รับออกแบบวงจรไฟฟ้า / PCB Design

PCB Design กับการใช้งานในแต่ละอุตสาหกรรม

        ในปัจจุบันเราจะเห็นได้ว่าแทบจะทุกอุตสาหกรรมเลยก็ว่าได้ที่จะต้องใช้แผงวงจรพิมพ์ เนื่องจาก PCB นั้นเป็นหัวใจหลักของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และเครื่องจักรทั้งหมดจึงเป็นส่วนสำคัญอีกส่วนที่ขาดไปไม่ได้ ต่อมาเรามาพูดถึงการออกแบบpcb กับการใช้งานในอุตสาหกรรมต่างๆกันดีกว่าว่าในการออกแบบpcb แต่ละอุตสาหกรรมนั้นมีอะไรบ้าง

        ด้านการแพทย์ : การแพทย์ในปัจจุบันได้มีการพัฒนาและได้เพิ่มเทคโนโลยีเข้ามามากมายเพื่อช่วยสำหรับในการรักษาผู้ป่วยให้มีประสิทธิภาพและมีความแม่นยำมากขึ้น เพื่อให้ตัวอุปกรณ์สามารถทำงานได้แม่นยำและมีประสิทธิภาพ เช่น เครื่องสแกน CT, เครื่องวัดความดัน, เครื่องวัดคลื่นหัวใจ, เครื่องวัดระดับน้ำตาล เป็นต้น

        ด้าน LED หรือไดโอดเปล่งแสง : ในด้านเทคโนโลยีที่ให้ความสว่างอย่าง LED ในปัจจุบันก็จะมีหลากหลายให้เราได้เห็นและเป็นสิ่งสำคัญที่ในปัจจุบันนับว่าเป็นสิ่งสำคัญที่ขาดไม่ได้ เช่น หลอดไฟ LED, จอแสดงผล, แสงไฟสำหรับในทางการแพทย์, ไฟสำหรับครัวเรือน เป็นต้น

        ด้านอุปกรณ์อุตสาหกรรม (Internet of Things (IoT)) : ในด้านอุตสาหกรรมอุปกรณ์หรือที่เรารู้จักกันในชื่อของอุปกรณ์ IOT จำพวกทีวี, ตู้เย็น, โทรศัพท์, ไม่โครเวฟหรืออุปกรณ์เครื่องใช้ไฟฟ้าต่างๆ

        ด้านยานยนต์ : ด้านยานยนต์ในปัจจุบันมีการพัฒนาไปมาก ทั้งการติดตั้งเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์รวมทั้งยังมีการติดตั้งระบบต่างเข้าไปเพื่ออำนวยความสะดวกและการใช้งานให้ดียิ่งขึ้น เช่น ระบบ GPS , เซนเซอร์ภายในรถยนต์, ระบบควบคุม, ระบบความบันเทิง เป็นต้น

        ด้านการบินและอวกาศ : ในอุตสาหกรรมด้านนี้จำเป็นที่จะต้องใช้แผงวร PCB ในการทำงานเป็นอย่างมากโดยเฉพาะระบบการควบคุมและการสื่อสารต่างๆ ไม่ว่าจะเป็น พาวเวอร์ซัพพลาย, อุปกรณ์สื่อสาร, อุปกรณ์นำทางหรืออุปกรณ์ตรวจสอบเป็นต้น

        ด้านการเดินเรือ : ในส่วนของการเดินเรือในปัจจุบันเราได้นำเทคโนโลยีเข้ามาช่วยอำนวยในความสะดวกไม่ว่าจะเป็นระบบนำทาง, ระบบเครื่องยนต์, ระบบการสื่อสารหรือระบบควบคุม

        ด้านความปลอดภัยและรปภ. : ในส่วนของอุตสาหกรรมด้านความปลอดภัยนั้นได้มีการนำเทคโนโลยีแผงวงจรพิมพ์และระบบต่างๆ เข้ามาช่วยในเรื่องของการดูแลความปลอดภัยมากยิ่งขึ้น ไม่ว่าจะเป็นระบบกล้องวงจรปิด, ระบบการจัดการความปลอดภัยจากอัคคีภัย, ระบบประตูเข้า-ออก, ความปลอดภัยทางถนน, เซ็นเซอร์จับการเคลื่อนไหวและอุปกรณ์ตรวจจับควัน เป็นต้น

        ด้านโทรมนาคม : จะให้อุปกรณ์ของโทรมนาคมทำงานได้นั้นจะต้องมีแผงวงจรพิมพ์ PCB จึงมีความสำคัญต่ออุตสาหกรรมโทรมนาคมเป็นอย่างมากเรียกว่าขาดไม่ได้ ในส่วนของอุปกรณ์ที่ใช้งานในอุตสาหกรรมนั้นได้แก่ อุปกรณ์สื่อสารในสำนักงาน, เสาโทรคมนาคม, จอแสดงผล LED และระบบดาวเทียม เป็นต้น

        ด้านการทหารและการป้องกัน : ในส่วนของอุตสาหกรรมด้านการทหาร แผงวงจรพิมพ์ได้เข้ามามีบทบาทในช่วงศตวรรษที่ 20 เพราะในการทำงานในหน้างานนั้นจำเป็นจะต้องใช้แผงวงจรพิมพ์เข้ามาช่วยไม่ว่าจะเป็นระบบวิทยุสื่อสาร, ระบบหอบังคับการบิน, ระบบหอบังคับการบินและอื่นๆ

ปัจจัยที่มีผลต่อการออกแบบ PCB Design

        ในการออกแบบ PCB ย่อมมีปัจจัยต่างๆที่จะส่งผลต่อการออกแบบ Print Circuit Board ไม่ว่าจะตัววัสดุ pcb material, ทองแดง, Vias, PCB stack-up เป็นต้น และในการออกแบบ circuit design แต่ละขั้นตอนค่อนข้างจะซับซ้อน เพราะฉะนั้นผู้ที่ทำการออกแบบแผงวงจรจะต้องมีความรู้ความเชี่ยวชาญเป็นอย่างมาก งั้นเรามาดูกันดีกว่าว่าปัจจัยที่มีผลต่อการออกแบบวงจรไฟฟ้ามีอะไรบ้าง

       ปัจจัยที่ 1 PCB Material : pcb material หรือวัสดุฐานของพีซีบี เป็นวัสดุพื้นฐานสำหรับการออกแบบ printed circuit design ในการเลือก PCB Material นั้น สิ่งจะต้องคำนึงถึงคุณสมบัติ การนำไปใช้งานและความเหมาะสมต่องานที่จะใช้ เพราะถ้าหากเราเลือกวัสดุที่มีคุณสมบัติไม่เหมาะสมกับงานที่จะใช้อาจทำให้การออกแบบpcb ยากกว่าและเกิดปัญหาขึ้นภายหลังได้

        ปัจจัยที่ 2 PCB stack-up : PCB stack-up คือจำนวนเลเยอร์ของบอร์ด PCB จำนวนของเลเยอร์ printed circuit boards นั้นมีผลต่อการออกแบบ electronic design เป็นอย่างมาก เพราะในการออกแบบนั้นจำนวน PCB stack-up จะช่วยให้ผู้ออกแบบสามารถตัดสินใจเกี่ยวกับกระบวนการการออกแบบไปจนถึงผลิตที่เหมาะสมได้

        ปัจจัยที่ 3 Copper Traces : ร่องทองแดงเป็นอีกส่วนสำคัญในการออกแบบวงจรไฟฟ้า โดยมันจะทำหน้าที่ในการนำไฟฟ้าไปยังส่วนประกอบต่างๆบน circuit board ในการออกแบบ electronic design นั้นผู้ออกแบบ จะต้องเข้าใจคุณสมบัติและขนาดของร่องทองแดงที่เหมาะสมเสียก่อน เพราะหากออกแบบโดยที่ขนาดและช่องว่างไม่เหมาะสมอาจจะทำให้ตัวแผงวงจรเสียประสิทธิภาพได้

        ปัจจัยที่ 4 Vias : Vias คือรูที่ชุบด้วยทองแดงที่จะเชื่อมผ่านเลเยอร์ต่างๆภายใน Printed Circuit Board โดย Vias จะมีทั้งหมด 4 ประเภทด้วยกัน Plated through hole (PTH), Blind via, Buried via และ Microvia โดยแต่ละประเภทจะแตกต่างกันออกไป

• Plated through hole (PTH) เป็น Vias ปะเภทที่เชื่อมต่อตั้งแต่เลเยอร์แรกไปยังเลเยอร์สุดท้าย Vias ประเภทนี้จะพบมากใน circuit board ประเภทหลายชั้น แต่มันจะใช้พื้นที่ค่อนข้างมาก
• Blind via เป็น Vias ปะเภทที่เชื่อมต่อแค่เลเยอร์นอกสุดกับเลเยอร์ถัดไปของแผ่น PCB อย่างน้อยหนึ่งชั้น
• Buried via เป็น Vias ปะเภทที่เชื่อมต่อแค่ภายในเลเยอร์พีซีบีเท่านั้น จะไม่ได้เชื่อมต่อจากภายนอก
• Microvia เป็นการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าจากชั้นหนึ่งไปยังอีกชั้นหนึ่ง โดยจะมีรูปทรงกรวย Microvias Via ชนิดนี้จะมีขนาดที่เล็กซึ่งทำให้ใช้พื้นที่บนบอร์ดน้อยกว่า

        ปัจจัยที่ 5 การเลือกชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ : การเลือก electronic components เป็นสิ่งสำคัญอีกสิ่งหนึ่งที่ละเลยไม่ได้ เพราะการเลือกชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่เหมาะสมจะทำให้การออกแบบ Electronics Circuit Design ออกมาได้ดี ในส่วนของ electronic components นั้นมีอยู่ด้วยกัน 2 ประเภทหลักๆ ได้แก่ SMD และ Plated Thru-hole (axial, radial, dip) แต่ละประเภทจะมีรูปแบบและการใช้งานที่แตกต่างกันออกไป

• SMD (Surface Mount Device) เป็นอุปกรณ์ประเภทยึดอยู่บนพื้นผิวของ circuit board โดยในการประกอบ PCB Assemblies นั้นจะใช้เครื่องจักร SMT (Pick & Place) ในการลงอุปกรณ์
• Plated Thru-hole (axial, radial, dip) เป็นอุปกรณ์ประเภทประเภทเสียบผ่านรู ในการประกอบ PCBA นั้น อุปกรณ์ประเภท Plated Thru-hole (axial, radial, dip) จะลงอุปกรณ์ด้วยมือ เนื่องจากอุปกรณ์ประเภทนี้ไม่สามารถลงอุปกรณ์อัตโนมัติด้วยเครื่อง SMT (Pick & Place) ได้

        ปัจจัยที่ 6 ความสมบูรณ์ของพลังงาน : ในการออกแบบวงจรไฟฟ้าความสมบูรณ์ของพลังงานเป็นอีกสิ่งที่สำคัญ เพราะในการใช้งานจริง pcb boards จะต้องมีประสิทธิในการให้พลังงานให้ได้สมบูรณ์ เพื่อให้สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและได้ระยะยาว

        ปัจจัยที่ 7 ความสมบูรณ์ของสัญญาณ : นอกจากความสมบูรณ์ของพลังงานแล้ว ความสมบูรณ์ของสัญญาณก็สำคัญไม่แพ้กัน เพราะในการนำไปใช้งานจริง ไม่ว่าจะสัญญาณในการส่งออกไป อิมพีแดนซ์ ความแรงของไดรฟ์หรือความยาวแทร็ก เพื่อให้การออกแบบและการนำไปใช่งานหลังประกอบเสร็จ จะต้องมีการจำลองความสมบูรณ์ของสัญญาณก่อนที่จะเริ่มและหลังออกแบบเสมอ                                                          

ข้อมูลที่ต้องเตรียม

        อีกบริการหลักบริการหนึ่งของเรา PCB Design เป็นการออกแบบแผ่นวงจรพิมพ์ใหม่เพื่อสร้างหรืออัพเกรดจากแผ่น PCB เก่าให้ดีและมีประสิทธิภาพมากกว่าเดิม ซึ่งการจะทำการออกแบบนั้น เราจะต้องมีข้อมูลสำหรับทำการออกแบบ PCB Design ก่อน โดยข้อมูลที่เราจำเป็นจะต้องใช้จะมีอยู่ด้วยกัน 2 ข้อมูล ได้แก่ Schematic และ BOM.xls ซึ่งข้อมูล Schematic และ BOM.xls จะมีความสำคัญสำหรับงาน PCB Design ที่แตกต่างกันออกไปดังนี้

        สรุปข้อมูลที่ต้องเตรียมสำหรับการออกแบบแผงวงจรพิมพ์

• Schematic
• BOM.xls

Schematic

        Schematic คือแบบวงจรไฟฟ้าที่ใช้สัญลักษณ์ในการเขียนวงจร เพื่อแสดงการเดินของวงจรไฟฟ้า ในการออกแบบ PCB Schematic เป็นข้อมูลหนึ่งที่สำคัญมาก เพราะมันจะช่วยให้เราได้รู้ถึงรูปแบบการเดินของไฟฟ้าและรูปแบบของบอร์ด PCB ที่คุณต้องการจะให้เราออกแบบ

Bill of Materials.xls

        ไฟล์ BOM คือไฟล์เอกสารที่ใช้ในการกำหนดหรือระบุรายละเอียดข้อมูลของอุปกรณ์ โดยในไฟล์จะต้องระบุข้อมูลต่างๆ รูปแบบของ Excel หรือ CSV ไม่ว่าจะเป็นรหัสสินค้าผู้ผลิตทุกรายการ, ชื่อ, จำนวน,ตำแหน่ง, ค่าของอุปกรณ์, รายละเอียด, แพ็คเกจหรือขนาด, ผู้ผลิต เพื่อช่วยให้ง่ายต่อการออกแบบ PCB
        ในงานออกแบบ pcb นั้น BOM.xls เป็นอีกข้อมูลหนึ่งที่สำคัญมาก เพราะจะช่วยให้ผู้ออกแบบ PCB สามารถกำ หนดตำแหน่งและการจัดวางอุปกรณ์ได้อย่างถูกต้อง

Sample (ถ้ามี)

        ในการออกแบบ PCB Design ข้อมูลที่ต้องเตรียมอื่นๆ อย่างเช่นตัวอย่าง ในส่วนของตัวอย่างนั้นไม่ว่าจะเป็น บอร์ด PCB หรือไฟล์ Gerber หากลูกค้าต้องการจะส่งให้เราเป็นข้อมูลเพิ่มเติม ตัวอย่างที่ลูกค้าจะให้ต้องมีข้อมูลครบถ้วน ตั้งแต่ลายวงจรตัวอย่างเก่า ข้อมูลของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่จะต้องใช้ เป็นต้น ข้อมูลเพิ่มเติม

รูปภาพประกอบ (ถ้ามี)

       ข้อมูลอื่นๆ อีกข้อมูลหนึ่งอย่างรูปภาพประกอบ ก็สามารถนำมาใช้เป็นประกอบในการออกแบบได้ โดยภาพส่วนใหญ่จะเป็นภาพที่ถ่ายบอร์ด PCB เดิมหรือบอร์ดตัวอย่างหรือเป็นภาพที่ถ่ายมาจากไฟล์ Gerber ซึ่งในการถ่ายภาพลูกค้าจะต้องถ่ายทั้งด้านหน้าและด้านหลังของ PCB บอร์ด หรือภาพถ่ายมาจากไฟล์ Gerber จะต้องสมบูรณ์และครบถ้วน ข้อมูลเพิ่มเติม

STEP File (ถ้ามี)

      ข้อมูล STEP File สำหรับงานออกแบบ pcb design เราไม่ได้ใช้ข้อมูลนี้แต่ก็สามารถที่จะนำ STEP File มาใช้ในการประกอบการออกแบบแผ่นวงจรพิมพ์ได้ โดย STEP File นั้นจะเป็นไฟล์ข้อมูลประเภทหนึ่งที่จะแสดงข้อมูลของบอร์ด PCB ในรูปแบบ 3D ซึ่งภายในข้อมูล STEP File นี้จะประกอบด้วยรูปร่างหน้าของ pcb board, ขนาด, ตำแหน่งการวางของอุปกรณ์บนแผ่นวงจรพิมพ์ ซึ่งในการส่งไฟล์เพื่อใช้เป็นข้อมูลเพิ่มเติมนั้น เพื่อไม่ให้ตกหล่นจะต้องมีข้อมูลเหล่านี้ครบถ้วนและสมบูรณ์ ข้อมูลเพิ่มเติม

Drawing.pdf (ถ้ามี)

     ในงานออกแบบ pcb board ไฟล์ Drawing.pdf เป็นข้อมูลหลักที่เราจะไม่ได้ใช้ประกอบในการออกแบบ แต่หากลูกค้ามีและต้องการที่จะส่งไฟล์ Drawing.pdf ข้อมูลภายในไฟล์นั้น จะต้องประกอบด้วยข้อมูลหลักๆ ดังนี้ ขนาดของบอร์ด PCB ทั้งความกว้างและความยาว, ตำแหน่งการวางอุปกรณ์บนแผงวงจรพิมพ์ เป็นต้น ข้อมูลเพิ่มเติม

new product vs reverse engineering

     โปรดักส์ใหม่ (New Product) หมายถึงการออกแบบชิ้นงานใหม่จากข้อมูลที่มีอยู่ โดยในการสร้างชิ้นงานใหม่นั้น เราจะต้องทำการสร้างขึ้นใหม่ทั้งหมดตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบ PCB, ผลิตแผ่นปริ้น จนไปถึงการประกอบแผงวงจรพิมพ์

     วิศวกรรมย้อนรอย (Reverse Engineering) หมายถึง กระบวนการพัฒนาโดยใช้การวิเคราะห์กลับไปจากต้นแบบที่มีอยู่เดิม โดยต้องมีการศึกษาและวิเคราะห์ข้อมูลจากชิ้นงานต้นแบบอย่างเป็นระบบ ตั้งแต่วัสดุ คุณสมบัติ จนถึงกรรมวิธีการผลิต อาจขยายความได้ว่าเป็นแก้ไขข้อบกพร่องของโปรดักส์เดิมให้ดียิ่งขึ้น
     reverse engineering สามารถทําได้กับทั้งสิ่งที่จับต้องไม่ได้ เช่น ระบบการทํางาน บริการ หรือสิ่งที่จับต้องได้ เช่น สินค้าต่างๆ วิธีทํา reverse engineering ด้วยการแยกอุปกรณ์ หรือถอดเป็นชิ้นๆ ส่วนใหญ่เป็นวิธีที่ทําแล้วได้ผลในการศึกษาหรือปรับปรุงสินค้าต้นแบบให้ดีกว่าเดิม เช่นอาจจะย้อนรอยดูในเรื่องของขนาด รูปร่างของต้นแบบหรือวัสดุอุปกรณ์ที่ใช้ในการผลิต