PCB (Bảng mạch in) là một thành phần điện tử quan trọng đóng vai trò là cấu trúc hỗ trợ cho các thành phần điện tử và là vật mang cho các kết nối điện. Nó được gọi là bảng mạch “in” vì nó được sản xuất bằng kỹ thuật in điện tử. PCB là một trong những thành phần thiết yếu trong ngành công nghiệp điện tử. Hầu như mọi thiết bị điện tử, từ các vật dụng nhỏ như đồng hồ kỹ thuật số và máy tính 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 bằng điện.
Bảng mạch in bao gồm một lớp nền cách điện, dây kết nối và miếng đệm để lắp ráp và hàn các linh kiện điện tử, vừa đóng vai trò là đường dẫn điện vừa là đế cách điện. Nó có thể thay thế hệ thống dây điện phức tạp để đạt được 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 nối 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 và độ tin cậy của thiết bị điện tử. Chúng cung cấp tính nhất quán tốt cho sản phẩm và có thể được chuẩn hóa trong thiết kế, tạo điều kiện cho cơ giới hóa và tự động hóa trong sản xuất. Hơn nữa, một bảng mạch in được lắp ráp và thử nghiệm hoàn chỉnh có thể đóng vai trò là một phụ tùng độc lập, giúp thay thế và bảo trì các sản phẩm hoàn chỉnh dễ dàng hơn.
Bảng mạch in ban đầu được làm từ các tấm đồng phủ giấy. Kể từ khi bóng bán dẫn ra đời vào những năm 1950, nhu cầu về bảng mạch in đã tăng vọt. Sự phát triển nhanh chóng và ứng dụng rộng rãi của mạch tích hợp đã dẫn đến các thiết bị điện tử nhỏ hơn với mật độ và độ phức tạp của mạch ngày càng tăng, đòi hỏi phải liên tục đổi mới trong bảng mạch in. Hiện nay, các loại PCB đã phát triển từ bảng một mặt thành bảng hai mặt, bảng nhiều lớp và bảng linh hoạt. Cấu trúc và chất lượng của chúng đã tiến triển đến 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 loại máy tính hỗ trợ phần mềm thiết kế (CAD) cho PCB đã được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp và sản xuất cơ giới hóa và tự động đã thay thế hoàn toàn các quy trình thủ công tại các nhà sản xuất PCB chuyên dụng.
Phân loại theo số lượng lớp
Theo số lớp mạch, PCB có thể được phân loại thành bảng mạch một mặt, bảng hai mặt, và bảng mạch nhiều lớp. Các 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
Bảng mạch một mặt (Single-Sided Boards) có các thành phần tập trung ở một mặt và các đường dẫn điện ở mặt đối diện (hoặc cả đường dẫn điện và các thành phần gắn trên bề mặt ở một mặt, với các thành phần xuyên lỗ ở mặt kia). Vì các đường dẫn điện chỉ xuất hiện ở một mặt, nên loại PCB này được gọi là một mặt. Do những hạn chế nghiêm ngặt về thiết kế mạch (các đường dẫn không thể giao nhau và phải đi theo các đường riêng biệt), bảng mạch một mặt thường chỉ được sử dụng trong các thiết kế mạch điện ban đầu.
Bảng hai mặt
Bo mạch hai mặt (Double-Sided Boards) có hệ thống dây điện ở cả hai mặt, đòi hỏi phải có kết nối điện thích hợp giữa hai mặt. Các kết nối này, được gọi là vias, là các lỗ nhỏ được lấp đầy hoặc phủ kim loại cho phép các dấu vết từ cả hai mặt kết nối. Bo mạch hai mặt, có diện tích bề mặt gấp đôi so với bo mạch một mặt, giải quyết các vấn đề đan xen của thiết kế một mặt (cho phép kết nối được thực hiện thông qua các lỗ thông). Chúng phù hợp hơn với các mạch phức tạp hơn so với các mạch thường được xử lý bằng bảng một mặt.
Ván mềm, Ván cứng-mềm
Bo mạch nhiều lớp (Bo mạch nhiều lớp) tăng diện tích đi dây có sẵn bằng cách sử dụng nhiều bo mạch một mặt hoặc hai mặt. Ví dụ, PCB bốn lớp có thể bao gồm một bo mạch hai mặt làm lớp bên trong, được bao quanh bởi hai bo mạch một mặt làm lớp ngoài hoặc hai bo mạch hai mặt làm lớp bên trong với hai bo mạch một mặt làm lớp ngoài. Các bo mạch in này được xen kẽ với 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 đi dây độc lập; trong những trường hợp đặc biệt, có thể thêm các lớp trống để kiểm soát độ dày của bo mạch, với số lớp thường là đều và bao gồm hai lớp ngoài cùng. Hầu hết các bo mạch chủ bao gồm 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 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 cẩn thận 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.
