:http://www.smtnet.com, 2562) 13.3.3 แบบกลาสอิพ็อกซี (Glass Epoxy) โครงสร้างในส่วนที่เป็นฉนวนซึ่งเป็นฐานของตัวนำคือ แผ่นทองแดงบาง ๆ ทำมาจากเส้นใยแก้วถักทอแล้วอัดเป็นแผ่นด้วยส่วนผสมของอิพ็อกซีเรซิ่น เคลือบด้วย แผ่นทองแดงบาง ๆ ติดด้วยกาวอีกครั้ง มีทั้งแบบหน้าเดียว สองหน้า สองหน้าเพลททรูโฮล มัลติเล เยอร์เช่น แผงวงจรเมนบอร์ดที่ใช้ในคอมพิวเตอร์จะมีชั้นของทองแดงประมาณสี่ชั้น แผ่นวงจรพิมพ์แบบ กลาสอิพ็อกซีแสดงตามภาพที่ 13.2 (ก) 13.3.4 แบบเฟล็กซิเบิล (Flexible) เป็นแผ่นวงจรพิมพ์ที่มีลักษณะเฉพาะคือมีฐานที่เป็นฉนวนบาง คล้ายแผ่นฟิมล์สามารถดัดไปมาให้อยู่ในช่องแคบ ๆ ได้ นิยมนำไปใช้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็ก เช่น กล้องถ่ายภาพ เป็นต้น แผ่นวงจรพิมพ์แบบเฟล็กซิเบิล แสดงตามภาพที่ 13.2 (ข) 13.3.5 แบบเคมวัน (Cem1) ลักษณะเป็นเนื้อสีขาวขุ่นหรือค่อนข้างขาว มีความแข็งแรงมากกว่า แบบฟินอลิกแต่น้อยกว่าแบบอิพ็อกซีส่วนใหญ่มีใช้ในผลิตอุปกรณ์จำพวกเครื่องสำรองไฟ (UPS) ราคาถูกกว่า แบบอิพ็อกซี แผ่นวงจรพิมพ์แบบเคมวัน แสดงตามภาพที่ 13.2 (ค)
(ก) แบบกลาสอิพ็อกซี (ข) แบบเฟล็กซิเบิล (ค) แบบเคม1 ภาพที่ 13.2 แผ่นวงจรพิมพ์แบบกลาสอิพ็อกซีแบบเฟล็กซิเบิล และแบบเคม1 (ที่มา:https://www.indiamart.com, 2562) (ที่มา: http://kingtontech.com/products?cid=66&pid=66, 2562) 13.3 อุปกรณ์สำหรับทำแผ่นวงจรพิมพ์ การทำแผ่นวงจรพิมพ์สามารถทำได้หลายวิธี เช่น การทำซิลสกรีน การเขียนด้วยปากกาเคมีแบบลบ ไม่ได้ การทำโฟโตกราฟฟิกส์ การทาสีน้ำมันทาเป็นลายวงจรบนแผ่นพรินต์สำหรับการออกแบบลายวงจรจะ ใช้การออกแบบด้วยมือ หรือออกแบบด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์สำเร็จรูปก็ได้ หลังจากได้แผ่นวงจรพิมพ์แล้วก็ จะต้องนำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มาติดตั้งบนแผ่นวงจรด้วยการบัดกรี การศึกษาเกี่ยวกับอุปกรณ์สำหรับทำ แผ่นวงจรพิมพ์จึงแบ่งได้เป็น 2 ส่วน คือ อุปกรณ์สำหรับการออกแบบลายวงจร และอุปกรณ์สำหรับการบัดกรี 13.3.1 อุปกรณ์สำหรับการออกแบบลายวงจร 1) แผ่นวงจรพิมพ์หน้าเดียวแบบไม่เจาะรู ชนิดอิพ็อกซีหรือชนิดฟินอลิกก็ได้ แสดงตาม ภาพที่ 13.3 (ก) 2) น้ำยากัดลายพรินต์ (Etching Solution) ใช้สำหรับกัดลายทองแดงที่ไม่ต้องการออก จากแผงวงจรพิมพ์ แสดงตามภาพที่ 13.3 (ข)
(ก) แผ่นวงจรพิมพ์หน้าเดียว (ข) น้ำยากัดลายพรินต์ ภาพที่ 13.3 แผ่นวงจรพิมพ์หน้าเดียวแบบไม่เจาะรูและน้ำยากัดลายพรินต์ (ที่มา:http://www.myarduino.net, 2562) 3) ถาดน้ำยากัดลายพรินต์ (Etching Container) ทำจากพลาสติกใช้สำหรับใส่น้ำยา กัดพรินต์เพื่อนำแผ่นวงจรพิมพ์ลงไปแช่ไว้ แสดงตามภาพที่ 13.4 (ก) 4) ปากกาเคมีแบบลบไม่ได้ (Permanent Marker) ใช้สำหรับการออกแบบเขียนลาย วงจรลงบนแผ่นวงจรพิมพ์เลือกใช้ขนาดของหัวปากกาตามความเหมาะสมของปริมาณกระแส แสดงตาม ภาพที่ 13.4 (ข) (ก) ถาดใส่น้ำยากัดลายพรินต์ (ข) ปากกาเขียนลายวงจร ภาพที่ 13.4 ถาดใส่น้ำยากัดลายพรินต์และปากกาเขียนลายวงจร (ที่มา:http://www.boatbook.co.th, 2562) 5) น้ำยาทำความสะอาดแผ่นพรินต์ (Acetone) ใช้สำหรับทำความสะอาด แผ่นวงจรพิมพ์หลังจากนำขึ้นจากการแช่น้ำยากัดลายพรินต์ แสดงตามภาพที่ 13.5 (ก)
6) สว่านเจาะพรินต์ (Rotary tool or drill) และดอกสว่านใช้สำหรับเจาะแผ่นวงจรพิมพ์ เพื่อติดตั้งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แสดงตามภาพที่ 13.5 (ข) (ก) น้ำยาทำความสะอาดแผ่นพรินต์ (ข) สว่านเจาะพรินต์ ภาพที่ 13.5 น้ำยาทำความสะอาดแผ่นพรินต์และสว่านเจาะพรินต์ (ที่มา:http://www.myarduino.net, 2562) 13.3.2 อุปกรณ์สำหรับการบัดกรี การบัดกรีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ หมายถึง การเชื่อมต่ออุปกรณ์ที่ต้องการติดตั้งไว้บน แผ่นวงจรพิมพ์โดยใช้ตะกั่วเป็นตัวประสานระหว่างขาของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กับลายทองแดงบน แผ่นวงจรพิมพ์เพื่อให้เกิดการทำงานของวงจรอิเล็กทรอนิกส์ตามที่ได้ออกแบบไว้ อุปกรณ์ที่จำเป็นต้องใช้ สำหรับการบัดกรี มีดังนี้ 1) หัวแร้งไฟฟ้า (Electric Soldering Iron) เป็นเครื่องมือสำคัญที่ใช้ในการบัดกรีทำ หน้าที่ให้ความร้อนเพื่อหลอมละลายตะกั่วบัดกรีในการเชื่อมต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ลงบน แผ่นวงจรพิมพ์ หัวแร้งไฟฟ้ามีให้เลือกหลายชนิดในที่นี้จะขอยกตัวอย่างหัวแร้งไฟฟ้า 2 ชนิดที่นิยมใช้ใน งานอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปคือ หัวแร้งแช่ และหัวแร้งปืน 1.1) หัวแร้งแช่ (Electric Soldering) มีลักษณะคล้ายปากกา มีขนาดเล็กน้ำหนักเบา เหมาะสำหรับงานบัดกรีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ มีความร้อนคงที่ อุณหภูมิไม่สูงมาก และไม่เป็นอันตราย กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ในการใช้งานจำเป็นต้องเสียบปลั๊กทิ้งไว้ให้ร้อนตลอดเวลา มีขนาดตั้งแต่ 10 วัตต์ ถึง 250 วัตต์ ในงานอิเล็กทรอนิกส์จะใช้ขนาดประมาณ 15-30 วัตต์ เพื่อความปลอดภัยควรใช้งาน ร่วมกับที่วางหัวแร้ง หัวแร้งแช่และที่วางแสดงตามภาพที่ 13.6 (ก) 1.2) หัวแร้งปืน (Electric Soldering Gun) หัวแร้งปืนจะมีลักษณะคล้าย ๆ ปืน ใน การใช้งานจะมีสวิตช์ที่ด้ามจับ หัวแร้งชนิดนี้จะมีความร้อนได้รวดเร็วมีขนาดประมาณ 130 วัตต์ เหมาะ สำหรับงานบัดกรีเป็นครั้งคราว และจุดเชื่อมต่อที่ค่อนข้างใหญ่ แต่ไม่เหมาะสำหรับที่จะใช้กับอุปกรณ์ที่
ไม่ทนความร้อน เช่น ขั้วลำโพง แจ็คเสียบต่าง ๆ เป็นต้น เพราะความร้อนที่สูงอาจทำให้อุปกรณ์ อิเล็กทรอนิกส์ที่ไวต่อความร้อนได้รับความเสียหาย หัวแร้งปืนแสดงตามภาพที่ 13.6 (ข) (ก) หัวแร้งแช่และที่วาง (ข) หัวแร้งปืน ภาพที่ 13.6 หัวแร้งแช่ และหัวแร้งปืน (ที่มา:http://www.inventor.in.th/home/หัวแร้ง, 2562) 2) ตะกั่วบัดกรี (Solder) คือวัสดุที่ทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมประสานรอยต่อของสายไฟหรือ ขาของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เข้าด้วยกัน หรือต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เข้ากับลายวงจรพิมพ์ ส่วนประกอบของตะกั่วบัดกรีประกอบด้วยดีบุก (Tin) และตะกั่ว (Lead) ซึ่งมีส่วนผสมของสารทั้งสอง แตกต่างกัน ถูกกำหนดออกมาเป็นเปอร์เซ็น ค่าที่บอกไว้ค่าแรกเป็นดีบุกเสมอ เช่น 70/30 หมายถึง ส่วนผสมประกอบด้วยดีบุก 70% และตะกั่ว 30% บางครั้งอาจเรียกเฉพาะค่าดีบุกเท่านั้นก็ได้ดังนั้น ส่วนผสม 70/30 อาจเรียกว่าตะกั่วบัดกรีชนิดดีบุก 70% จุดหลอมละลายของตะกั่วบัดกรีขึ้นอยู่กับ เปอร์เซ็นต์ส่วนผสมของสารทั้งสองจุดหลอมละลายต่ำสุดมีค่าประมาณ 177 °C ที่ส่วนประกอบ ประมาณ 60/40 คือดีบุกประมาณ 60% และตะกั่วประมาณ 40% ถือว่าเป็นตะกั่วบัดกรีชนิดคุณภาพดี ตะกั่วบัดกรีที่ผลิตมาใช้งานด้านไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์มีลักษณะเป็นเส้นเล็กกลมยาว ขดไว้เป็นม้วนมีหลายขนาด ทั้งขนาดของเส้นตะกั่วและขนาดของความยาว ตะกั่วบัดกรีชนิดนี้ตอนกลาง ของเส้นตะกั่วมีน้ำยาประสานหรือฟลักซ์ (Flux) บรรจุด้วยเพื่อช่วยในการทำความสะอาดผิวหน้าของจุด บัดกรีด้วยการทำให้สิ่งสกปรกและสนิมต่าง ๆ บนผิวโลหะชิ้นงานหมดไปช่วยให้ตะกั่วบัดกรีสามารถ เกาะติดชิ้นงานได้ดีรวมทั้งช่วยเคลือบผิวตะกั่วบัดกรีและชิ้นงานไม่ให้เกิดสนิมด้วย น้ำยาประสานที่บรรจุ ไว้ในตะกั่วบัดกรีลักษณะตะกั่วบัดกรีใช้ในงานไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ แสดงตามภาพที่ 13.7
(ก) แบบม้วน (ข) แบบหลอด ภาพที่ 13.7 ตะกั่วบัดกรี (ที่มา:https://www.es.co.th, 2562) 3) ฟลักซ์ (Flux) มีลักษณะคล้ายขี้ผึ้งมีคุณสมบัติช่วยกำจัดออกไซด์ที่เป็นสาเหตุของสนิม และใช้ทำความสะอาดปลายหัวแร้ง โดยการจุ่มหัวแร้งที่ร้อน ๆ ลงไปที่ฟลักซ์ หลังจากนั้นควรนำหัวแร้งมา หลอมละลายตะกั่วที่ปลายหัวแร้งให้มีตะกั่วเกาะอยู่เสมอเพื่อไม่ให้หัวแร้งเป็นสนิม ลักษณะของ ฟลักซ์ตลับ แสดงตามภาพที่ 13.8 ภาพที่ 10.8 ฟลักซ์ตลับ (ที่มา:https://www.es.co.th, 2562) 4) ที่ดูดตะกั่ว (Solder Sucker) เป็นเครื่องมือสำหรับช่วยถอดเปลี่ยนอุปกรณ์ ในกรณีที่มี ความจำเป็นต้องถอดอุปกรณ์ที่บัดกรีไปแล้วออกจากแผ่นวงจรพิมพ์ จะต้องใช้หัวแร้งให้ความร้อนไปที่จุดที่ บัดกรีไว้เพื่อให้ตะกั่วละลายและใช้ที่ดูดตะกั่วซึ่งถูกออกแบบให้มีแรงดันลมจากสปริงภายในดูดตะกั่วบริเวณนั้น ออกมา การใช้ที่ดูดตะกั่วช่วยให้บริเวณที่เคยมีการบัดกรีแล้วมีความสะอาด และสามารถบัดกรีซ้ำได้อีกครั้ง ลักษณะของที่ดูดตะกั่วแสดงตามภาพที่ 13.9
(ก) แบบสปริง (ข) แบบไฟฟ้า ภาพที่ 13.9 ที่ดูดตะกั่ว (ที่มา:https://www.myarduino.net, 2562) 5) เครื่องมือทั่วไป ได้แก่ คีมตัดสายไฟ คัตเตอร์ ไขควงปากแบน และปากแฉก แสดงตาม ภาพที่ 13.10 ภาพที่ 13.10 เครื่องมือทั่วไป 13.4 วิธีการทำแผ่นวงจรพิมพ์ วิธีการทำแผ่นวงจรพิมพ์แบ่งออกเป็น 2 ส่วน คือ การสร้างลายพรินต์บนแผ่นวงจรพิมพ์ และการ บัดกรีวงจร 13.4.1 การสร้างลายพรินต์บนแผ่นวงจรพิมพ์ด้วยปากกาเคมีแบบลบไม่ได้มีขั้นตอนดังนี้ 1) เตรียมวัสดุอุปกรณ์ประกอบด้วย แผ่นพรินต์ทองแดง แผ่นพรินต์เอนกประสงค์ ปากกา เคมีแบบลบไม่ได้ น้ำยากัดพรินต์ ถาดใส่น้ำยากัดพรินต์ น้ำยาทำความสะอาดแผ่นพรินต์ สว่านเจาะพรินต์ ดอกสว่าน และเทปกาว
2) ออกแบบวงจรด้วยคอมพิวเตอร์นำแผ่นพรินต์เอนกประสงค์มาวางทับบนแบบแล้วใช้ ปากกาเคมีเขียนตาม ตามภาพที่ 13.11 ภาพที่ 13.11 ลายวงจรที่ใช้ปากกาเคมีวาด 3) ตัดแผ่นพรินต์ทองแดงตามขนาดงานที่ออกแบบ นำมาประกบกับแผ่นพรินต์เอนกประสงค์ ใช้เทปกาวยึดให้แน่น ตามภาพที่ 13.12 (ก) แผ่นพรินต์ทองแดง (ข) ลายวงจร ภาพที่ 13.12 ตัดแผ่นพรินต์ทองแดงให้เท่ากับขนาดของวงจร 4) เจาะรูด้วยสว่านเจาะพรินต์ตามจุดที่กำหนดไว้ เมื่อเจาะรูครบตามจุดที่กำหนดให้ดึงเทป กาวออกเพื่อแยกชิ้นงานออกจากกัน ตามภาพที่ 13.13
ภาพที่ 13.13 เจาะรูด้วยสว่านเจาะพรินต์ตามจุดที่กำหนดไว้ 5) ทำความสะอาดแผ่นพรินต์โดยขัดให้สะอาด ใช้น้ำยาทำความสะอาดแผ่นพรินต์เช็ดให้ สะอาด 6) ใช้ปากกาทำจุดที่จะเจาะให้ครบ และเขียนลายวงจรเชื่อมโยงไปตามจุดที่ออกแบบไว้ ตาม ภาพที่ 13.14 ภาพที่ 13.14 ใช้ปากกาเคมีเขียนลายเส้นวงจรและจุดที่จะบัดกรี 7) ทำการกัดลายวงจรบนแผ่นพรินต์ด้วยน้ำยากัดพรินต์ โดยวางชิ้นงานลงในถาดใส่น้ำยา กัดพรินต์ เทน้ำยาลงไปพอประมาณให้ท่วมแผ่นวงจร ทำการเขย่าภาชนะให้เคลื่อนที่จะใช้เวลากัด พรินต์ น้อยลง หรือถ้าเป็นน้ำอุ่นก็จะเกิดปฏิกิริยาเร็วขึ้น สังเกตส่วนที่ไม่ได้เขียนด้วยปากกาจะหลุดออก จนหมด หลังจากนั้นนำไปล้างน้ำและขัดออกจะได้ลายพรินต์บนแผ่นวงจรพิมพ์ตามที่ต้องการ แสดงตาม ภาพที่ 13.15
ภาพที่ 13.15 กัดลายวงจรบนแผ่นพรินต์ด้วยน้ำยากัดพรินต์ (ที่มา:https://makersmagazine.in.th, 2562) 13.4.2 การสร้างลายพรินต์บนแผ่นวงจรพิมพ์โดยใช้การลอกลายด้วยเตารีด มีขั้นตอนดังนี้ 1) ออกแบบวงจรด้วยคอมพิวเตอร์ โดยใช้โปรแกรมสำเร็จรูป เช่น PCB Wizards 2) แปลงวงจรที่ออกแบบให้เป็นลายพรินต์สำหรับแผ่นวงจรพิมพ์ 3) ใช้กระดาษโฟโต 180 แกรม พิมพ์ลายวงจรด้วยเครื่องพิมพ์เลเซอร์แบบขาวดำ ตามภาพที่ 13.16 (ก) 4) ตัดขนาดของแผ่นวงจรพิมพ์ให้เท่ากับขนาดของลายวงจร ตามภาพที่ 13.16 (ข) 5) ใช้เตารีด รีดลายพรินต์จากกระดาษลงบนแผ่นวงจรพิมพ์ ตามภาพที่ 13.16 (ค) 6) ค่อย ๆ ดึงกระดาษออก ผงหมึกจากกระดาษจะติดลงไปบนแผ่นวงจรพิมพ์ นำไปล้างด้วย น้ำสะอาด ตามภาพที่ 13.16 (ง) (ก) พิมพ์ลายลงบนกระดาษโฟโต (ข) ตัดขนาดแผ่นวงจรพิมพ์ให้เท่ากับวงจร
(ค) ใช้เตารีดรีดเน้น ๆ (ง) ลอกลายวงจรออก ภาพที่ 13.16 การสร้างลายวงจรโดยใช้เตารีดลอกลาย (ที่มา:http://dtv.mcot.net/, 2562) 7) สังเกตความสมบูรณ์ของลายพรินต์ถ้ามีบางส่วนขาดหายไปให้ใช้ปากกาเคมีแบบลบไม่ได้ เติมลายให้สมบูรณ์ 8) นำแผ่นวงจรไปเข้าสู่กระบวนการกัดพรินต์ตามวิธีที่ได้ศึกษามาแล้ว 9) เจาะรูบนแผ่นวงจรพิมพ์เพื่อใส่อุปกรณ์ด้วยสว่านเจาะพรินต์ 10) ทำความสะอาดแผ่นวงจรพิมพ์อีกครั้ง จากนั้นเคลือบแผ่นวงจรพิมพ์ด้วยยางสนผสมทิน เนอร์เพื่อไม่ให้เกิดสนิมและง่ายต่อการบัดกรี 10.4.3 การบัดกรีวงจร มีขั้นตอนดังนี้ 1) เตรียมอุปกรณ์การบัดกรี ได้แก่ เครื่องมือช่างทั่วไป หัวแร้งแช่พร้อมที่วาง ตะกั่วบัดกรีฟลักซ์ ตลับ แผ่นทำความสะอาดหัวแร้ง 2) ใส่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ลงบนแผ่นวงจรพิมพ์ โดยหลักการจะต้องใส่อุปกรณ์ที่มีขนาดเล็ก และเตี้ยที่สุดก่อน กดอุปกรณ์ให้ติดกับแผ่นวงจรพิมพ์ในระยะที่เหมาะสมไม่กดให้ติดจนเกินไปเพราะอาจทำให้ ขาของอุปกรณ์หักงอได้ และไม่ให้สูงเกินไปจนอุปกรณ์สามารถโยกไปมาได้ พับขาอุปกรณ์ให้แยกออกเพื่อ ป้องกันกุปกรณ์หลุดออกจากแผ่นวงจร ตามภาพที่ 13.17
ภาพที่ 13.17 การใส่อุปกรณ์ลงบนแผ่นวงจรพิมพ์ 3) ทำความสะอาดปลายหัวแร้ง กรณีหัวแร้งที่ยังไม่เคยใช้งานควรเสียบหัวแร้งทิ้งไว้ให้ร้อน เต็มที่ แล้วใช้ตะกั่วไล้ที่ปลายหัวแร้ง เพื่อให้การใช้งานครั้งต่อไปตะกั่วจะติดปลายหัวแร้งได้ง่ายขึ้น ทำความ สะดาดปลายหัวแร้งด้วยผ้านุ่ม หรือฟองน้ำทนความร้อน ตามภาพที่ 13.18 ภาพที่ 13.18 ทำความสะอาดปลายหัวแร้ง (ที่มา:https://pcbsmoke.wordpress.com, 2562) 4) เมื่อทำความสะอาดหัวแร้งและจุดบัดกรี (รูที่ใช้สว่านเจาะ) เสร็จแล้ว ตรวจสอบหัวแร้งว่า มีความร้อนพอที่จะบัดกรีได้หรือไม่โดยนำตะกั่วมาสัมผัสที่ปลายหัวแร้ง ถ้าตะกั่วละลายเกาะที่ปลายหัวแร้ง แสดงว่านำไปใช้บัดกรีวงจรได้ 5) นำปลายหัวแร้งไปป้อนความร้อนให้กับชิ้นงานให้ปลายหัวแร้งสัมผัสบริเวณจุดที่ต้องการ บัดกรีและขาอุปกรณ์พร้อมกัน ใช้เวลาประมาณ 3-5 วินาทีขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของหัวแร้งแต่ละชนิด จากนั้น ป้อนตะกั่วลงไปตรงจุดบัดกรีโดยวางตะกั่วให้อยู่ตรงข้ามกับหัวแร้ง ตามภาพที่ 13.19 ถ่างขาออกเล็กน้อย
ภาพที่ 13.19 การป้อนความร้อนให้จุดที่ต้องการบัดกรี (ที่มา:https://www.makerspaces.com/how-to-solder, 2562) 6) เมื่อตะกั่วละลายทั่วจุดบัดกรีแล้ว นำตะกั่วออกจากจุดบักรี และยกหัวแร้งขึ้น ทิ้งให้ตะกั่ว เย็นตัวลง 7) ตัดขาอุปกรณ์ที่บัดกรีแล้วออก โดยใช้คีมตัดสายไฟตัดขาอุปกรณ์ที่อยู่นอกรอยบัดกรีทิ้ง ตามภาพที่ 13.20 ภาพที่ 13.20 การตัดขาอุปกรณ์ 8) ตรวจสอบการบัดกรี เป็นขั้นตอนสุดท้ายของการบัดกรีก่อนนำวงจรไปทดสอบการทำงาน รอยบัดกรีที่สวยงาม คงทน ต้องมีความเงางาม ผิวเรียบ ตะกั่วบัดกรีจะเชื่อมติดกับอุปกรณ์ทุกส่วนเพื่อให้ กระแสสามารถไหลได้ดี ปริมาณตะกั่วจะต้องไม่เกาะกลมแต่จะมีลักษณะกลมเรียบและมีปลายแหลม ตามภาพ ที่ 13.21
ภาพที่ 13.21 รอยบัดกรีแบบต่าง ๆ (https://learn.adafruit.com, 2562) 13.4.4 การถอนรอยบัดกรี เมื่อเกิดการบัดกรีผิดพลาด หรือต้องการเปลี่ยนอุปกรณ์บนแผงวงจรพิมพ์จำเป็นต้องมีการ ถอนรอยบัดกรีเก่าออก สามารถทำได้ดังนี้ 1) นำหัวแร้งที่มีความร้อนพร้อมใช้งานสัมผัสตะกั่วบริเวณจุดบัดกรีที่ต้องการถอดอุปกรณ์ จน ตะกั่วละลาย จากนั้นให้รีบดูดตะกั่วออกโดยใช้ที่ดูดตะกั่วดูดตะกั่วออกให้หมดจนขาของอุปกรณ์ไม่มีตะกั่วติด อยู่จนสามารถถอดอุปกรณ์ได้ 2) การถอนตะกั่วควรทำให้เสร็จในการใช้ความร้อนละลายตะกั่วเพียงครั้งเดียว และควรทำให้ เสร็จอย่างรวดเร็วไม่ควรใช้เวลานานเพราะความร้อนจะทำให้โครงสร้างภายในของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้รับ ความเสียหายได้ หรืออาจทำให้ลายทองแดงหลุดไม่สามารถบัดกรีใหม่ได้ สรุป การทำแผ่นวงจรพิมพ์มีความสำคัญมากสำหรับการสร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากวงจร อิเล็กทรอนิกส์ที่ถูกออกแบบมาจะสามารถทำงานได้หรือไม่นั้นการทดลองวงจรอย่างเดียวอาจไม่เพียงพอถ้า หากยังไม่ได้ผ่านการติดตั้งลงบนแผ่นวงจรพิมพ์ การทำแผ่นวงจรพิมพ์โดยขาดทักษะความรู้ เทคนิคความ ชำนาญอาจส่งผลให้โครงสร้างภายในของอุปกรณ์เกิดความเสียหาย และเกิดการทำงานที่ผิดพลาดได้ นอกจากนี้การทำแผ่นวงจรพิมพ์ยังต้องคำนึงถึงความสวยงาม การจัดวางอุปกรณ์มีความเหมาะสม สามารถ นำไปใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ