- PCB là gì?
- Các loại PCB:
- Các loại PCB theo hệ thống lắp đặt
- Các phần khác nhau của PCB:
- Vật liệu PCB:
- Phần mềm thiết kế PCB:
PCB là gì?
PCB là một bảng mạch in bằng đồng dát mỏng và không dẫn điện, trong đó tất cả các thành phần điện và điện tử được kết nối với nhau trong một bảng chung với hỗ trợ vật lý cho tất cả các thành phần có đế bảng. Khi PCB chưa được phát triển, lúc đó tất cả các thành phần được kết nối bằng dây dẫn làm tăng độ phức tạp và giảm độ tin cậy của mạch, bằng cách này chúng ta không thể tạo ra một mạch rất lớn như bo mạch chủ. Trong PCB, tất cả các thành phần được kết nối mà không cần dây, tất cả các thành phần được kết nối bên trong, vì vậy nó sẽ làm giảm độ phức tạp của thiết kế mạch tổng thể. PCB được sử dụng để cung cấp điện và kết nối giữa các thành phần, nhờ đó nó hoạt động theo cách mà nó được thiết kế. PCB có thể được tùy chỉnh cho bất kỳ thông số kỹ thuật nào theo yêu cầu của người dùng. Nó có thể được tìm thấy trong nhiều thiết bị điện tử như; TV, Điện thoại di động, Máy ảnh kỹ thuật số, Máy tính các bộ phận như; Card đồ họa, Bo mạch chủ, vv Nó cũng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như; thiết bị y tế, máy móc công nghiệp, công nghiệp ô tô, ánh sáng, v.v.
Các loại PCB:
Có một số loại PCB có sẵn cho mạch. Trong số các loại PCB này, chúng ta phải chọn loại PCB thích hợp tùy theo ứng dụng của chúng ta.
- PCB một lớp
- PCB hai lớp
- PCB nhiều lớp
- PCB linh hoạt
- PCB được hỗ trợ bằng nhôm
- PCB cứng rắn
1) PCB một lớp:
PCB một lớp còn được gọi là PCB một mặt. Đây là loại PCB đơn giản và được sử dụng nhiều nhất vì các PCB này dễ thiết kế và sản xuất. Một mặt của PCB này được phủ một lớp vật liệu dẫn điện. Nói chung, đồng được sử dụng làm vật liệu dẫn điện cho PCB, vì đồng có đặc tính dẫn điện rất tốt. Một lớp mặt nạ hàn được sử dụng để bảo vệ PCB chống lại quá trình oxy hóa, tiếp theo là màn lụa để đánh dấu tất cả các thành phần trên PCB. Trong loại PCB này, chỉ một mặt của PCB được sử dụng để kết nối các loại linh kiện điện hoặc điện tử khác nhau như điện trở, tụ điện, cuộn cảm, v.v. Các thành phần này được hàn. Những PCB này được sử dụng trong các ứng dụng sản xuất hàng loạt và chi phí thấp như máy tính, radio, máy in và ổ đĩa thể rắn.
2) PCB hai lớp:
PCB hai lớp còn được gọi là PCB hai mặt. Như tên cho thấy, trong loại PCB này, một lớp vật liệu dẫn điện mỏng, như đồng được phủ lên cả mặt trên và mặt dưới của bảng. Trong PCB, trên các lớp khác nhau của bo mạch, bao gồm thông qua, có hai miếng đệm ở vị trí tương ứng trên các lớp khác nhau. Chúng được nối điện bằng một lỗ xuyên qua bảng, được thể hiện trong hình-2b. Linh hoạt hơn, chi phí tương đối thấp hơn, và ưu điểm quan trọng nhất của loại bảng mạch PCB này là kích thước giảm, giúp mạch nhỏ gọn. Loại PCB này hầu hết được sử dụng trong điều khiển công nghiệp, bộ chuyển đổi, hệ thống UPS, ứng dụng HVAC, Điện thoại, Bộ khuếch đại và hệ thống giám sát nguồn.
3) PCB nhiều lớp:
PCB đa lớp có nhiều hơn hai lớp. Có nghĩa là, loại PCB này có ít nhất ba lớp dẫn điện bằng đồng. Để đảm bảo keo bo mạch được kẹp giữa lớp cách nhiệt đảm bảo nhiệt lượng dư thừa sẽ không làm hỏng bất kỳ thành phần nào của mạch. Thiết kế PCB loại này rất phức tạp và được sử dụng trong các nhiệm vụ điện rất phức tạp và lớn trong không gian rất thấp và mạch nhỏ gọn. Loại PCB này được sử dụng trong các ứng dụng lớn như công nghệ GPS, hệ thống vệ tinh, thiết bị y tế, máy chủ tập tin và lưu trữ dữ liệu.
4) PCB linh hoạt:
PCB linh hoạt còn được gọi là mạch Flex. Loại PCB này được sử dụng vật liệu nhựa dẻo như polymide, PEEK (Polyether ether xeton) hoặc màng polyester dẫn điện trong suốt. Bảng mạch thường được đặt ở dạng gấp hoặc xoắn. Đây là loại PCB rất phức tạp và nó cũng chứa nhiều lớp khác nhau như mạch flex một mặt, mạch flex hai mặt và mạch flex nhiều mặt. Mạch Flex được sử dụng trong điốt phát quang hữu cơ, chế tạo màn hình LCD, pin mặt trời linh hoạt, công nghiệp ô tô, điện thoại di động, máy ảnh và các thiết bị điện tử phức tạp như máy tính xách tay.
5) PCB cứng nhắc:
PCB cứng được làm từ vật liệu rắn không cho phép PCB bị xoắn. Tương tự như PCB linh hoạt, PCB cứng nhắc cũng có cấu hình lớp khác nhau như PCB lớp đơn, lớp kép và PCB cứng nhiều lớp. Hình dạng của PCB này không thay đổi sau khi cài đặt. PCB này không thể được uốn cong theo hình dạng của đế đó là lý do tại sao PCB này được gọi là PCB RIGID. Tuổi thọ của loại PCB này rất cao, vì vậy nó được sử dụng trong nhiều bộ phận của máy tính như RAM, GPU và CPU. Đơn giản trong thiết kế và được sử dụng nhiều nhất và sản xuất PCB là PCB cứng một mặt. PCB cứng nhiều lớp có thể nhỏ gọn hơn bằng cách chứa 9-10 lớp.
6) PCB cứng rắn:
Sự kết hợp của mạch linh hoạt và mạch cứng là bảng quan trọng nhất. Bo mạch cứng linh hoạt bao gồm nhiều lớp PCB linh hoạt được gắn với một số lớp PCB cứng. Bảng cứng uốn dẻo như trong hình. Nó được sử dụng trong điện thoại di động, máy ảnh kỹ thuật số và ô tô, v.v.
Các loại PCB theo hệ thống lắp đặt
- PCB xuyên lỗ
- PCB gắn trên bề mặt
1) PCB xuyên lỗ:
Trong loại PCB này, chúng ta phải tạo lỗ bằng cách sử dụng khoan trên PCB. Trong các lỗ này, các dây dẫn của các thành phần được gắn và hàn vào các miếng đệm nằm ở phía đối diện của PCB. Công nghệ này hữu ích nhất vì nó hỗ trợ cơ học nhiều hơn cho các thành phần điện và công nghệ rất đáng tin cậy để gắn các thành phần nhưng việc khoan trong PCB khiến nó đắt hơn. Trong PCB một lớp, công nghệ lắp này dễ thực hiện, nhưng trong trường hợp PCB hai lớp và nhiều lớp tạo lỗ thì khó hơn.
2) PCB gắn trên bề mặt:
Trong loại PCB này, các thành phần có kích thước nhỏ vì các thành phần này có dây dẫn rất nhỏ hoặc không cần dây dẫn để gắn trên bo mạch. Ở đây, trong công nghệ này, các thành phần SMD được gắn trực tiếp trên bề mặt của bo mạch và không cần phải tạo lỗ trên bo mạch.
Các phần khác nhau của PCB:
Pad: Pad không là gì ngoài một miếng đồng trên đó gắn chì của các thành phần và trên đó quá trình hàn được thực hiện. Pad cung cấp sự hỗ trợ cơ học cho các thành phần.
Dấu vết: Trong PCB, các thành phần không được kết nối với sự trợ giúp của dây. Tất cả các thành phần được kết nối với một vật liệu dẫn điện như đồng. Phần đồng này của PCB được sử dụng để kết nối tất cả các thành phần được gọi là dấu vết. Dấu vết trông giống như hình dưới đây.
Lớp: Tùy theo ứng dụng, chi phí và không gian có sẵn của mạch, người dùng có thể chọn lớp PCB. Đơn giản nhất trong xây dựng, dễ thiết kế và hữu ích nhất trong cuộc sống thường ngày là PCB một lớp. Nhưng đối với mạch rất lớn và phức tạp, PCB hai lớp hoặc PCB nhiều lớp được ưu tiên hơn cả so với PCB một lớp. Ngày nay, trong PCB nhiều lớp, 10-12 lớp có thể được kết nối và điều quan trọng nhất là giao tiếp giữa các thành phần trong các lớp khác nhau.
Lớp lụa: Lớp lụa được sử dụng để in dòng, văn bản hoặc bất kỳ tác phẩm nghệ thuật nào trên bề mặt PCB. Thông thường, mực epoxy để in lụa được sử dụng. Lớp lụa có thể được sử dụng trong lớp trên và / hoặc lớp dưới cùng của PCB theo yêu cầu của người dùng, được gọi là màn lụa TOP và màn hình lụa BOTTOM.
Lớp trên cùng và dưới cùng: Ở lớp trên cùng của PCB, tất cả các thành phần được gắn trong lớp này của PCB. Nói chung, lớp này có màu xanh lục. Ở lớp dưới cùng của PCB, tất cả các thành phần được hàn qua lỗ và chì của các thành phần được gọi là lớp dưới cùng của PCB. Đôi khi, ở lớp trên và / hoặc lớp dưới cùng của PCB được phủ một lớp màu xanh lá cây, được gọi là mặt nạ hàn.
Mặt nạ hàn: Có một lớp bổ sung ở trên cùng của lớp đồng được gọi là Mặt nạ hàn. Lớp này thường có màu xanh lục nhưng nó có thể có bất kỳ màu nào. Lớp cách điện này được sử dụng để ngăn chặn sự tiếp xúc ngẫu nhiên của miếng đệm với vật liệu dẫn điện khác trên PCB.
Vật liệu PCB:
Thành phần chính là chất nền điện môi cứng hoặc mềm. Chất nền điện môi này được sử dụng với vật liệu dẫn điện như đồng trên đó. Là vật liệu điện môi, các tấm epoxy thủy tinh hoặc vật liệu composite được sử dụng.
1) FR4:
FR là viết tắt của FIRE RETARDENT. Đối với tất cả các loại sản xuất PCB, vật liệu thủy tinh nhiều lớp phổ biến nhất là FR4. Dựa trên các hợp chất epoxy-thủy tinh dệt, FR4 là vật liệu composite hữu ích nhất vì nó cung cấp độ bền cơ học rất tốt.
|
FR4 |
Nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh. |
|
|
Tiêu chuẩn |
130 |
|
|
Với nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh cao hơn. |
170-180 |
|
|
Halogen miễn phí |
- |
|
2) FR-1 và FR-2:
Vật liệu này được làm từ giấy và các hợp chất phenol và vật liệu này chỉ được sử dụng cho PCB một lớp. Cả FR1 và FR2 đều có đặc điểm giống nhau, điểm khác biệt duy nhất là nhiệt độ chuyển thủy tinh. FR1 có nhiệt độ chuyển thủy tinh cao hơn so với FR2. Những vật liệu này cũng được chia thành tiêu chuẩn, không chứa halogen và không kỵ nước.
3) CEM-1:
Vật liệu này được làm từ giấy và hai lớp thủy tinh dệt thoi hợp chất epoxy và phenol và vật liệu này chỉ được sử dụng cho PCB một mặt. CEM-1 có thể được sử dụng thay vì FR4, nhưng giá của CEM1 cao hơn FR4.
4) CEM-3:
Vật liệu này có màu trắng, hợp chất epoxy thủy tinh, chủ yếu được sử dụng trong PCB hai lớp. CEM-3 có độ bền cơ học thấp hơn so với FR4, nhưng nó rẻ hơn FR4. Vì vậy, đây là một sự thay thế tốt của FR4.
5) Polyimide:
Vật liệu này được sử dụng trong PCB linh hoạt. Vật liệu này được làm từ kepton, rogers, dupont. Vật liệu này có đặc tính điện tốt, mềm mại, dải nhiệt độ rộng và khả năng chống hóa chất cao. Nhiệt độ làm việc của vật liệu này là -200 ͦC đến 300 ͦC.
6) Tiền đề:
Prepreg có nghĩa là đã được ngâm tẩm trước. Nó là một sợi thủy tinh được ngâm tẩm với nhựa. Những loại nhựa này được làm khô trước, để khi đun nóng, nó chảy ra, dính và hoàn toàn ngâm. Prepreg có lớp keo tạo độ bền tương tự như FR4. Có nhiều phiên bản của vật liệu này theo hàm lượng nhựa, SR- nhựa tiêu chuẩn, MR- nhựa trung bình và nhựa HR- cao. Điều này được chọn theo độ dày yêu cầu, cấu trúc lớp và trở kháng. Vật liệu này cũng có sẵn ở nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh cao và không chứa halogen.
Phần mềm thiết kế PCB:
Dưới đây là một số phần mềm thiết kế PCB phổ biến nhất. Bạn có thể biết thêm về các phần mềm thiết kế PCB này tại đây.
Chim ưng:
EAGLE là cách phổ biến nhất và dễ dàng nhất để thiết kế PCB. EAGLE là viết tắt của Easily Application Graphical Layout Editor, được phát triển trước đây bởi CadSoft Computer và Autodesk hiện là nhà phát triển phần mềm này. Để thiết kế sơ đồ mạch, EAGLE có một trình biên tập sơ đồ. Phần mở rộng tệp EAGLE là.SCH và các bộ phận và thành phần khác nhau được xác định trong phần mở rộng.LBR. Phần mở rộng tệp bảng là.BRD.
Multisim:
Multisim cũng là phần mềm học tập rất mạnh mẽ và dễ dàng. Ban đầu được phát triển bởi Electronics Workbench và bây giờ nó là một bộ phận của National Instruments (NI). Nó bao gồm mô phỏng vi điều khiển (MultiMCU) và các tính năng xuất nhập tích hợp vào phần mềm bố trí PCB. Phần mềm này được sử dụng rộng rãi trong học thuật và cả trong công nghiệp để giáo dục mạch.
EasyEDA:
EasyEDA là một phần mềm được sử dụng để thiết kế và mô phỏng mạch. Phần mềm này là một công cụ tích hợp để chụp giản đồ, mô phỏng mạch SPICE, dựa trên cách bố trí Ngspice và PCB. Ưu điểm quan trọng nhất của phần mềm này là, nó là phần mềm dựa trên web và được sử dụng trong cửa sổ trình duyệt. Vì vậy, phần mềm này độc lập với hệ điều hành.
Nhà thiết kế Altium:
Phần mềm này được phát triển bởi công ty phần mềm Altium Limited của Úc. Tính năng chính của phần mềm này là chụp giản đồ, thiết kế PCB 3D, phát triển và phát hành / quản lý dữ liệu FPGA. Đây là phần mềm đầu tiên cung cấp hình ảnh 3D và kiểm tra độ thanh thải của PCB trực tiếp từ trình biên tập PCB.
KiCad: Phần mềm này được phát triển bởi jean-Pierre charras. Phần mềm này có các công cụ có thể tạo BoM (Bill of Material), tác phẩm nghệ thuật và chế độ xem 3D của PCB cũng như tất cả các thành phần được sử dụng trong mạch. Nhiều thành phần có sẵn trong thư viện của phần mềm này và có tính năng mà người dùng có thể thêm các thành phần tùy chỉnh của họ. Phần mềm này hỗ trợ nhiều ngôn ngữ của con người.
CircuitMaker: Phần mềm này cũng được phát triển bởi Altium. Trình chỉnh sửa sơ đồ của phần mềm này bao gồm vị trí các thành phần cơ bản và phần mềm này được sử dụng để thiết kế các sơ đồ đa kênh và phân cấp nâng cao. Tất cả sơ đồ đều được tải lên máy chủ và bất kỳ ai cũng có thể xem các tệp này, miễn là bạn cần có tài khoản CircuitMaker.