Mạch PCB – Tìm hiểu cấu tạo, ứng dụng và nguyên lý hoạt động

ban mach pcb
Ảnh minh họa – Ban mạch PCB

Bạn đã từng nghe đến thuật ngữ “mạch PCB” và muốn tìm hiểu về nó? Trong thời đại công nghệ hiện nay, mạch PCB trở nên ngày càng phổ biến và không thể thiếu trong các linh kiện và thiết bị điện tử. Hơn nữa, mạch PCB có rất nhiều ứng dụng và đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta.

Mạch PCB là gì?

→ Khái niệm

Mạch PCB (viết tắt của Printed Circuit Board) là một thành phần chứa các linh kiện và dây dẫn trong một cấu trúc cơ khí. Cấu trúc này cho phép các linh kiện điện tử kết nối với nhau trên một bảng mạch duy nhất. Thay vì sử dụng các dây dẫn ngoài, PCB tích hợp các đường dẫn ngay trên bề mặt của mạch, giúp giảm độ phức tạp và tăng tính gọn gàng.

lich su hinh thanh ban mach pcb thoi xua
Ảnh minh họa – Lịch sử hình thành mạch PCB thời xưa

→ Lịch sử hình thành

Trước khi trở thành các PCB như hiện nay, mạch điện thường chỉ là những dây riêng lẻ được gắn vào các bộ phận. Đường dẫn điện được tạo bằng cách hàn các thành phần kim loại cùng với dây. Tuy nhiên, việc làm mạch điện theo cách này không chỉ vất vả và mất thời gian, mà còn dễ gây ra lỗi và không đảm bảo độ chính xác cao.

→ PCBA là gì?

PCBA (viết tắt của Printed Circuit Board Assembly) là một loại bản mạch in đã hoàn thiện, đã được gắn đầy đủ các linh kiện điện tử như điện trở, IC, tụ điện. Trái ngược với PCB, PCBA là một bản mạch đã được lắp linh kiện.

→ Cấu tạo PCB gồm những gì?

Một PCB cơ bản bao gồm các thành phần sau:

  • Chất nền: Được làm từ các vật liệu dẫn điện như thủy tinh FR4 hoặc nhôm, polymer hoặc RO4350B. Chất nền đảm bảo tính cách điện trong bản mạch và có độ dày tiêu chuẩn là 1,6mm.
  • Copper: Là lớp đồng mỏng có vai trò dẫn điện, có thể có nhiều lớp khác nhau tùy vào chức năng và thiết kế của mạch.
  • Solder mask: Lớp mặt nạ hàn được gắn phía trên lớp đồng. Lớp này giúp cách biệt phần chân linh kiện cần hàn và các đường mạch xung quanh, chống oxy hóa đường mạch và điều hướng linh kiện SMD vào đúng vị trí.
  • Silk screen: Lớp mực trắng trên cùng của mạch, được sử dụng để đánh dấu giá trị, vị trí linh kiện.

Ứng dụng của bảng mạch PCB trong cuộc sống

Mạch PCB hiện tại có rất nhiều ứng dụng trong hầu hết các thiết bị điện trong cuộc sống từ lớn đến nhỏ, từ công nghiệp đến gia đình. Dưới đây là một số lĩnh vực tiêu biểu.

→ Y khoa

Ngành y khoa ngày càng phát triển nhờ sự ứng dụng của công nghệ. Mạch PCB đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cấp các hệ thống của các thiết bị y khoa. Nhờ kích thước nhỏ gọn và hiệu suất đáng kinh ngạc, các thiết bị y tế trở nên nhỏ gọn và nhẹ hơn, loại bỏ sự phức tạp của dây dẫn và đầu nối trong hệ thống.

→ Không gian vũ trụ

Các PCB được sử dụng trong ngành này thường là loại cứng và linh hoạt, thường sử dụng trong các bảng, thiết bị điều khiển, hệ thống điều hành và an toàn.

→ Quân sự

Các PCB trong lĩnh vực quân sự yêu cầu phải chịu được va đập và rung sốc thường xuyên. Với công nghệ quân sự hiện đại, các PCB được sử dụng để điều khiển robot, hệ thống định vị và hướng dẫn tên lửa, hệ thống định vị và nhiều ứng dụng khác.

→ Công nghiệp

Công nghiệp hiện đại đã tăng cường đáng kể hiệu quả làm việc và quản lý thông qua việc sử dụng PCB. Việc sử dụng hệ thống tự động hóa máy móc đã tăng cường năng suất làm việc và giảm chi phí lao động.

Thuật ngữ cần biết trong mạch PCB

Để hiểu rõ hơn về mạch PCB, chúng ta cần nắm vững các thuật ngữ sau:

  • Vòng khuyên (Annular ring): Những vòng đồng được mạ xung quanh một lỗ nằm trong PCB.
  • DRC (Design Rule Check): Kiểm tra quy tắc thiết kế, đảm bảo sự không có lỗi trong thiết kế mạch.
  • Lỗ khoan (Drill): Lỗ khoan trên bề mặt PCB để bắt vít hoặc định vị connector.
  • Finger: Miếng kim loại tiếp xúc dọc theo cạnh của mạch in, dùng để tạo kết nối giữa các bảng mạch.
  • Panel: Bảng mạch lớn hơn chứa nhiều PCB nhỏ bên trong, thường được sử dụng trong quy trình sản xuất hàng loạt.
  • Chuột cắn (Mouse bites): Giải pháp để tách mạch in ra khỏi bảng lớn, tạo các điểm yếu để tách PCB ra khỏi panel.
  • Tấm đệm (Pad): Phần tiếp xúc kim loại trên bề mặt của PCB, nơi linh kiện sẽ được hàn vào.
  • Paste stencil: Tấm mặt nạ hàn được sử dụng để cố định kem hàn vào đúng vị trí trên PCB.
  • Mặt phẳng (Plane): Khối đồng liên tục trên bảng mạch, xác định bằng đường viền chứ không phải đường dẫn.
  • Mạ xuyên lỗ (Plated through hole): Lỗ trên bảng được phủ một lớp mạ từ mặt này sang mặt kia của PCB.
  • Pogo pin: Công cụ có gắn lò xo, dùng để kiểm tra các điểm pad trên PCB.
  • Silkscreen: Chữ cái, số, ký hiệu và hình ảnh trên bảng mạch.
  • Khe cắm (Slot): Lỗ không tròn trên bảng PCB.
  • Kem hàn (Solder paste): Tinh thể thiếc hoặc chì hàn dạng kem, dùng để tạo khớp nối điện giữa pad và linh kiện.
  • Gắp và đặt (Pick-and-place): Máy tự động để đặt linh kiện trên PCB.
  • Bể hàn nhúng (Solder pot): Thiết bị dùng để hàn nhanh các bo mạch bằng tay.
  • Mặt nạ hàn (Soldermask): Lớp bảo vệ trên bề mặt kim loại để ngăn ngừa đoản mạch và ăn mòn.
  • Cầu nối hàn (Solder jumper): Mối hàn nhỏ trên PCB dùng để tách hoặc nối trade/pad với nhau.
  • Gắn bề mặt (Surface mount): Công nghệ gắn linh kiện bề mặt trên PCB.
  • Trace: Đường dẫn trên PCB nối từ điểm này đến điểm kia.
  • V-score (V-score): Đường cắt qua bảng PCB để tách bảng ra khỏi panel.
  • Via: Lỗ trên bảng dùng để truyền tín hiệu từ lớp này sang lớp khác.
  • Hàn sóng (Wave solder): Phương pháp hàn dùng trên bo mạch có các linh kiện xuyên lỗ.

Có bao nhiêu loại PCB?

Trên thực tế, có nhiều loại PCB khác nhau, dựa trên các yếu tố như số lớp, tính linh hoạt và loại vật liệu sử dụng. Dưới đây là một số loại PCB phổ biến:

#1 PCB 1 lớp

Đây là loại PCB đơn giản nhất, với một mặt được phủ một lớp vật liệu dẫn điện. PCB 1 lớp được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm điện tử chi phí thấp như máy tính, máy in và radio.

#2 PCB 2 lớp

Loại PCB này chứa một lớp vật liệu dẫn điện mỏng trên cả mặt trên và mặt dưới của mạch. PCB 2 lớp thường được sử dụng trong điều khiển công nghiệp và các thiết bị nhỏ gọn như điện thoại, hệ thống UPS, bộ khuếch đại.

#3 PCB nhiều lớp

Loại PCB này có nhiều lớp hơn, ít nhất là 3 lớp cách điện bằng đồng. PCB nhiều lớp thường được sử dụng trong các thiết bị phức tạp như công nghệ GPS, hệ thống vệ tinh, thiết bị y tế, lưu trữ dữ liệu.

#4 PCB dẻo

PCB dẻo sử dụng các vật liệu dẻo như polyamide, PEEK hoặc màng polyester để dẫn điện trong suốt. Loại PCB này thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp như ô tô, điện tử, máy tính và các ứng dụng năng lượng tái tạo.

#5 PCB cứng

PCB cứng là loại có vật liệu làm nên PCB cứng chắc, không thể uốn cong. PCB cứng được sử dụng rộng rãi trong các bộ phận của máy tính như RAM, GPU và CPU.

#6 PCB dẻo – cứng

Đây là loại PCB kết hợp giữa PCB dẻo và cứng, được sử dụng trong điện thoại di động, ô tô và máy ảnh kỹ thuật số.

Với những thông tin trên, ta đã có cái nhìn tổng quan về mạch PCB, từ cấu tạo, ứng dụng cho đến các thuật ngữ liên quan. Hy vọng bài viết đã giúp bạn hiểu rõ hơn về mạch PCB và tầm quan trọng của nó trong cuộc sống hàng ngày. Chúc bạn thành công và may mắn!

FEATURED TOPIC