รากฐานของอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่: บทนำสู่เทคโนโลยีแผงวงจรพิมพ์

แผงวงจรพิมพ์ (PCB) เป็นรากฐานที่รองรับและเชื่อมต่อส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ด้วยไฟฟ้าโดยใช้แผ่นทองแดงนำไฟฟ้าและแผ่นที่เชื่อมกับวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้า PCB มีความสำคัญต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แทบทุกชนิด ทำให้สามารถออกแบบวงจรที่ซับซ้อนที่สุดให้เป็นรูปแบบที่รวมเข้าด้วยกันและผลิตได้จำนวนมาก หากไม่มีเทคโนโลยี PCB อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ก็คงไม่สามารถดำรงอยู่ได้เหมือนในปัจจุบัน

กระบวนการผลิต PCB จะแปลงวัตถุดิบ เช่น ผ้าไฟเบอร์กลาสและแผ่นทองแดงให้กลายเป็นแผ่นวงจรที่ออกแบบอย่างแม่นยำ ซึ่งเกี่ยวข้องกับขั้นตอนที่ซับซ้อนกว่า 15 ขั้นตอน โดยใช้ระบบอัตโนมัติที่ซับซ้อนและการควบคุมกระบวนการที่เข้มงวด ขั้นตอนการผลิตเริ่มต้นด้วยการจับภาพและจัดวางวงจรเชื่อมต่อบนซอฟต์แวร์ออกแบบอัตโนมัติทางอิเล็กทรอนิกส์ (EDA) จากนั้นมาส์กงานศิลปะจะกำหนดตำแหน่งรอยเส้นที่เปิดรับแสงแผ่นทองแดงที่ไวต่อแสงโดยใช้การถ่ายภาพด้วยแสง การกัดกรดจะขจัดทองแดงที่ไม่ได้รับแสงออกไปเพื่อทิ้งเส้นทางการนำไฟฟ้าและแผ่นสัมผัสที่แยกจากกันไว้

แผ่นลามิเนตเคลือบทองแดงแข็งและแผ่นพรีเพร็กประกบเข้าด้วยกัน โดยหลอมรวมรอยต่างๆ หลังจากการลามิเนตภายใต้แรงดันและอุณหภูมิสูง เครื่องเจาะจะเจาะรูขนาดเล็กหลายพันรูที่เชื่อมต่อระหว่างชั้นต่างๆ จากนั้นจึงชุบทองแดงเพื่อสร้างโครงสร้างวงจร 3 มิติให้สมบูรณ์ การเจาะ การชุบ และการกัดร่องขั้นที่สองจะช่วยปรับเปลี่ยนแผ่นลามิเนตเพิ่มเติมจนกว่าจะพร้อมสำหรับการเคลือบซิลค์สกรีนที่สวยงาม การตรวจสอบและการทดสอบด้วยแสงอัตโนมัติจะตรวจสอบตามกฎและข้อกำหนดการออกแบบก่อนส่งมอบให้กับลูกค้า

วิศวกรขับเคลื่อนนวัตกรรม PCB อย่างต่อเนื่องเพื่อให้เกิดระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความหนาแน่น รวดเร็ว และเชื่อถือได้มากขึ้น เทคโนโลยีการเชื่อมต่อความหนาแน่นสูง (HDI) และเลเยอร์ใดๆ ก็ได้ผสานรวมเลเยอร์มากกว่า 20 เลเยอร์เข้าด้วยกันเพื่อกำหนดเส้นทางโปรเซสเซอร์ดิจิทัลที่ซับซ้อนและระบบความถี่วิทยุ (RF) แผงวงจรแบบแข็ง-ยืดหยุ่นผสมผสานวัสดุที่แข็งและยืดหยุ่นเพื่อตอบสนองความต้องการด้านรูปร่างที่เข้มงวด พื้นผิวเซรามิกและโลหะฉนวน (IMB) รองรับความถี่สูงสุดที่ RF คลื่นมิลลิเมตร นอกจากนี้ อุตสาหกรรมยังนำกระบวนการและวัสดุที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมาใช้เพื่อความยั่งยืน

มูลค่าการซื้อขายอุตสาหกรรม PCB ทั่วโลกเกิน 75 พันล้านดอลลาร์จากผู้ผลิตมากกว่า 2,000 ราย โดยเติบโตที่ CAGR 3.5% ในอดีต การแยกส่วนตลาดยังคงสูงแม้ว่าการรวมกิจการจะค่อย ๆ เกิดขึ้น จีนเป็นฐานการผลิตที่ใหญ่ที่สุดโดยมีส่วนแบ่งมากกว่า 55% ในขณะที่ญี่ปุ่น เกาหลี และไต้หวันตามมาด้วยส่วนแบ่งรวมกันมากกว่า 25% อเมริกาเหนือคิดเป็นสัดส่วนน้อยกว่า 5% ของผลผลิตทั่วโลก ภูมิทัศน์ของอุตสาหกรรมเปลี่ยนไปสู่ข้อได้เปรียบของเอเชียในด้านขนาด ต้นทุน และความใกล้ชิดกับห่วงโซ่อุปทานอิเล็กทรอนิกส์หลัก อย่างไรก็ตาม ประเทศต่าง ๆ ยังคงรักษาศักยภาพของ PCB ในท้องถิ่นไว้เพื่อรองรับความอ่อนไหวด้านการป้องกันประเทศและทรัพย์สินทางปัญญา

เนื่องจากนวัตกรรมด้านอุปกรณ์สำหรับผู้บริโภคมีการพัฒนามากขึ้น แอปพลิเคชันใหม่ๆ ในโครงสร้างพื้นฐานด้านการสื่อสาร การขนส่งด้วยไฟฟ้า ระบบอัตโนมัติ อวกาศ และระบบการแพทย์จึงผลักดันให้อุตสาหกรรม PCB เติบโตในระยะยาว การพัฒนาเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องยังช่วยให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แพร่หลายมากขึ้นในกรณีการใช้งานในอุตสาหกรรมและเชิงพาณิชย์ PCB จะยังคงให้บริการสังคมดิจิทัลและอัจฉริยะของเราต่อไปในทศวรรษหน้า