Mạch PCB là gì?

Mạch, hay bảng mạch PCB là viết tắt của một cụm từ Printed Circuit Board. PCB là một bảng mạch in gồm nhiều lớp và không dẫn điện được, trong đó tất cả linh kiện điện tử được kết nối với nhau trên bảng mạch và có đế đỡ ở phía dưới. Các thành phần và dây dẫn trong PCB được chứa trong một cấu trúc cơ khí, trong đó các linh kiện điện tử sẽ được kết nối với nhau trên cùng một bảng mạch.

Khi chưa có PCB thì các linh kiện được nối với nhau bằng dây dẫn làm tăng độ phức tạp và độ tin cậy không cao, vì thế không thể tạo ra được một mạch lớn như bo mạch chủ. Bên trong mạch PCB thì các linh kiện điện tử sẽ được kết nối không thông qua các dây dẫn ngoài mà các đường dẫn sẽ được tích hợp ngay trên bề mặt của mạch, do đó sẽ giúp mạch được gọn gàng, giảm thiểu độ chồng chéo phức tạp mà gây ra những vấn đề không mong muốn.

Cấu tạo của một tấm PCB

Là một linh kiện điện tử phức tạp, PCB được cấu tạo từ nhiều vật liệu dẫn điện khác nhau được sắp xếp hợp lý bao gồm:

Chất nền: Được làm từ thủy tinh FR4, cũng có thể làm từ vật liệu đắt tiền hơn như nhôm, polymer hoặc RO4350B tùy loại bản mạch. Có tác dụng đảm bảo tính cách điện trong bản mạch. Thông thường chiều dày kích thước của mạch in là 0,063 inch, tương đương 1,6mm nhưng có thể biến đổi tùy theo bản mạch.
Copper: Là lớp vật liệu thứ 2 của mạch in, là một lớp đồng mỏng có vai trò dẫn điện, có thể có nhiều lớp khác nhau tùy vào chức năng và thiết kế của mạch. Chiều dày lớp đồng có thể thay đổi và được xác định bằng tham số khối lượng/ diện tích, đơn vị tính là oz.
Solder mask: đây là lớp mặt nạ hàn được gắn phía trên copper. Lớp này sẽ che phủ toàn bộ mạch trừ phần chân linh kiện để hàn. Có tác dụng cách biệt phần chân linh kiện cần hàn và các đường mạch xung quanh, chống oxy hóa đường mạch và điều hướng linh kiện có kích thước nhỏ SMD vào đúng vị trí.
Silk screen: là lớp màu trắng trên cùng của mạch in, có vai trò biểu thị giá trị, vị trí linh kiện hay bất cứ biểu tượng nào mà người thiết kế muốn thể hiện.

Đặc điểm của một số mạch PCB

PCB một lớp: PCB một lớp hay còn được gọi là PCB một mặt. Loại PCB này đơn giản và được dùng nhiều nhất vì dễ thiết kế và chế tạo. Một mặt của PCB được phủ một lớp vật liệu dẫn điện bất kỳ nào đó. Đồng thường được chọn làm vật liệu dẫn điện cho PCB, vì đồng có đặc tính dẫn điện rất tốt. Một lớp hàn được phủ lên trên để bảo vệ PCB để chống lại quá trình oxy hóa. Tiếp theo là lớp in lụa để đánh dấu tất cả các linh kiện có trên PCB. Ở loại PCB này, chỉ có một mặt được sử dụng để kết nối các loại linh kiện điện tử khác nhau như điện trở, cuộn cảm, tụ điện, … Các linh kiện này được hàn dính lại. PCB một lớp được dùng trong các ứng dụng cần sản xuất với chi phí thấp và số lượng lớn như máy tính, máy in, radio và ổ cứng điện tử.
PCB hai lớp: PCB hai lớp hay còn được gọi là PCB hai mặt. Giống như tên gọi của nó, trong loại PCB này, một lớp vật liệu dẫn điện mỏng ví dụ như đồng được nằm ở cả hai mặt trên và dưới của bo mạch. Loại PCB này linh hoạt hơn, chi phí tương đối thấp, và lợi thế quan trọng nhất chính là kích thước giảm làm cho mạch nhỏ gọn hơn. Loại PCB này chủ yếu được sử dụng trong điều khiển công nghiệp, hệ thống UPS, bộ chuyển đổi, ứng dụng HVAC, điện thoại, bộ khuếch đại và hệ thống giám sát nguồn.
PCB nhiều lớp: PCB đa lớp có nhiều hơn so với hai lớp. Loại PCB này thường có ít nhất ba lớp dẫn điện bằng đồng. Lớp keo dán bảng được kẹp ở giữa các lớp cách nhiệt để đảm bảo đủ lượng nhiệt sinh ra sẽ không làm hỏng bất kỳ linh kiện nào của mạch. Loại PCB này rất phức tạp nên thường được sử dụng trong các ứng dụng phức tạp hơn với các mạch điện nhỏ gọn và không gian hẹp. Loại PCB này được sử dụng trong các ứng dụng như công nghệ GPS, thiết bị y tế, hệ thống vệ tinh, máy chủ tập tin và lưu trữ dữ liệu.
PCB cứng: PCB cứng cũng có số lớp khác như một lớp, hai lớp và nhiều lớp nhưng được làm từ vật liệu rắn nên PCB không thể uốn cong hay xoắn lại được. Tuổi thọ của PCB cứng này rất cao, do đó nó được sử dụng nhiều trong các bộ phận của máy tính như RAM, CPU và GPU. PCB cứng gồm nhiều lớp có thể nhỏ gọn hơn bằng cách chứa 9 – 10 lớp. Được thiết kế đơn và được sử dụng cũng như trong việc sản xuất nhiều nhất là PCB cứng một mặt.
PCB dẻo: PCB dẻo còn gọi là mạch Flex. Loại PCB này sử dụng vật liệu dẻo từ Polymide, PEEK (polyether ether ketone) hoặc màng polyester dẫn điện trong suốt. Bảng mạch thì thường được xoắn hoặc gấp . Đây là loại PCB rất phức tạp và nó chứa các lớp khác nhau như mạch flex một mặt, mạch flex hai mặt và mạch flex nhiều mặt. Mạch Flex được dùng trong diode phát sáng hữu cơ, chế tạo LCD, pin mặt trời flex, điện thoại di động, các ngành công nghiệp ô tô, máy ảnh và các thiết bị điện tử phức tạp như máy tính xách tay.

PCBA là gì?

PCBA là một loại bản mạch in khác với PCB, nhưng vẫn là loại bản mạch phổ biến như PCB. PCBA là viết tắt từ Printed Circuit Board Assembly, chỉ loại bản mạch in PCB đã hoàn thiện, đã được gắn đầy đủ các linh kiện điện tử cần thiết như điện trở, IC, tụ điện, trong khi đó PCB chỉ mạch in chưa được lắp linh kiện.

PCBA thường đã trải qua quá trình hàn, có thể được thực hiện thủ công hoặc qua công nghệ gắn bề mặt (SMT) và hàn reflow để tạo kết nối hoàn thiện giữa linh kiện và mạch in.

Ứng dụng của PCB

Chúng ta có thể bắt gặp PCB trong rất nhiều lĩnh vực như ngành công nghiệp ô tô, thiết bị chiếu sáng, thiết bị y tế, máy móc công nghiệp hoặc trong lĩnh vực điện tử như: bo mạch máy tính, card đồ họa, TV, máy ảnh kỹ thuật số, điện thoại di động, …

Trong y khoa: Ngành y khoa ngày càng tiên tiến nhờ vào những thiết bị công nghệ ngày càng phát triển. PCB là thành phần chiếm không ít sự quan trọng, khả năng của PCB đã phần nào nâng cấp các hệ thống của thiết bị đó. Nhờ kích thước nhỏ gọn và hiệu quả đáng nể, các thiết bị được nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ hơn, loại bỏ sự phức tạp của dây dẫn và các đầu nối trong hệ thống.

Trong công nghiệp: Nhờ có PCB mà ngày nay, mà các hoạt động từ sản xuất đến quản lý các chuỗi cung ứng – thông tin, tự động hóa, đã tăng cường độ hiệu quả đáng kể. Việc này dẫn đến tăng cường sản xuất mà giảm được chi phí lao động.