เอกสารการสอนหน่วยที่_1

หนว ยท่ี 1 ความรเู บ้อื งตนเก่ยี วกบั แผนวงจรพมิ พ (Print Circuit Board Principle)สาระการเรียนรู 1. นิยามของแผนวงจรพมิ พ 2. ประเภทแผนวงจรพิมพ 3. เลเยอรข องแผนวงจรพมิ พ 4. ฟตุ ปริน้ (Footprint) 5. หนว ยวดั ท่ีใชใ น การออกแบบแผน วงจรพมิ พจุดประสงคการเรียนรู 1. บอกนิยามของแผนวงจรพมิ พได 2. บอกประเภทของแผนวงจรพิมพได 3. บอกเลเยอรของแผนวงจรพมิ พได 4. บอกลักษณะฟุตปริ้นทไ ด 5. บอกหนว ยวัดทใี่ ชในการออกแบบแผน วงจรพมิ พไ ด 6. เพือ่ ใหมกี ิจนสิ ยั ในการทํางานทม่ี ีระเบียบแบบแผนและมีความรับผิดชอบ

สาระสําคญั แผนวงจรพิมพ หรือ PCB(Printed Circuit Board) จะมีลักษณะเปนแผงวงจรไฟฟาสีเขียว,สีแดง,สีสมหรอื สนี ้าํ เงนิ ตามแตผูผลติ จะสรางข้ึนมา โดยเปนสวนประกอบท่ีสําคัญของวงจรอิเล็กทรอนิกสซึ่งเปนทางเดินของสัญญาณไฟฟาไปยังอุปกรณอิเล็กทรอนิกสจึงทําใหวงจรสามารถทํางานได แผนวงจรพิมพจะประกอบไปดวยเนอ้ื แผนชนดิ ตางๆ และฉาบดว ยแผน ทองแดงบางๆ เนอื้ หาสาระรายละเอียดที่เก่ยี วของกบั การออกแบบลายวงจรพิมพ (จดุ ประสงคการเรยี นรูขอท่ี 1) กอนท่ีจะสรางแผนวงจรพิมพ ผูเรียนจะไดศึกษาสวนที่เก่ียวของกับการออกแบบวงจรพิมพ ซึ่งมีรายละเอยี ดดังน้ี 1. นิยามของแผน วงจรพมิ พ (Print Circuit Board : PCB) การประกอบวงจรทางอิเล็กทรอนิกส สวนใหญจะประกอบบนแผนวงจรพิมพ หรือที่เรียกกันทั่วไปคือแผน ปรินซ หรอื แผน PCB (Printed Circuit Board) ซง่ึ ดานหนึ่งท่ีใสอ ปุ กรณจะเปนฉนวน และอีกดานจะเปนแผนทองแดงบางๆ จดุ เดนของการเชื่อมวงจรดวยแผนวงจรพิมพ แทนการใชสายตอ คือ อุปกรณจะถูกวางอยางเปนระเบียบ และประหยัดพื้นที่ ลดความวุนวายจากการโยงสายที่ซับซอนและสามารถที่จะผลิตเปนอุตสาหกรรมไดด วย 2. ประเภทแผน วงจรพมิ พ (PCB : Print Circuit Board) แผนวงจรพมิ พจ ะแบงออกเปน 2 ประเภทใหญ ๆ คือ 2.1 แผน วงจรพมิ พแ บบอเนกประสงค 2.2 แผนวงจรพมิ พเ ปลา

2.1 แผน วงจรพิมพแบบอเนกประสงค (Universal Board) แผนวงจรพิมพประเภทนี้ โดยมากมักจะมีการวางลายทองแดงเปนเสนๆ และมีการเจาะรูไวแลว สามารถเสียบอุปกรณลงไปไดทันที แตอาจตองมีการตัดลายทองแดง หรือเช่ือมตอดวยสายไฟในบางจุดสวนใหญมักใชกับการประกอบวงจรที่ไมซับซอนหรือมีอุปกรณไมกี่ตัว โดยเราอาจจะแบงไดตามแนวเสนทองแดงดานหลงั เปน 3 แบบ คอื 1) ไอซีบอรด (IC Board) จะมีการวางตําแหนงขาเปนแนวแบบขาไอซี โดยระยะหางระหวางรเู จาะเทา กับระยะหา งของขาไอซพี อดี สวนลายทองแดงมีลักษณะเปนแถบยาวตอเนื่อง เปนระยะเทา ๆกัน ดังภาพ 1.1 สําหรับการใชงานจําเปนตองมีการตัดลายทองแดงเปนบางสวน และเชื่อมตอตัวสายไฟในบางจุด ภาพ 1.1 แสดงดานลายทองแดงของแผน ไอซบี อรด 2) โปรโตบอรด (Proto Board) จะมีลักษณะของลายทองแดง เหมอื นกบั แผนโปรโต-บอรดทเี่ ราใชต อทดลองวงจร ดงั ภาพท่ี 1.2 ภาพ 1.2 แสดงดานลายทองแดงของแผน โปรโตบอรด

3) แพดบอรด (Pad Board) ลักษณะของแผนวงจรพิมพจะไมมีลายทองแดงเช่ือมตอ แตมีเพียงลายทองแดงเปนจุดๆ เหมือนเปนหลักยึดอุปกรณ ดังภาพ 1.3 โดยการใชงานจะตองเชื่อมตอระหวางสายระหวา งจดุ ดงั กลาวตามวงจร ภาพ 1.3 แสดงดานลายทองแดงของแผน แพดบอรด 2.2 แผนวงจรพิมพเ ปลา แผนวงจรพิมพประเภทนี้จะมีแผนทองแดงบาง ๆเคลือบอยูตลอดแผน ในการใชงานจําเปนตองกัดลายทองแดงบางสวนออกไป ดว ยน้ํายาหรือกรดกดั ปรน้ิ ซ โดยอาจจะมี 4 ลกั ษณะ คือ 1) แบบหนาเดียว (Single Side PCB) แบบน้ีจะมีลายทองแดงเคลือบอยูเพียงหนาเดียว เหมาะสําหรับวงจรท่ีไมยุงยากซับซอนจนเกนิ ไปนัก แผน วงจรพมิ พแ บบน้จี ะราคาถกู และมกี ารใชง านกวา งขวาง เพราะผูใชสามารถกัดลายทองแดงเองได จงึ มักนิยมใชในการทาํ โครงงานพนื้ ฐานตาง ๆ 2) แบบ 2 หนา (Double Side PCB) แบบน้ีจะมีทองแดงเคลือบอยูทั้ง 2 ดาน สวนใหญดานหน่ึงมักจะปลอยใหเปนลายทองแดงเต็มแผนในลักษณะเปน กราวดเพลน (Ground Plane) โดยมีจุดประสงคเพ่ือลดสัญญาณรบกวน มักใชในวงจรเคร่อื งรับหรือเครือ่ งสง วทิ ยุ

3) แบบ 2 หนา เช่ือมตอ กนั (Double Side Plate Trough Hole PCB) มกั เรียกกันทบั ศพั ทวา “ แบบเพลททรโู ฮล ” โดยแบบนี้จะมีลายทองแดงเคลือบอยูทั้ง 2 ดานและมีเชื่อมตอกันกันระหวางทองแดงท้ังสองดานผานรูท่ีทําเปนพิเศษ แผนวงจรพิมพประเภทน้ีสวนใหญจะมีการวางอปุ กรณท ง้ั สองดาน และลดพ้ืนที่ไดมาก สว นใหญม ักจะสรางเปน วงจรสําเร็จมาจากทางโรงงานมากกวา 4) แบบหลายชนั้ (Multi Layer PCB) แผนวงจรพิมพประเภทน้ีมีความซับซอนมากโดยจะมีลายทองแดงอยูดานในดวย และมีการเชื่อมตอกันผานทางรูท่ีทําพิเศษ แผนวงจรประเภทน้ีสวนใหญมักทําสําเร็จมาจากโรงงานเชนเดียวกัน เพราะมีการสรา งท่ซี บั ซอ นและยงุ ยากมาก ผใู ชทั่วไปไมส ามารถทําได นอกจากนี้ยงั มกี ารเรยี กแผนวงจรพิมพ ตามสารทีเ่ ปน พื้นฉนวน เชน แผน วงจรพมิ พแบบ เบกาไลต(Bakelite) ซึ่งใชเบกาไลตเปนฉนวน สวนใหญมักมีสีน้ําตาล แผนวงจรพิมพแบบกลาสอีพอกซ่ี (Glass Epoxy)ซึง่ จะใชใ ยแกวเปน ฉนวนมสี ีตา งๆ แตส ว นใหญม กั ทาํ เปนสีเขยี ว หรือสีฟา ภาพที่1.4 แผน ปริ้นทแ บบอีพ็อกซี่3. เลเยอรของแผน วงจรพมิ พ การออกแบบลายวงจรจําเปนตองทราบถึงเลเยอรท่ีใชในโปรแกรม Protel 99SE วาแตละเลเยอรมีหนาที่ใชท าํ อะไรบาง ซึง่ ในทนี่ ีจ้ ะขอกลาวถึงเลเยอรที่จําเปน เทา นั้น1.Top Layer ใชเปน ลายทองแดงดานบน คา สปี กติ คือ สแี ดง2.Bottom Layer ใชเ ปนลายทองแดงดา นลาง คาสีปกติ คือ สนี ้าํ เงนิ3.Mechanical ใชในการกําหนดขนาดจุดตัด ตําแหนงตางๆ ในแผนวงจรพิมพ เชน กําหนด ตําแหนง เจาะแผน วงจร พิมพใหเปนรปู ส่ีเหล่ียมตรงกลางแผน เปน ตน4.Top Overlay ใชแ สดงรปู ภาพหรือขอความตา ง ๆ บนแผนวงจรพิมพ คา สปี กติ คือ สีเหลือง

5. Top Solder ใชเปดจดุ บัดกรีดานบน (แบบสองหนา) เมื่อนําแผนวงจรพิมพไปเคลือบเปนสี ตา งๆ6.Bottom Solder ใชใหเปดจุดบัดกรีดานลาง (ใชท้ังแบบหนาเดียวและแบบสองหนา) เมื่อนํา แผน วงจรพมิ พไ ปเคลือบเปน สตี าง ๆ7. Keep Out Layer ใชในการกําหนดขนาดของแผนวงจรพิมพ และยังกําหนดขอบเขตการเดิน ลายทองแดงแบบอัตโนมตั ิไดต ามตอ งการ คา สปี กติ คือ สชี มพู8.Multi Layer ใชเ ปน เสมอื นจดุ บดั กรี ภาพที่ 1.4 แสดงแผน ปริ้นทหนาเดยี ว 4. ฟุตปริ้น(Footprint) ฟุตปร้ิน (Footprint) คือ รูปรางท่ีใชแทนอุปกรณจริง เปนขนาดตัวถัง ระยะหางของขาอุปกรณฟุตปริ้นสวนใหญจะมองจากดานบนลงมาดานลาง (Top view) เพ่ือใชในการประกอบอุปกรณจริงลงบนแผนวงจรพมิ พ

ภาพ 1.5 แสดงฟตุ ปรน้ิ (Footprint) 5. หนวยวัดท่ีใชใน Protel 99SE โปรแกรม Protel 99SE มีหนวยท่ีใชวัดระยะอยู 2 หนวย คือ หนวยที่เปน Imperial (mil) และMetric (mm) ซ่ึงเราสามารถเปลี่ยนหนวยได โดยการกดปุมคีย <Q> และถาตองใชเครื่องมือวัดหนวยใหกดปุมคีย < P , D , D >อตั ราสวนของหนว ยวดั1 mil = 0.0254 mm10 mil = 0.254 mm100 mil = 2.54 mm1000 mil = 1 น้วิ (in)สามารถคาํ นวณเพือ่ เปรียบเทยี บหนว ยใหเปน คา หนวยอืน่ ๆ ดงั ตวั อยางตอไปน้ีตัวอยางท่ี 1 ถาตองการเปล่ียนหนวย 120 mil ใหเปน mm สามารถคาํ นวณไดดงั น้ี 120  0.0254 = 3.048 mmตัวอยางท่ี 2 ถาตอ งการเปลี่ยนหนวย 96 mm ใหเปน mil สามารถคาํ นวณไดดงั นี้96 / 0.254 = 377.95 milตวั อยางท่ี 3 ถา ตองการเปล่ียนหนวย 6 cm ใหเ ปน น้วิ (in) สามารถคํานวณไดดังน้ี 6 cm / 2.54 cm = 2.36 น้ิว(in)

สรุปสาระประจาํ หนวยที่ 1 เม่ือเรียนหนวยน้ีจบแลวนักเรียนสามารถบอกนิยามของแผนวงจรพิมพไดวาประโยชนคือลดความยุงยากในการตออุปกรณอิเล็กทรอนิกสเขาดวยกัน ในการเลือกแผนวงจรพิมพไปใชจะใชแบบหนาเดียวหรือหลายๆหนาก็ข้ึนอยูกับจํานวนอุปกรณที่ใช ในการออกแบบตองเลือกขนาดและรูปรางของอุปกรณใหถกู ตองเรยี กวาฟตุ ปรนิ้ ท (foot print)