ในสาขาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ แผงวงจรพิมพ์ (PCB) หรือที่เรียกว่าแผงสายไฟพิมพ์ (PWB) ทำหน้าที่เป็นแพลตฟอร์มพื้นฐานสำหรับการเชื่อมต่อโครงข่ายไฟฟ้าของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ นับตั้งแต่ก่อตั้ง การออกแบบ PCB และกระบวนการผลิตได้เติบโตขึ้นอย่างมาก โดยมีพินและส่วนหัวปรากฏขึ้นเป็นองค์ประกอบสำคัญที่ให้ทั้งความยืดหยุ่นและสถานการณ์การใช้งานที่หลากหลาย
PCB เป็นแกนหลักของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ ค้นหาการใช้งานในอุตสาหกรรมยานยนต์ คอมพิวเตอร์ การควบคุมทางอุตสาหกรรม อุปกรณ์ทางการแพทย์ การทหาร และโทรคมนาคม บอร์ดเหล่านี้อำนวยความสะดวกในการจ่ายพลังงานและการส่งสัญญาณผ่านวงจรที่ซับซ้อน เพื่อให้มั่นใจถึงการเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้ระหว่างชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ โดยทั่วไปการออกแบบ PCB จะรวมระบบตัวเชื่อมต่อซึ่งรวมถึงพิน ส่วนหัว และซ็อกเก็ตที่เกี่ยวข้อง เพื่อรักษาประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและทางกลให้เสถียร
โดยทั่วไปส่วนหัวจะถือว่าเป็นส่วนหนึ่งของระบบตัวเชื่อมต่อสองชิ้นซึ่งประกอบด้วยส่วนหัวตัวผู้ (พิน) และส่วนหัวตัวเมีย (ซ็อกเก็ต) ความแตกต่างนี้ขึ้นอยู่กับการออกแบบทางกายภาพ - ส่วนหัวตัวผู้มีหมุดที่ยื่นออกมาซึ่งสอดเข้าไปในซ็อกเก็ตตัวเมีย แม้ว่า PCB สามารถเชื่อมต่อได้โดยตรงผ่านสายไฟ แต่วิธีการทั่วไปจะใช้พินและส่วนหัวที่ติดตั้งบน PCB ซึ่งเชื่อมต่อกับซ็อกเก็ตที่เกี่ยวข้อง วิธีนี้มีการกำหนดค่าการเชื่อมต่อที่หลากหลาย รวมถึงมุมขวาไปมุมขวา มุมขวาไปตรง (ทั่วไป) และตรงไปตรง (นิยมมากขึ้นสำหรับการเชื่อมต่อแบบสแต็กหรือแบบแซนวิช)
การผสมผสานระหว่างส่วนหัวและซ็อกเก็ตทำให้การออกแบบ PCB มีความยืดหยุ่นเป็นพิเศษ ด้วยการเลือกประเภทพินและซ็อกเก็ตที่แตกต่างกัน ผู้ออกแบบสามารถใช้การเชื่อมต่อไฟฟ้าต่างๆ โดยไม่ต้องใช้ขั้วต่ออิสระหลายตัว ส่วนประกอบเหล่านี้สามารถปรับให้เข้ากับรูปแบบต่างๆ เพื่อตอบสนองความต้องการใช้งานที่หลากหลาย
ค่าของพินและส่วนหัวขยายเกินกว่าความยืดหยุ่นในการออกแบบเพื่อรวมวิธีการสิ้นสุดหลายวิธี:
วิธีการประกอบ PCB แบบดั้งเดิมนี้ประกอบด้วยการบัดกรีแบบคลื่น การบัดกรีแบบเลือกสรร และการบัดกรีด้วยตนเอง การบัดกรีด้วยคลื่นซึ่งเป็นกระบวนการที่ค่อนข้างรวดเร็วและทั่วถึง เกี่ยวข้องกับการส่ง PCB ผ่านคลื่นของการบัดกรีที่หลอมละลายเพื่อเชื่อมต่อหมุดส่วนประกอบเข้ากับแผ่น PCB โดยทั่วไปแล้วจะจำกัดอยู่ที่ด้านหนึ่งของบอร์ด การบัดกรีแบบสองด้านต้องใช้วิธีการแบบเลือกหรือแบบแมนนวล
วิธีการแบบผสมผสานที่ผสมผสานกระบวนการเทคโนโลยีการยึดพื้นผิว (SMT) เข้ากับความแข็งแรงของรูทะลุ วิธีนี้ต้องใช้วัสดุส่วนประกอบ (เช่น พลาสติก) เพื่อให้ทนทานต่ออุณหภูมิของเตาอบแบบรีโฟลว์ หมุดและส่วนหัวสามารถรวมคุณสมบัติการยึด (รูปดาวหรือลายนูน) เพื่ออำนวยความสะดวกในตัวเลือกการประมวลผลต่างๆ
เทคโนโลยี PCB ที่สำคัญส่งผลต่อการออกแบบส่วนประกอบ บรรจุภัณฑ์ และสภาวะการประมวลผล ข้อได้เปรียบหลักของ SMT คือการใช้พื้นผิว PCB ทั้งสอง ความเข้ากันได้ของวัสดุถือเป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากอุณหภูมิในการประมวลผลสูง โดยมีตัวเลือกบรรจุภัณฑ์รวมถึงเทปและม้วนสำหรับสายการประกอบแบบหยิบและวาง
วิธีการบัดกรีแบบไม่ใช้บัดกรีนี้ช่วยให้สามารถเชื่อมต่อทางกลและทางไฟฟ้าผ่านหมุดที่ยืดหยุ่นหรือการออกแบบส่วนท้ายของ PCB แม้ว่าการประกอบจะง่ายขึ้น แต่ต้นทุนส่วนประกอบก็มักจะสูงกว่า เช่นเดียวกับการปักหมุดในการวาง หมุดแต่ละอันสามารถบรรจุแบบ end-to-end หรือแบบเคียงข้างกันเพื่อแทรกผ่านเครื่องหรือกดด้วยตนเอง
ปัจจัยทางเทคนิคหลายประการส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของ PCB:
วัสดุพินโดยทั่วไปประกอบด้วยโลหะผสมทองแดง (ทองเหลือง ทองแดงฟอสเฟอร์) สำหรับการนำไฟฟ้า และเหล็กสำหรับความแข็งแรงทางกล การตกแต่งพื้นผิว เช่น ทอง (ความน่าเชื่อถือสูง) ดีบุก (คุ้มค่า) หรือนิกเกิล (ความทนทาน) ส่งผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพการทำงาน
ฉนวนส่วนหัวมักใช้พลาสติก (ไนลอน, PBT, LCP) สำหรับการใช้งานมาตรฐานหรือเซรามิกสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง
ระยะห่างของพินทั่วไปมีตั้งแต่ 2.54 มม. (0.1 นิ้ว) ถึง 1.27 มม. โดยมีการจัดเรียงรวมถึงรูปแบบแถวเดียว สองแถว หรือตาราง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพพื้นที่บอร์ดและความหนาแน่นในการเชื่อมต่อ
ในขณะที่ระบบอิเล็กทรอนิกส์มีความซับซ้อนมากขึ้น การเลือกเชิงกลยุทธ์และการใช้พินและส่วนหัวยังคงเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพของ PCB ที่ดีที่สุดในทุกการใช้งาน
