Mạch in PCB (Printed Circuit Board) là thành phần quan trọng trong các thiết bị điện tử và máy móc công nghiệp hiện đại. PCB là bảng mạch in chứa các dây dẫn và linh kiện điện tử như IC, tụ điện, cuộn cảm, điện trở. Bản thân PCB không dẫn điện; thay vào đó, nó sử dụng các đường dẫn và điểm pad trên bề mặt để kết nối và truyền tín hiệu điện giữa các điểm khác nhau trên mạch.

Phân biệt PCB và PCBA

Nhiều người thường nhầm lẫn giữa PCB và PCBA. PCB (Printed Circuit Board) là bảng mạch trống, chưa lắp ráp linh kiện. Trong khi đó, PCBA (Printed Circuit Board Assembly) là bảng mạch đã được lắp ráp đầy đủ các linh kiện cần thiết như điện trở, IC, tụ điện, và đã trải qua quá trình hàn thủ công hoặc sử dụng công nghệ hàn gắn bề mặt SMT và hàn reflow để tạo kết nối hoàn thiện giữa các linh kiện và mạch in.

Cấu tạo của mạch PCB

Mạch PCB được cấu tạo từ nhiều lớp khác nhau, mỗi lớp đảm nhận một chức năng riêng và được kết nối với nhau bằng nhiệt hoặc chất kết dính để tạo thành một thể thống nhất.

• Chất nền FR4: Là sợi thủy tinh, vật liệu làm chất nền cơ bản và thông dụng nhất của nhiều bản mạch PCB. Chất nền FR4 giúp PCB có độ cứng và độ dày tốt, hạn chế tình trạng gãy, nứt, đồng thời đảm bảo tính cách nhiệt trong mạch.
• Lớp đồng (Copper): Là lớp thứ hai trong PCB, gồm một lớp đồng mỏng được ép lên bằng nhiệt và chất kết dính, có vai trò dẫn điện trong mạch. Độ dày của lớp đồng có thể thay đổi và được xác định theo trọng lượng; số lượng lớp đồng phụ thuộc vào chức năng và thiết kế của mạch.
• Lớp Solder Mask (mặt nạ hàn): Lớp này tạo nên màu sắc đặc trưng cho PCB, thường là màu xanh lá cây nhưng cũng có thể là màu khác tùy vào nhà sản xuất. Lớp mặt nạ hàn được phủ lên toàn bộ mạch (trừ phần chân linh kiện cần hàn), mục đích là cách biệt phần chân linh kiện với các đường mạch xung quanh, chống oxy hóa, đồng thời giúp người thợ hàn dễ dàng điều chỉnh các linh kiện kích thước nhỏ SMD vào đúng vị trí cần hàn.
• Lớp Silkscreen (mực in): Lớp cuối cùng được phủ lên PCB, chứa các chữ cái, số hoặc ký hiệu để giúp người thợ biết được vị trí gắn linh kiện và giá trị phù hợp. Lớp Silkscreen thường có màu trắng nhưng có thể sử dụng màu sắc khác sao cho nổi bật và dễ nhìn nhất.

Các thuật ngữ cần biết trong mạch PCB

• Vòng khuyên (Annular ring): Vòng đồng được mạ xung quanh một lỗ trong PCB.
• Lỗ khoan (Drill): Nơi bắt vít hoặc định vị connector.
• Finger: Miếng kim loại tiếp xúc dọc theo cạnh của mạch in, tạo kết nối giữa hai bảng mạch.
• Tấm đệm (Pad): Nơi linh kiện được hàn vào trên bề mặt PCB.
• Panel: Bản mạch lớn bao gồm nhiều bản mạch nhỏ nằm bên trong.
• Chuột cắn (Mouse bites): Kỹ thuật tách các mạch in ra khỏi bảng lớn (Panel), sử dụng một số mũi khoan nằm gần nhau nhằm tạo ra một điểm yếu để tách PCB ra khỏi Panel mà không sợ hư hỏng, gãy mạch.
• Paste stencil: Giấy nến mỏng, bằng kim loại hoặc nhựa, thiết kế theo các đường dẫn của PCB giúp cố định kem hàn nằm đúng vị trí.
• Mặt phẳng (Plane): Khối đồng liên tục trên bảng mạch, xác định bằng đường viền chứ không phải bằng đường dẫn (trace).

Ứng dụng của mạch PCB

Mạch PCB được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực:

• Y khoa: Giúp loại bỏ sự phức tạp của dây dẫn và các đầu nối trong hệ thống, giúp các thiết bị máy móc chữa bệnh nhỏ gọn và nhẹ hơn.
• Không gian vũ trụ: Sử dụng trong các bảng, thiết bị điều khiển, hệ thống điều hành, hệ thống an toàn.
• Quân sự: Ứng dụng để điều khiển robot, làm hệ thống định vị, hệ thống ngắm bắn của tên lửa.
• Công nghiệp:
  PCB được ứng dụng trong các hệ thống tự động hóa, thiết bị đo lường, dây chuyền sản xuất, và các máy móc công nghiệp hiện đại khác. Những mạch PCB này thường được thiết kế để chịu được môi trường khắc nghiệt, với độ bền cao và khả năng chống rung động.
• Điện tử tiêu dùng:
  PCB đóng vai trò trung tâm trong các thiết bị điện tử phổ biến như điện thoại di động, máy tính, tivi, đồng hồ thông minh, máy ảnh và nhiều sản phẩm gia dụng khác.
• Ô tô:
  Trong ngành công nghiệp ô tô, PCB được sử dụng để điều khiển hệ thống điện tử như hệ thống chiếu sáng, hệ thống cảm biến, hệ thống thông tin giải trí và các bộ phận quan trọng khác trong xe.
• Viễn thông:
  Các thiết bị viễn thông như bộ phát sóng, bộ định tuyến, hệ thống mạng và các thiết bị truyền dẫn đều yêu cầu PCB để đảm bảo kết nối ổn định và chính xác.

Kết luận

Mạch PCB là một thành phần không thể thiếu trong ngành điện tử và công nghệ. Hiểu rõ về cấu tạo, chức năng và ứng dụng của PCB giúp các kỹ sư và nhà thiết kế mạch tận dụng tối đa hiệu suất và lợi ích mà nó mang lại. Với sự phát triển của công nghệ, các loại PCB mới như PCB linh hoạt (flexible PCB), PCB đa lớp (multi-layer PCB) sẽ tiếp tục đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng cao của ngành công nghiệp.