PCB (Printed Circuit Board) là một linh kiện điện tử quan trọng, đóng vai trò là cấu trúc đỡ cho các linh kiện điện tử và là đường dẫn cho các kết nối điện. Nó được gọi là bảng mạch "in" vì được sản xuất bằng kỹ thuật in điện tử. PCB là một trong những linh kiện thiết yếu trong ngành công nghiệp điện tử. Hầu hết mọi thiết bị điện tử, từ những vật nhỏ như đồng hồ kỹ thuật số và máy tính bỏ túi đến các hệ thống lớn như máy tính, thiết bị điện tử truyền thông và hệ thống vũ khí quân sự, đều sử dụng bảng mạch in để kết nối các mạch tích hợp và các linh kiện điện tử khác về mặt điện.
Mạch in (PCB) bao gồm một chất nền cách điện, dây dẫn và các điểm tiếp xúc để lắp ráp và hàn các linh kiện điện tử, đóng vai trò vừa là đường dẫn điện vừa là lớp nền cách điện. Nó có thể thay thế hệ thống dây dẫn phức tạp để tạo kết nối điện giữa các linh kiện khác nhau, đơn giản hóa quy trình lắp ráp và hàn, giảm khối lượng công việc liên quan đến các phương pháp đi dây truyền thống và giảm đáng kể cường độ lao động. Ngoài ra, PCB giúp giảm kích thước tổng thể của thiết bị, giảm chi phí sản phẩm và cải thiện chất lượng cũng như độ tin cậy của thiết bị điện tử. Chúng mang lại tính nhất quán tốt cho sản phẩm và có thể được tiêu chuẩn hóa trong thiết kế, tạo điều kiện thuận lợi cho cơ giới hóa và tự động hóa trong sản xuất. Hơn nữa, một mạch in đã được lắp ráp và kiểm tra hoàn chỉnh có thể được sử dụng như một phụ tùng thay thế độc lập, giúp việc thay thế và bảo trì sản phẩm hoàn chỉnh dễ dàng hơn.
Ban đầu, mạch in (PCB) được làm từ các tấm nhiều lớp phủ đồng trên nền giấy. Kể từ khi các bóng bán dẫn được giới thiệu vào những năm 1950, nhu cầu về mạch in đã tăng vọt. Sự phát triển nhanh chóng và ứng dụng rộng rãi của mạch tích hợp đã dẫn đến việc tạo ra các thiết bị điện tử nhỏ hơn với mật độ mạch và độ phức tạp ngày càng tăng, đòi hỏi sự đổi mới liên tục trong lĩnh vực mạch in. Hiện nay, các loại PCB đã phát triển từ mạch một mặt sang mạch hai mặt, mạch nhiều lớp và mạch mềm. Cấu trúc và chất lượng của chúng đã được nâng cao lên mật độ cực cao, thu nhỏ và độ tin cậy cao. Các phương pháp thiết kế, vật liệu và quy trình sản xuất mới liên tục xuất hiện. Trong những năm gần đây, nhiều phần mềm thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD) dành cho PCB đã được sử dụng rộng rãi trong ngành, và sản xuất cơ giới hóa và tự động hóa đã hoàn toàn thay thế các quy trình thủ công trong các nhà sản xuất PCB chuyên dụng.
Phân loại theo số lượng lớp
Dựa trên số lớp mạch, PCB có thể được phân loại thành bảng mạch một mặt , bảng mạch hai mặt và bảng mạch nhiều lớp. Bảng mạch nhiều lớp thông thường thường có bốn hoặc sáu lớp, trong khi các bảng mạch phức tạp hơn có thể có hàng chục lớp. Ba loại phân loại PCB chính là:
Bảng một mặt
Bo mạch một mặt (Single-Sided Boards) có các linh kiện tập trung ở một mặt và các đường dẫn điện ở mặt đối diện (hoặc cả đường dẫn và linh kiện gắn trên bề mặt ở một mặt, với linh kiện xuyên lỗ ở mặt còn lại). Vì các đường dẫn chỉ xuất hiện ở một mặt, loại PCB này được gọi là bo mạch một mặt. Do những hạn chế nghiêm ngặt trong thiết kế mạch (các đường dẫn không được giao nhau và phải đi theo các đường riêng biệt), bo mạch một mặt thường chỉ được sử dụng trong các thiết kế mạch ban đầu.
Bảng hai mặt
Bo mạch hai mặt (Double-Sided Boards) có hệ thống dây dẫn ở cả hai mặt, đòi hỏi các kết nối điện thích hợp giữa hai mặt. Các kết nối này, được gọi là vias, là những lỗ nhỏ được lấp đầy hoặc phủ kim loại cho phép các đường dẫn từ cả hai mặt kết nối với nhau. Bo mạch hai mặt, có diện tích bề mặt gấp đôi so với bo mạch một mặt, giải quyết được vấn đề xen kẽ của thiết kế bo mạch một mặt (cho phép thực hiện các kết nối thông qua vias). Chúng phù hợp hơn cho các mạch phức tạp hơn so với các mạch thường được xử lý bởi bo mạch một mặt.
Ván mềm, Ván cứng-mềm
Bo mạch nhiều lớp (Multi-Layer Boards) làm tăng diện tích đi dây bằng cách sử dụng nhiều bo mạch một mặt hoặc hai mặt. Ví dụ, một PCB bốn lớp có thể bao gồm một bo mạch hai mặt làm lớp trong cùng, được bao quanh bởi hai bo mạch một mặt làm lớp ngoài, hoặc hai bo mạch hai mặt làm lớp trong cùng với hai bo mạch một mặt làm lớp ngoài. Các bo mạch in này được xen kẽ với các vật liệu kết dính cách điện và được kết nối với nhau theo yêu cầu thiết kế. Số lớp không nhất thiết chỉ ra số lớp dây dẫn độc lập; trong trường hợp đặc biệt, các lớp trống có thể được thêm vào để kiểm soát độ dày của bo mạch, với số lớp thường là số chẵn và bao gồm hai lớp ngoài cùng. Hầu hết các bo mạch chủ bao gồm từ 4 đến 8 lớp, mặc dù về mặt kỹ thuật, PCB có thể có gần 100 lớp. Các siêu máy tính cao cấp thường sử dụng bo mạch chủ nhiều lớp, nhưng vì các cụm máy tính tiêu chuẩn hiện nay có thể thay thế các hệ thống như vậy, nên các bo mạch siêu nhiều lớp đang trở nên ít phổ biến hơn. Mỗi lớp trong PCB được tích hợp chặt chẽ, khiến việc phân biệt số lớp thực tế trở nên khó khăn, mặc dù quan sát kỹ bo mạch chủ có thể tiết lộ thông tin này.
Ván mềm, Ván cứng-mềm
Bo mạch linh hoạt, bo mạch cứng-linh hoạt được phân loại thành bo mạch cứng và bo mạch mềm. Nhìn chung, PCB hiển thị trong hình ảnh đầu tiên được gọi là PCB cứng, trong khi các kết nối màu vàng trong hình ảnh thứ hai được gọi là PCB mềm. Sự khác biệt trực quan là PCB mềm có thể uốn cong. Độ dày phổ biến cho PCB cứng bao gồm 0.2 mm, 0.4 mm, 0.6 mm, 0.8 mm, 1.0 mm, 1.2 mm, 1.6 mm và 2.0 mm. Độ dày phổ biến cho PCB mềm là 0.2 mm, với các lớp dày hơn được thêm vào mặt sau để hàn các thành phần, có thể dao động từ 0.2 mm đến 0.4 mm. Hiểu các chi tiết này cung cấp cho các kỹ sư kết cấu một tham chiếu không gian trong quá trình thiết kế. Các vật liệu phổ biến cho PCB cứng bao gồm giấy nhiều lớp phenolic, giấy nhiều lớp epoxy, sợi thủy tinh nhiều lớp polyester và sợi thủy tinh nhiều lớp epoxy; các vật liệu phổ biến cho PCB mềm bao gồm màng polyester, màng polyimide và màng etylen propylen fluorinated.
