Phân Loại Bảng Mạch PCB Và Phần Mềm, Nhiều Liệu Sử Dụng

Trong việc đáp ứng nhu cầu sản xuất thiết bị điện tử phù hợp với các thành phần trong phạm vi nhỏ nhất, bảng mạch PCB đã thành công ở công đoạn này. Chi tiết là một phần linh hoạt và thiết thực trong cuộc sống thường ngày. Do đó, bạn biết gì về bảng mạch điện tử? Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu thông tin về bảng mạch này nhé.

Nội dung chính

• 1 Khái niệm mạch PCB là gì?
• 2 Phân loại bảng mạch PCB
  • 2.1 PCB một lớp
  • 2.2 PCB hai lớp
  • 2.3 PCB đa lớp
  • 2.4 PCB dẻo
  • 2.5 PCB đáy nhôm
  • 2.6 PCB cứng
  • 2.7 PCB dẻo – cứng
  • 2.8 Bo mạch PCB xuyên lỗ
  • 2.9 PCB được gắn trên bề mặt
• 3 Cách vật liệu được sử dụng để tạo nên bảng mạch PCB
• 4 Những phần mềm được sử dụng để thiết kế mạch PCB

Khái niệm mạch PCB là gì?

PCB là viết tắt của cụm từ Printed Circuit Board. Đây là một bảng mạch in có kết cấu gồm nhiều lớp khác nhau và không có chức năng dẫn điện. Trong tất cả các linh kiện điện tử này đều được kết nối với nhau trên cùng một bảng mạch và có phần đế để đỡ dưới. 

Nếu thiết bị chưa có PCB thì các linh kiện được kết nối với nhau bằng một loại dây dẫn có chức năng làm tăng độ phức tạp và độ tin cậy không cao. Nhờ đó, chúng không thể tạo ra một bảng mạch lớn so với bo mạch chủ.

Bảng mạch in có kết cấu gồm nhiều lớp khác nhau

Phân loại bảng mạch PCB

Hiện nay một số bảng mạch PCB được dùng trong các ứng dụng, thế nên bạn hãy cân nhắc việc tìm hiểu để chọn cho được loại PCB thích hợp nhất.

Phân loại theo số lớp trong bảng mạch

PCB một lớp

PCB một lớp hay còn gọi là PCB một mặt. Loại PCB này có cấu tạo đơn giản và được dùng nhiều nhất vì nó dễ thiết kế và chế tạo. Một mặt của bảng mạch được phủ một lớp vật liệu dẫn điện khác bất kỳ. Và nó được dùng để làm vật liệu dẫn điện cho PCB, bởi vì đặc tính dẫn điện của đồng rất tốt.

PCB hai lớp

Tên gọi khác của PCB hai lớp là PCB hai mặt. Trong loại PCB này có kích thước nhỏ, làm cho mạch nhỏ gọn, rất linh hoạt và chi phí thấp, nhờ có một lớp vật liệu dẫn điện mỏng. Chẳng hạn như ở cả hai mặt trên và dưới của bo mạch có đồng.

PCB đa lớp

PCB đa lớp tức là có nhiều hơn hai lớp. Nó có nghĩa là loại bo mạch này có ít nhất ba lớp dẫn điện được làm bằng đồng. Lớp keo dán bảng được kẹp ở giữa các lớp cách nhiệt nhằm đảm bảo lượng nhiệt sinh ra sẽ không làm hỏng bất kỳ linh kiện nào của mạch.

Linh kiện bo mạch hỗ trợ bảo vệ thiết bị

Phân loại theo độ cứng của PCB

PCB dẻo

PCB dẻo hay còn gọi là mạch Flex. Loại PCB này thường được sử dụng từ vật liệu dẻo như PEEK (polyether ether ketone) hay polymide hoặc màng polyester dẫn điện trong suốt. Loại bảng mạch này thường được gấp hoặc xoắn lại với nhau.

PCB đáy nhôm

PCB đáy nhôm là loại PCB dẻo – cứng (flex-rigid PCB). Đây là sự kết hợp của PCB cứng và PCB dẻo, gồm các lớp của PCB dẻo được gắn với nhiều lớp của PCB cứng. Trong điện thoại di động, ô tô và máy ảnh kỹ thuật số…, chúng được sử dụng phổ biến.

PCB cứng

Tương tự như PCB dẻo, loại bảng mạch PCB cứng có số lớp khác nhau và được phân thành các loại như một lớp, hai lớp hay nhiều lớp. Mặt khác, không giống với PCB dẻo thì loại PCB này không thể gấp hoặc uốn cong. Do đó, nó được gọi là PCB cứng. 

Hơn nữa, độ bền của loại PCB này tương đối cao. Thế nên, chúng được ứng dụng tại nhiều bộ phận trong cấu tạo của máy tính như CPU, RAM, GPU. Hiện nay, bảng mạch cứng một mặt được thiết kế và đưa vào sản xuất nhiều nhất. Mọi người có thể làm giảm kích thước của PCB cứng bằng biện pháp tích hợp 9-10 lớp ở trên cùng một bảng mạch.

PCB dẻo – cứng

Bảng mạch PCB này gồm có các lớp PCB cứng, chúng được gắn với các lớp PCB dẻo. Do đó, chúng được coi là sự kết hợp của PCB dẻo và PCB cứng. Thiết bị được dùng trong các ứng dụng của điện thoại di động, máy ảnh kỹ thuật số và các thiết bị điện tử trong ô tô…

Bo mạch được gắn vào các máy ảnh kỹ thuật số

Phân loại theo hệ thống lắp ghép

Bo mạch PCB xuyên lỗ

Trên bề mặt của loại PCB này gồm nhiều lỗ, giúp việc hàn các linh kiện vào miếng đệm ở đối diện của PCB dễ dàng. Về mặt cơ học, công nghệ PCB xuyên lỗ giúp các linh kiện được bảo toàn và chắc chắn hơn so với việc tạo lỗ cho PCB bằng phương pháp khoan để làm tăng chi phí sản xuất. Công nghệ này thích hợp nhất đối với PCB một lớp, giúp việc lắp đặt dễ dàng và độ khó của các lớp ngày càng tăng cao.

PCB được gắn trên bề mặt

Đối với loại PCB này, các linh kiện được chế tạo, giúp việc lắp đặt trên bảng thuận tiện. Những phụ kiện này gọi là linh kiện dán SMD và được gắn trực tiếp lên mạch mà không cần thông qua các lỗ.

Cách vật liệu được sử dụng để tạo nên bảng mạch PCB

Có thể thấy, vật liệu chính của bảng mạch PCB là tấm điện môi dẻo hoặc cứng. Tấm này được dùng cùng với các vật liệu dẫn điện như đồng được bố trí ở trên. Bên cạnh đó, tấm điện môi được phủ lớp epoxy thủy tinh hoặc composite. Cụ thể những chất liệu được dùng để chế tạo bảng mạch PCB là:

Bảng bo mạch trong một thiết bị

FR4

FR là viết tắt của cụm từ Fire Retardent. Trong số các loại PCB được sản xuất thì vật liệu này bọc thủy tinh được dùng phổ biến nhất. Dựa vào các hợp chất epoxy-thủy tinh thì FR4 được tổng hợp và ứng dụng nhiều nhất, bởi nó cung cấp độ bền về cơ học tốt nhất.

FR-1 và FR-2

FR-1 và FR-2 được làm từ chất liệu giấy và các hợp chất phenol. Chúng được dùng cho PCB một lớp. Về đặc điểm của FR1 và FR2 tương tự như nhau. Điểm khác biệt duy nhất là nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh bên trong đó. Mức nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh cao hơn so với FR2. Những nguyên liệu này được phân chia thành các loại tiêu chuẩn và không kỵ nước và không chứa halogen.

CEM-1

Đây là vật liệu được làm từ giấy và hai lớp dệt epoxy thủy tinh, cùng với hợp chất phenol. Đồng thời, nhiên liệu này được dùng cho PCB một mặt và CEM-1 được sử dụng để thay cho FR4, nhưng giá thành của CEM1 cao hơn FR4.

CEM-3

Vật liệu CEM-3 là hợp chất giữa epoxy thủy tinh có màu trắng và được dùng trong bảng mạch hai lớp. Hơn nữa, độ bền CEM-3 thấp hơn so với FR4, thế nhưng nó rẻ hơn FR4. Do đó, nguyên liệu này chính là một lựa chọn tốt để thay thế cho FR4.

Nhiên liệu dùng để chế tạo bo mạch tốt nhất

Polyimide

Polyimide được dùng trong PCB dẻo. Nó được làm từ các chất liệu như rogers, kepton, dupont. Vật liệu Polyimide có tính chất dẫn điện tốt, có thể sử dụng được trong phạm vi nhiệt độ rộng và kháng hóa chất cao. Mức nhiệt độ hoạt động của vật liệu này từ -200◦C – 300◦C.

Prepreg

Prepreg được ngâm tẩm trước đó. Đây là một sợi thủy tinh được ngâm tẩm với nhựa. Loại nhựa này được sấy khô và đến khi đun nóng, nó chảy và kết dính. Prepreg có thể kết dính tương tự như chất liệu FR4. Hiện Prepreg có nhiều hàm lượng nhựa và nhựa đạt tiêu chuẩn SR, nhựa trung bình MR hay nhựa cao HR. 

Tùy theo mỗi chất liệu, chúng có yêu cầu về độ dày khác nhau. Tương tự như cấu trúc của các lớp và trở kháng. Chất liệu này có nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh cao và thường không chứa halogen.

Những phần mềm được sử dụng để thiết kế mạch PCB

Sau đây là một số phần mềm thiết kế PCB được sử dụng phổ biến nhất:

Multisim

Phần mềm Multisim rất mạnh mẽ và đơn giản. Nó được phát triển bởi Điện tử Workbench và hiện tại nó là một bộ phận của National Instruments (NI). Phần mềm này gồm mô phỏng vi điều khiển (MultiMCU) và những tính năng xuất nhập tích hợp vào phần mềm được vẽ ở mạch PCB. Multisim được sử dụng phổ biến và rộng rãi trong việc học tập và công nghiệp để đào tạo về mạch PCB.

Bo mạch PCB trong thiết bị điện tử

Eagle

Eagle là phần mềm viết tắt của Easy Applicable Graphical Layout Editor. Để thiết kế phần mềm PCB thông dụng và rất dễ sử dụng nhất. Nó được phát triển từ CadSoft Computer. Bên cạnh đó, Autodesk hiện đang là nhà phát triển phần mềm này.

Altium Designer

Công ty phần mềm Úc Altium Limited đang nghiên cứu và phát triển phần mềm Altium Designer. Những tính năng của phần mềm này là thiết kế 3D PCB, sơ đồ chụp, phát triển FPGA và phát hành /quản lý dữ liệu. Đây là một trong những phần mềm có trực quan 3D và kiểm tra PCB trực tiếp từ cách soạn thảo mạch PCB.

EasyEDA

Đây là một phần mềm được dùng để thiết kế và mô phỏng mạch. EasyEDA là một công cụ tích hợp sử dụng để ghi lại sơ đồ mạch và mô phỏng mạch Spice, dựa trên bố cục của Ngspice và PCB. Về điểm nổi bật của phần mềm này là nó dựa trên nền web và được ứng dụng trong cửa sổ trình duyệt. Vì thế, phần mềm EasyEDA độc lập với hệ điều hành.

KiCad

Jean-pierre charras đã phát triển KiCad. Phần mềm này được trang bị các công cụ có thể tạo BoM (Bill of Material), chế độ xem 3D và ảnh minh họa của PCB, cùng với tất cả các thành phần được ứng dụng trong bảng mạch. Trong thư viện, nhiều thành phần có sẵn của phần mềm và các tính năng mà người sử dụng có thể thêm các chức năng tùy chỉnh. Ngoài ra, phần mềm này được hỗ trợ nhiều ngôn ngữ khác nhau.

Phần mềm bo mạch PCB thông dụng

CircuitMaker

Phần mềm CircuitMaker được phát triển từ Altium. Trình soạn thảo bao gồm các vị trí của những tính năng cơ bản, được sử dụng để thiết kế sơ đồ mạch PCB đa kênh và phân cấp bởi những công nghệ tiên tiến. Tất cả những sơ đồ mạch được tải lên máy chủ và cả tập tin có sẵn để mọi người đều có thể xem được, miễn là người dùng có một tài khoản CircuitMaker.

Hy vọng mọi người có thể hiểu được bảng mạch PCB, cùng với đó là các vật liệu được dùng để sáng chế ra phần mềm để sử dụng cho nhiều thiết bị điện tử, kỹ thuật số khác nhau.