Trong thế giới phức tạp của điện tử, có rất ít linh kiện cơ bản và phổ biến như Bảng Mạch In (PCB). Thường không được nhìn thấy nhưng luôn cần thiết, PCB là những người hùng thầm lặng cung cấp năng lượng cho hầu hết mọi thiết bị điện tử mà chúng ta tương tác hàng ngày. Từ điện thoại thông minh trong túi của bạn đến các thiết bị y tế phức tạp, những bảng đa vật liệu, đa lớp này tạo thành nền tảng vững chắc để xây dựng cuộc sống kỹ thuật số của chúng ta.
Về cốt lõi, bảng mạch in (PCB) là một đế cơ học được sử dụng để giữ và kết nối điện các linh kiện của một mạch điện. Nó là một cấu trúc "bánh sandwich" được thiết kế chính xác gồm các lớp dẫn điện và cách điện, được thiết kế để thay thế hệ thống dây điểm-tới-điểm cồng kềnh, không đáng tin cậy của các hệ thống điện tử cũ hơn.
Một PCB điển hình bao gồm:
Chất nền (Lõi): Đây là vật liệu cách điện cơ bản, phổ biến nhất là nhựa epoxy gia cố bằng sợi thủy tinh (FR-4), nhưng cũng có polyimide cho các ứng dụng linh hoạt hoặc thậm chí là kim loại để tăng cường quản lý nhiệt. Nó cung cấp độ bền cơ học và cách điện.
Lớp đồng: Các lớp mỏng của lá đồng được dán lên hoặc giữa các lớp chất nền. Chúng được khắc để tạo ra các đường dẫn dẫn điện của mạch, được gọi là đường mạch, và các điểm kết nối cho các linh kiện, được gọi là miếng đệm.
Mặt nạ hàn: Một lớp polymer bảo vệ, thường có màu xanh lá cây, được áp dụng trên các đường mạch đồng để ngăn ngừa đoản mạch và bảo vệ chống oxy hóa. Nó chỉ lộ ra các miếng đệm nơi các linh kiện sẽ được hàn.
Lụa in: Một lớp mực không dẫn điện, thường có màu trắng, được sử dụng để in nhãn, ký hiệu tham chiếu, đường viền linh kiện và logo lên bề mặt PCB để lắp ráp và khắc phục sự cố.
PCB chịu trách nhiệm hướng dòng điện giữa cả các linh kiện tích cực (như bóng bán dẫn và mạch tích hợp tạo ra hoặc khuếch đại tín hiệu) và các linh kiện thụ động (như điện trở, tụ điện và cuộn cảm lưu trữ hoặc điều chỉnh năng lượng). Các kết nối điện giữa các lớp được thực hiện thông qua các lỗ khoan và mạ được gọi là vias.
PCB có nhiều cấu hình khác nhau, mỗi cấu hình được tối ưu hóa cho các yêu cầu hiệu suất, hạn chế về không gian và cân nhắc về chi phí khác nhau.
PCB một mặt: Loại đơn giản và tiết kiệm chi phí nhất, với các đường mạch dẫn điện chỉ ở một mặt của chất nền. Lý tưởng cho các thiết bị điện tử cơ bản.
PCB hai mặt: Có các lớp dẫn điện ở cả hai mặt của chất nền, được liên kết với nhau bằng các lỗ mạ xuyên (vias). Điều này cho phép mật độ linh kiện cao hơn và định tuyến phức tạp hơn.
PCB nhiều lớp: Bao gồm ba hoặc nhiều lớp đồng dẫn điện, được phân tách bằng vật liệu cách điện (prepreg) và được ép lại với nhau dưới nhiệt và áp suất. Chúng cung cấp mật độ linh kiện cao hơn đáng kể, cải thiện tính toàn vẹn của tín hiệu và tăng cường quản lý nhiệt, cần thiết cho các thiết bị hiện đại phức tạp.
PCB cứng: Loại phổ biến nhất, được làm từ các chất nền rắn, không linh hoạt như FR-4. Chúng bền, ổn định và tiết kiệm chi phí để sản xuất hàng loạt.
PCB linh hoạt (PCB Flex): Được chế tạo trên các chất nền nhựa dẻo, thường là polyimide. Những bảng này có thể uốn cong, xoắn và gập lại, làm cho chúng lý tưởng cho các thiết bị nhỏ gọn, thiết bị đeo được và các ứng dụng yêu cầu chuyển động.
PCB cứng-linh hoạt: Kết hợp các yếu tố của cả bảng cứng và linh hoạt, có các phần cứng được liên kết với nhau bằng các mạch linh hoạt. Chúng cung cấp những điều tốt nhất của cả hai thế giới: độ bền, hiệu quả không gian và khả năng uốn cong động, thường được tìm thấy trong hàng không vũ trụ và thiết bị y tế.
PCB kết nối mật độ cao (HDI): Đặc trưng bởi các đường và khoảng trống mịn hơn, vias nhỏ hơn (microvias) và mật độ miếng đệm kết nối cao hơn. Công nghệ HDI cho phép thiết kế nhỏ gọn và nhẹ hơn, đặc biệt đối với thiết bị di động và điện toán hiệu năng cao.
PCB tần số cao: Được thiết kế cho các ứng dụng yêu cầu truyền tín hiệu tốc độ cao, thường sử dụng các vật liệu tổn hao thấp chuyên dụng để duy trì tính toàn vẹn của tín hiệu trong hệ thống viễn thông và radar.
PCB lõi kim loại (MCPCB): Sử dụng đế kim loại (ví dụ: nhôm) để tản nhiệt hiệu quả, rất quan trọng đối với chiếu sáng LED công suất cao và các ứng dụng ô tô.
