PCB là khái niệm đang trở nên phổ biến hiện nay, chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp bởi nó là phần không thể thiếu trong các thiết bị điện tử, các loại bảng điện,… Nếu là người đang tìm hiểu hoặc mới bắt đầu trong lĩnh vực điện tử cần tìm hiểu về PCB là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của PCB ra sao? Hãy cùng theo dõi và tham khảo trong bài viết sau đây nhé!
PCB là gì?
PCB là viết tắt của từ gì? PCB là viết tắt của cụm từ Printed Circuit Board) hay còn được gọi là bảng mạch in. PCB là bảng mạch in gồm nhiều lớp không có khả năng dẫn điện, phải dựa vào đường dẫn và các điểm pad trên bề mặt để dẫn điện. Các đường dẫn sẽ có vai trò kết nối và truyền tín hiệu giữa những điểm nằm ở các vị trí khác nhau lại với nhau trên PCB.
Như vậy, PCB sẽ dựa vào các đường dẫn để truyền tín hiệu và nguồn điện giữa các thiết bị vật lý được gắn trên bề mặt của PCB như điện trở, IC, cuộn cảm,… Để truyền được tín hiệu trên PCB cần phải thực hiện quá trình hàn để tạo kết nối PCB với các linh kiện điện tử. Ngoài việc dẫn điện, chất hàn còn là chất kế dính để linh kiện không bị rơi khỏi mạch.
PCB có thể tùy chỉnh các thông số kỹ thuật để có thể phù hợp với nhiều yêu cầu của người dùng. Chúng ta có thể thấy PCB trong các thiết bị điện tử phổ biến như điện thoại di động, tivi, các bộ phận của máy tính (bo mạch chủ, card đồ họa), máy ảnh kỹ thuật số,… PCB được sử dụng trong các lĩnh vực máy móc công nghiệp, chiếu sáng, thiết bị y tế, ngành công nghiệp ô tô,…
Mạch in là gì – Bảng mạch PCB (Ảnh: Internet)
Lịch sử ra đời PCB
Trước khi có cái tên phổ biến mạch in PCB như hiện nay thì nó còn được gọi là Printed Wiring Cards và Printed Wiring Boards.
Trước khi PCB ra đời, mạch điện ngày xưa được xây dựng bằng phương pháp nối dây điểm tốn nhiều công sức và rối mắt. Đặc biệt nó còn gây khó khăn cho việc xử lý khi gặp trục trặc. Loại mạch cũ này thường xảy ra hỏng ở phần nối dây và đoản mạch khi các lớp cách điện của dây bị nứt hoặc lão hóa.
Sự phát triển của dây quấn đã mang đến tiến bộ mới, khi đó dây quán khổ nhỏ đã được quấn quanh trụ ở mỗi điểm kết nối để tạo ra một kết nối kín có thể dễ dàng thay thế mà độ bền cao hơn.
Khi các thiết bị điện tử chuyển từ rơ le và ống chân không sang silicon và mạch tích hợp, giá thành và kích thước của linh kiện điện tử bắt đầu giảm xuống. Lúc này, điện tử đã trở nên phổ biến đánh dấu sự phát triển mạnh mẽ cho các sản phẩm điện tử cho đến tận ngày nay.
Cấu tạo của PCB là gì?
PCB là linh kiện điện tử phức tạp được cấu tạo bởi nhiều vật liệu dẫn điện khác nhau và sắp xếp một các hợp lí với mỗi lớp đảm nhiệm vai trò riêng. Vậy bảng mạch điện tử làm bằng chất liệu gì? PCB bao gồm:
- Chất nền: Được làm từ chất liệu thủy tinh FR4 hoặc từ các vật liệu đắt tiền hơn như polymer, nhôm, R04350B tùy loại bản mạch. Nó có tác dụng đảm bảo tính cách điện của bản mạch. Thông thường, mạch in sẽ có chiều dày kích thước là 0,063 inch, tương đương 1,6mm và có thể tùy biến theo bản mạch.
- Copper: Hay còn gọi là lớp đồng. Đây là một lớp đồng mỏng có vai trò dẫn đện, là lớp vật liệu thứ 2 của mạch in hoặc có thể có nhiều lớp khác nhau phụ thuộc vào thiết kế và chức năng của mạch. Chiều dày của lớp đồng có thể thay đổi và xác định bằng tham số khối lượng/diện tích với đơn vị tính là oz.
- Solder mask (Mặt nạ hàn): Đây là lớp mặt nạ hàn gắn phía trên copper có tác dụng che phủ toàn bộ mạch trừ phần chân linh kiện để hàn. Điều này giúp cách biệt phần chân linh kiện cần hàn với các đường mạch xung quanh, điều hướng các linh kiện có kích thước nhỏ SMD vào đúng vị trí và chống oxy hóa đường mạch.
- Silk screen: Đây là lớp trên cùng của mạch in thường có màu trắng đảm nhiệm vai trò biểu thị giá trị, vị trí của linh kiện hay bất kỳ biểu tượng nào mà người thiết kế muốn thể hiện.
PCB chất liệu gì – Cấu tạo của bảng mạch PCB (Ảnh: Internet)
Phân loại PCB và đặc điểm của từng loại mạch
Tiếp theo, chúng ta cùng đi tìm hiểu đặc điểm của các loại mạch PCB là gì? Một số PCB được dùng để làm mạch, trong số đó sẽ tùy theo ứng dụng để chọn ra loại PCB phù hợp. PCB sẽ được phân thành nhiều loại dưới đây:
PCB một lớp
PCB một lớp hay còn gọi là PCB một mặt. Đây là loại PCB đơn giản được sử dụng rất nhiều bởi nó dễ chế tạo và thiết kế. Một mặt của PCB sẽ được bao phủ một lớp vật liệu dẫn điện bất kỳ. PCB thường sử dụng đồng làm vật liệu dẫn điện bởi đặc tính dẫn điện rất tốt. Một lớp hàn sẽ được phủ lên trên để bảo vệ PCB khỏi quá trình oxy hóa, lớp tiếp theo sẽ là lớp in lụa để đánh dấu các linh kiện trên PCB. PCB một lớp sẽ chỉ có một mặt dùng để kết nối các loại linh kiện điện tử bằng phương pháp hàn dính. Loại PCB này sẽ được ứng dụng phổ biến trong trường hợp cần sản xuất số lượng lớn với chi phí sản xuất thấp như radio, máy tính, ổ cứng điện tử và máy in.
Mạch in 1 lớp là gì – PCB 2 lớp là gì (Ảnh: Internet)
PCB hai lớp
PCB hai lớp hay PCB hai mặt sẽ có một lớp vật liệu dẫn điện mỏng như đồng nằm ở cả hai mặt trên và mặt dưới của bo mạch. PCB này có chi phí tương đối thấp, linh hoạt hơn và có kích thước giảm làm cho mạch nhỏ gọn hơn. PCB hai lớp thường được dùng trong điều khiển công nghiệp, bộ chuyển đổi, điện thoại, ứng dụng HVAC, bộ khuếch đại, hệ thống UPS và hệ thống giám sát nguồn.
PCB nhiều lớp
Loại tiếp đến phải kể đến khi nhắc đến PCB là gì chính là PCB nhiều lớp hay đa lớp. Loại này sẽ có ít nhất 3 lớp dẫn điện bằng đồng. Giữa các lớp cách nhiệt sẽ có một lớp keo dán bảng để đảm bảo lượng nhiệt sinh ra đủ và không làm hỏng bất kỳ linh kiện nào của mạch. Đây là loại PCB phức tạp nên thường được dùng trong các ứng dụng phức tạp hơn các mạch điện nhỏ gọn và ở không gian hẹp. Ví dụ như thiết bị y tế, hệ thống vệ tinh, công nghệ GPS, lưu trữ dữ liệu, máy chủ tập tin.
PCB cứng
Đây là loại PCB có số lớp khác nhau như một lớp, hai lớp hay nhiều lớp được làm từ vật liệu rắn nên không thể xoắn lại hay uốn cong được. PCB cứng có tuổi thọ rất cao nên được sử dụng phổ biến trong các bộ phận của máy tính như CPU, GPU và RAM. Nó gồm có nhiều lớp và có thể nhỏ gọn nhờ việc chứa từ 9 – 10 lớp, có thiết kế đơn và được dùng nhiều trong sản xuất PCB cứng một mặt.
PCB dẻo
PCB dẻo hay còn gọi là mạch Flex. Đây là loại mạch được làm bởi vật liệu dẻo từ Polymide, màng polyester dẫn điện trong suốt hoặc PEEK (polyether ether ketone). PCB dẻo thường được gấp hoặc xoắn, là loại PCB rất phức tạp và chứa nhiều lớp khác nhau như mạch flex một mặt, hai mặt và nhiều mặt. Mạch flex được sử dụng trong diode phát sáng hữu cơ, pin mặt trời flex, chế tạo LCD, điện thoại di động, các ngành công nghiệp ô tô, các thiết bị điện tử phức tạp như máy tính xách tay, máy ảnh.
PCB dẻo được làm từ vật liệu dẻo như polymide (Ảnh: Internet)
Ứng dụng của bảng mạch PCB trong đời sống
Vậy ứng dụng của PCB là gì trong cuộc sống hiện nay? Bảng mạch PCB đang được ứng dụng trong hầu hết các thiết bị điện tử từ nhỏ đến lớn như thiết bị y tế, ti vi, máy tính, điện thoại di động, công nghiệp ô tô, máy móc,… Cùng điểm qua những lĩnh vực tiêu biểu nhé!
Trong y học
Bởi các thiết bị dùng trong y học phát triển đã giúp ngành y ngày càng tiên tiến. PCB là thành phần khá quan trọng bởi khả năng nâng cấp phần nào hệ thống của các thiết bị.
Nhờ hiệu suất đáng kể và kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ hơn đã loại bỏ được sự phức tạp của đầu nối và dây dẫn trong hệ thống.
Trong không gian vũ trụ
Bảng mạch PCB được ứng dụng trong ngành này thường sử dụng loại cứng, linh hoạt và được dùng trong các thiết bị điều khiển, bảng, hệ thống an toàn, hệ thống điều hành,…
Với vệ tinh, các máy bay do thám hay các thiết bị vũ trụ khác sẽ sử dụng PCBs phức tạp hơn và có tuổi thọ lâu hơn. Các PCB sẽ cần đáp ứng được đủ yêu cầu thiết kế như chịu độ rung cao, mỏng nhẹ, giảm tiêu thụ nhiên liệu.
Bảng mạch PCB được dùng trong y học giúp ngành có những sự phát triển vượt bậc (Ảnh: Internet)
Trong quân sự
PCB trong lĩnh vực quân sẹ sẽ cần phải tiếp xúc thường xuyên với rung sốc, va đập. Công nghệ quân sự ngày càng tân tiến vì thế mà bảng mạch PCB đang được sử dụng để điều khiển robot, hệ thống định vị, hệ thống tự động hướng dẫn lộ trình và ngắm của tên lửa,…
Các PCB này sẽ có yêu cầu về độ dẻo dai tốt, hiệu suất cao và có thể chịu được lực hàng nghìn pound mà không bị hỏng.
Trong công nghiệp
Nhờ bảng mạch PCB, ngày nay các hoạt động sản xuất, quản lý chuỗi cung ứng – thông tin và tự động hóa đã tăng cường hiệu quả đáng kể. Điều này giúp tăng cường được sản xuất mà chi phí lao động lại giảm.
Nhờ hệ thống tự động hóa máy móc, toàn bộ ngành công nghiệp đã đạt được hiệu quả và năng suất cao hơn so với trước đây.
>>> Có thể bạn quan tâm: PCBA là gì?
Kết luận
Trên đây là toàn bộ thông tin mà Hapoin đã chia sẻ về PCB là gì cũng như cấu tạp, phân loại và những ứng dụng của nó trong các ngành nghề. Hy vọng những thông tin này có thể giúp bạn hiểu rõ hơn về bảng mạch PCB trong thực tế nhé!
Jasmine Wu – Hapoin
