วิธีทำ PCB โดยใช้กระดาษโฟโต้ (Toner transfer)

การทำแผ่นลายวงจรพิมพ์หรือ PCB ด้วยกระดาษโฟโต้เป็นอีกหนึ่งวิธีที่สามารถทำได้ง่ายและสะดวก โดยใช้หลักการเดียวกับการใช้แผ่นใสครับ

อุุปกรณ์
- กระดาษโฟโต้ หรือ Glossy Paper
- แผ่น PCB
- เตารีด
- เครื่องพิมพ์เลเซอร์
- กรดสำหรับกัด PCB


วิธีทำอันดับแรกให้ปริ้นลายวงจรที่ได้ออกแบบไว้ลงบนกระดาษโฟโต้โดยใช้เครื่องพิมพ์เลเซอร์ ซึ่งหมึกของเครื่องพิมพ์นั้นควรจะใช้หมึกแท้ เพื่อเวลารีดลายวงจรลงบน PCB จะทำให้หมึกติดแน่น แล้วจะได้ลายวงจรที่คมชัดครับ


จากนั้นทำความสะอาดแผ่น PCB และทำให้แห้ง จากนั้นใช้เตารีดรีดลายวงจรลงบนแผ่น PCB โดยปรับอุณหภูมิไปที่อุณหภูมิสูงสุด และพยายามรีดให้ทั่วทั้งแผ่นและเน้นบริเวณที่เป็นลายวงจรเพื่อให้ลายวงจรติดลงบน PCB ครบครับ

เมื่อรีดเสร็จแล้วให้นำแผ่น PCB ไปแช่น้ำและใช้มือถูกระดาษออกให้หมดกระทั้งเหลือเพียงหมึกที่ติดอยู่บนแผ่น PCB ดังรูปครับ

จากนั้นนำ PCB ลงไปในอ่างกรดกัด PCB กระทั้งทองแดงที่ไม่ต้องการถูกกัดออกจนหมด และเหลือเพียงลายวงจรในส่วนที่มีหมึกติดอยู่ครับ


ใช้ฝอยขัดหม้อขัดหมึกออกจากแผ่น PCB จนหมด หรืออาจจะใช้ทินเนอร์เช็ดหมึกออกก็ได้นะครับ เสร็จแล้วนำไปเจาะรูก็เป็นอันเสร็จเรียบร้อยแล้วครับ :)

อ้างอิงจาก: http://electrons.psychogenic.com/modules/arms/art/10/pcb_howto.php

การสร้าง Library ในโปรแกรม DipTrace

สำหรับการออกแบบ PCB นั้น บางครั้งอาจพบว่าอุปกรณ์ที่เราต้องการใช้ในการออกแบบอาจไม่มีอยู่ใน Library ดังนั้นจึงจำเป็นต้องสร้างขึ้นมาใหม่ ซึ่งเราจะกล่าวในบทความฉบับนี้ โดยขั้นตอนการสร้าง Library จะแบ่งออกเป็นสองส่วนหลักคือ การสร้าง Footprint และการสร้าง Symbol

1. การสร้าง Footprint เพื่อนำไปใช้ออกแบบลายวงจร อันดับแรกนั้นเราควรจะรู้ขนาด กว้างxยาว และขนาดรูของอุปกรณ์ ซึ่งอาจจะได้จาก datasheet หรือใช้ไม้บรรทัดวัดครับ โดยที่การสร้าง Footprint นั้นจะมีขั้นตอนดังนี้ครับ
   1.1 เปิดโปรแกรม Pattern Editor.exe
   1.2 วาดตัวอุปกรณ์จากนั้นก็ใส่ Pad หรือที่สำหรับบัดกรีอุปกรณ์
   1.3 คลิกขวาที่ Pad เลือก Properties... > Type/Dimensions > Pattern's Pad Properties... เพื่อกำหนดขนาดของรูและขนาด Pad
   1.4 ใส่ชื่ออุปกรณ์ในช่อง Name และอักษรย่อเพื่ออ้างอิง ResDes
   1.5 Save พร้อมกับใส่ชื่อของ library ที่ช่อง Name และใส่ชื่อย่อที่ช่อง Hint
   
2. การสร้าง Symbol เพื่อนำไปใช้ออกแบบ Schematic ซึ่งในขั้นตอนนี้จะมีการรวม Footprint กับ Symbol เข้าด้วยกัน หรือที่เรียกว่า Integrated Library โดยจะมีขั้นตอนดังนี้ครับ
   2.1 เปิดโปรแกรม Component Editor.exe
   2.2 วาด Symbol ของอุปกรณ์พร้อมกับใส่ Pin เพื่อเป็นขั้วให้กับอุปกรณ์
   
   2.3 ใส่ชื่ออุปกรณ์ (Name) และอักษรย่อเพื่ออ้างอิง (ResDes)
   2.4 คลิก Pattern
   2.5 จากนั้นคลิก Add เพื่อเลือกไฟล์ Footprint ที่ได้สร้างไว้
   
   2.6 เสร็จแล้วเลือก Footprint จากนั้นคลิก OK
   2.7 Save พร้อมกับใส่ชื่อของ Library ที่ช่อง Name และใส่ชื่อย่อที่ช่อง Hint

เพียงเท่านี้ก็เราก็สามารถสร้าง Library ในโปรแกรม DipTrace เพื่อเก็บไว้ใช้งานได้แล้วครับ

การใช้งานโปรแกรม DipTrace เบื้องต้น ตอนที่ 2

จากบทความก่อนได้กล่าวถึงการใช้โปรแกรม DipTrace เบื้องต้น การเพิ่ม Library และการออกแบบ Schematic ด้วยโปรแกรม DipTrace โดยยกตัวอย่างวงจร 

Differential Amplifier ซึ่งในบทความฉบับนี้ก็จะนำเสนอการออกแบบแผ่นวงจรพิมพ์หรือ PCB โดยจะใช้ไฟล์ Schematic ที่ได้จากบทความก่อน โดยมีลำขั้นตอนดังนี้

1. เปิดโปรแกรม PCB Layout.exe  แล้วให้ไปที่ File > Renew Design from Schematic > By Components... จากนั้นเลือกไฟล์ Schematic ที่ได้สร้างไว้แล้ว โปรแกรมจะทำการถ่ายโอนอุปกรณ์ให้อยู่ในรูปแบบที่จะนำไปออกแบบ PCB ดังรูปซึ่งจะเห็นว่ามีเส้นอ้างอิงการเชื่อมต่อของอุปกรณ์หรือ Net แสดงอยู่
   
   
2. ไปที่ Route > Lock Net Structure เพื่อล็อคไม่ให้สามารถเปลี่ยนแปลงเส้นอ้างอิงการเชื่อมต่อของอุปกรณ์หรือ Net ได้
   
   
3. จัดวางอุปกรณ์หรือ Footprint เพื่อให้ง่ายต่อการเชื่อต่อลยวงจร และในขณะที่เปลี่ยนตำแหน่งอุปกรณ์แต่ละตัวนั้นให้กดปุ่มคีย์ลัด F12 เพื่อให้เส้นอ้างอิงการเชื่อมต่อของอุปกรณ์แสดงระยะทางการเชื่อมต่อที่ใกล้ที่สุด
   
   
4. เลือกด้านของ PCB ที่จะเดินลายวงจรให้เป็นด้านล่างของแผ่น PCB โดยกดปุ่มคีย์ลัด 2 หรือคลิกเลือกจาก Tool bar ให้เป็น Bottom
   
   
5. คลิก หรือ Route Manual จากนั้นคลิกที่ขาของ Footprint หรือ Pad ของอุปกรณ์เพื่อเดินลายวงจร ในขณะเดียวกันเมื่อคลิกขวาหรือกดปุ่มคีย์ลัด W จะปรากฏหน้าหน้าต่างให้เลือกขนาดของลายวงจรหรือ Trace ดังรูป จากนั้นเดินลายวงจรลายวงจรให้เสร็จสมบูรณ์

อย่างไรก็ดี การออกแบบ PCB นั้นควรจะคำนึงถึงและออกแบบให้สอดคล้องกับกระแสที่ไหลในวงจร และแรงดันที่ตกคร่อมในวงจรให้เป็นไปตามมารตฐานที่รองรับ ยกตัวอย่างเช่น IPC Standard เป็นต้น เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดปัญหาขัดข้องเมื่อนำไปใช้งานเช่น ลายทองแดงขาดหรือไหม้ซึ่งเกิดจากกระแสไหลเกินที่ขนาดลายทองแดงจะรับไหว หรือเกิดการ Breakdown ระหว่างลายทองแดงซึ่งเกิดจากแรงดันสูงเป็นต้น เบื้องต้นนั้น IPC Standard ได้แนะนำขนาดของลายทองแดง และระยะระหว่างลายทองแดงสำหรับวงจรทั่วไปไว้ดังนี้

สำหรับไฟล์ PCB ตัวอย่างของวงจร Differential Amplifier นั้นสามารถดาวน์โหลดได้จาก Diff Amp.dip และมีวีดีโอตัวอย่างดังด้านล่างครับ

การใช้งานโปรแกรม DipTrace เบื้องต้น ตอนที่ 1

ในบทความก่อนหน้านี้เราได้กล่าวถึงขั้นตอนการออกแบบ PCB เบื้องต้น ซึ่งได้แก่ 1) ออกแบบ Schematic 2) ออกแบบแผ่นวงจรพิมพ์หรือ PCB 3) กัดลายทองแดงหรือสร้างแผ่น PCB  และในบทความฉบับนี้เรากล่าวถึงรายละเอียดของการใช้งานโปรแกรม DipTrace เบื้องต้น สำหรับการออกแบบ PCB โดยจะเริ่มต้นจากการเพิ่ม Library สำหรับอุปกรณ์ดังนี้

1. เมื่อติดตั้งโปรแกรมเรียบร้อยแล้ว จากนั้นเปิดโปรแกรม Schematic.exe ขึ้นมาจะเห็นว่า Library หรือรายการอุปกรณ์ที่มีมากับโปรแกรมนั้นมีมากมายซึ่งทำให้ยากต่อการเลือกอุปกรณ์มาใช้งาน ดังนั้นเพื่อให้ง่ายต่อการใช้งานจึงควรจะเลือกเฉพาะ Library ที่จำเป็นต่อการใช้งาน ซึ่งทาง SmallLab เองได้สร้าง Library ขึ้นมาเองโดยจะมีเฉพาะอุปกรณ์ที่จำเป็นสำหรับการใช้งานอันได้แก่ ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ ไดโอด และคอนเนคเตอร์ เป็นต้น ซึ่งสามารถดาวน์โหลดได้จาก DipTrace_LIB.rar เมื่อทำการโหลดไฟล์และ Extract file เรียบร้อยแล้วให้ไปที่ Manu bar > Library > Library Setup ซึ่งโปรแกรมจะปรากฏหน้าต่างขึ้นมาดังรูป
   
   
   1.1 ทำเครื่องหมายถูกที่ Get Libraries from Folder
   
   1.2 คลิกเพื่อเลือกโฟลเดอร์ที่จัดเก็บ Library ไว้ เมื่อเลือกโฟลเดอร์เสร็จแล้วให้คลิก OK
   
   1.3 จากนั้นคลิก Close เพื่อปิดหน้าต่าง Library Setup
   
   
   
   
   
   
   จะเห็นแถบ Library สำหรับเลือกใช้อุปกรณ์ปรากาฏขึ้นมาใต้ Menu Bar ซึ่งเมื่อคลิกก็จะปรากฏรายการอุปกรณ์ขึ้นมาที่แถบด้านซ้านมือเพื่อให้เลือกใช้ตามขนาดที่ต้องการ และด้านล่างจะแสดง Footprint ของอุปกรณ์แต่ละตัวที่ได้ทำการเลือก
   
   
   
2. ขั้นตอนต่อมาเป็นการสร้าง Sheet หรือพื้นที่สำหรับวาด Schematic ให้ไปที่ Manu bar > File > Titles and  Sheet Setup จะปรากาฏหน้าต่างขึ้นมาดังรูป
   
   2.1 ทำเครื่องหมายถูกที่ Display Titles และ Display Sheet ดังรูป
   
   2.2 คลิก Close เพื่อปิดหน้าต่าง Titles and Sheet Setup จากนั้นจะปรากฏ Sheet สำหรับวาดวงจรหรือ Schematic
   
   
3. 

   ทำการออกแบบวงจร ซึ่งจะยกตัวอย่างวงจร Differential Amplifier โดยใช้ Op-Amp เบอร์ LM318 ซึ่งมีอยู่ใน Library ของ TI ซึ่งมีมากับโปรแกรมนั่นเอง ทำการจัดวางอุปกรณ์และเชื่อมต่อเข้าด้วยกันดังรูป
   

   

   จากนั้นคลิก Save เพียงเท่านี้ก็เสร็จขั้นตอนของการออกแบบ Schematic แล้วครับ สำหรับไฟล์ตัวอย่างนั้นสามารถโหลดได้ที่ Diff Amp.dch และ Diff Amp.pdf

นอกจากนี้ยังสามารถดูได้จากวีดีโอตัวอย่างด้านล่างครับ สำหรับบทความต่อไปจะกล่าวถึงรายละเอียดของการออกแบบลายวงจรหรือ PCB โดยจะยังใช้วงจรเดิมครับ

ขั้นตอนการออกแบบ PCB เบื้องต้น

การออกแบบ PCB หรือแผ่นวงจรพิมพ์นั้น จะแบ่งขั้นตอนออกเป็นแบบคร่าวๆคือ 1) ออกแบบ Schematic 2) ออกแบบ ลายวงจรหรือ PCB 3) กัดลายทองแดงหรือ สร้างแผ่น PCB

1. ในโปรแกรมที่ถูกสร้างมาเพื่อสำหรับออกแบบ PCB นั้นจะมีส่วนของ Schematic Design ซึ่งมีไว้สำหรับวาดวงจรไฟฟ้าหรือวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องการจะออกแบบ PCB ลงไปในส่วนนี้ โดยในตัวโปรแกรมเองจะมี Symbol หรือสัญลักษณ์ของอุปกรณ์ต่างๆ อยู่ใน library สำหรับให้วาดวงจร เมื่อเราวาดวงจรเสร็จแล้วก็จะต้องทำการแปลง Scematic ไปในส่วนของ PCB
2. จากขั้นตอนก่อนหน้านี้ เมื่อเราวาดวงจรหรือ Schematic เรียบร้อยแล้ว เราก็จะทำการแปลงให้มาอยู่ในส่วนของ PCB Design ซึ่งอุปกรณ์ต่างๆก็จะถูกแปลงให้เป็นรูปร่างที่สอดคล้องกับอุปกรณ์จริงหรือที่เราเรียกว่า Footprint นั่นเอง  พร้อมกับเส้นอ้างอิงการเชื่อมต่อระหว่างขาของอุปกรณ์ต่างๆหรือที่เราเรียกว่า Netlist ซึ่งในส่วนของขั้นตอนนี้เราจะต้องทำการเดินลายทองแดงหรือ Trace เชื่อมระหว่างขาของอุปกรณ์แต่ละตัว พร้อมกับทำการจัดวางตำแหน่งของอุปกรณ์ และกำหนดขนาดของแผ่น PCB เมื่อทำการออกแบบลายวงจรเสร็จเรียบร้อยแล้วก็พร้อมที่จะสร้างหรือกัดแผ่นทองแดงให้เป็นลายวงจรในขั้นตอนต่อไป
3. การสร้าง PCB นั้นมีลายวิธีอาทิเช่น ใช้ Dryfilm, Toner transfer, ใช้เครื่อง CNC และ การยิง film เป็นต้น ซึ่งวิธีที่เป็นที่นิยมและสามารถทำเองได้โดยใช้ต้นทุนต่ำได้แก่ วิธีใช้ Dryfilm และ Toner transfer ซึ่งจะใช้ฟิล์มหรือหมึกของเครื่องปริ้นเลเซอร์ปิดบริเวณลายวงจรที่ได้ทำการออกแบบไว้ จากนั้นจะใช้น้ำยาที่มีคุณสมบัติละลายทองแดงมากัดบริเวณที่ไม่โดนฟิล์มหรือหมึกปกปิดไว้ให้เหลือเพียงลายวงจรที่ต้องการ

ขั้นตอนการออกแบบ PCB สำหรับผู้ที่เริ่มเรียนรู้นั้น ในขั้นตอนที่ 2 อาจจะใช้เวลามากพอสมควร แต่เมื่อผ่านการออกแบบลายวงจรหลายๆวงจรจนชำนาญแล้ว ก็จะใช้เวลาในการออกแบบไม่นาน การเรียนรู้การออกแบบ PCB นอกจากจะเป็นการใช้เวลาว่างให้เกิดประโยชน์แล้ว ยังเป็นการเพิ่มทักษะทางวิชาชีพอย่างหนึ่ง ซึ่งจำเป็นสำหรับการทำงานในสายวิชาชีพช่างอิเล็กทรอนิกส์ วิศวกรอิเล็กทรอนิกส์ หรืออาชีพที่เกี่ยวข้องอีกด้วยครับ

Keywords Tags: PCB, Trace, Footprint