Mạch in (PCB) là các thành phần quan trọng trong các thiết bị điện tử, đóng vai trò là xương sống để kết nối và hỗ trợ các thành phần điện tử khác nhau. PCB có nhiều loại khác nhau, mỗi loại có đặc điểm và ứng dụng riêng. Dưới đây là phần giới thiệu ngắn gọn về các loại PCB chính.
Giới thiệu về các loại PCB thông dụng
Các mạch in chủ yếu được chia thành Mạch in mềm (FPC), Mạch in (PCB), và Mạch in cứng – mềm (Rigid-Flex PCB).
PCB (Mạch in): Còn được gọi là bảng mạch in dây, chúng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các sản phẩm điện tử.
FPC (Mạch in mềm): FPC được ưa chuộng vì có mật độ dây dẫn cao, trọng lượng nhẹ, độ dày mỏng, và tính linh hoạt tốt. Ví dụ, một trong những sản phẩm hiện tại của chúng tôi sử dụng FPC cho việc nối dây do trọng lượng nhẹ và tính linh hoạt tốt.
Mạch in cứng – mềm (Rigid-Flex PCB): Rigid-Flex PCB kết hợp cả vật liệu bảng mạch cứng và mềm thông qua các quy trình cán. Chúng tích hợp các đặc điểm của FPC và PCB, nhưng quy trình sản xuất phức tạp hơn, dẫn đến tỷ lệ hoàn thành thấp hơn và chu kỳ sản xuất dài hơn.
Các loại PCB khác
Phân loại theo số lớp
Dựa trên số lượng lớp đồng, PCB được phân loại thành bảng mạch một mặt, bảng mạch hai mặt và bảng mạch nhiều lớp.
Bảng mạch một mặt: Các đường dẫn điện chỉ có ở một mặt, hạn chế thiết kế dây dẫn. Chúng được sử dụng trong các mạch đơn giản hoặc khi chi phí là một yếu tố quan trọng.
Bảng mạch hai mặt: Các đường dẫn điện có ở cả hai mặt, cho phép thiết kế dây dẫn phức tạp hơn. Chúng được sử dụng trong các mạch có bố trí đơn giản và các thành phần không quá dày đặc.
Bảng mạch nhiều lớp: Nhiều bảng mạch một mặt hoặc hai mặt được xếp chồng lên nhau với các lớp cách điện giữa chúng. Các bảng mạch nhiều lớp thông dụng có từ 4 đến 8 lớp.
Phân loại theo vật liệu nền
Các vật liệu nền thông dụng bao gồm laminate giấy phenolic, laminate giấy epoxy, laminate sợi thủy tinh polyester, và laminate vải thủy tinh epoxy.
Ngoài ra, bảng mạch phủ đồng có thể được phân thành ba loại: bảng phủ đồng FR-4, bảng phủ đồng kim loại, và bảng phủ đồng tần số cao.
1. FR-4
Laminate phủ đồng FR-4 là một loại bảng phủ đồng thông dụng dựa trên vật liệu sợi thủy tinh và nền epoxy, được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp điện tử. Ưu điểm của nó bao gồm khả năng cách điện tuyệt vời, độ bền cơ học cao, tính chất gia công tốt, và khả năng chống ăn mòn hóa học mạnh, làm cho nó trở thành vật liệu ưa chuộng để sản xuất bảng mạch tiêu chuẩn.
2. Vật liệu nền kim loại
Laminate phủ đồng nền kim loại sử dụng các kim loại như nhôm, đồng, hoặc sắt làm vật liệu nền, với một lớp lá đồng phủ lên. Nó thường được sử dụng trong các thành phần điện tử đòi hỏi khả năng dẫn nhiệt cao và độ bền. Ưu điểm của nó bao gồm khả năng dẫn nhiệt tuyệt vời, độ bền cơ học cao, tính ổn định kích thước tốt, và hiệu suất xuất sắc trong môi trường nhiệt độ cao, phù hợp cho các ứng dụng trong điện tử ô tô, chiếu sáng LED, nguồn điện, và các lĩnh vực khác.
3. Tần số cao
Laminate phủ đồng tần số cao thêm một lớp vật liệu polyme đặc biệt như polyimide trên nền laminate phủ đồng thông thường, được sử dụng cho các mạch truyền dẫn tốc độ cao từ vài trăm megahertz đến tần số siêu cao. Đặc điểm của nó bao gồm hằng số điện môi thấp, tính ổn định tốt, độ bền cơ học cao, và khả năng kiểm soát trở kháng chính xác, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng trong trạm gốc viễn thông, vệ tinh, và các lĩnh vực khác.
4. PTFE:
(Polytetrafluoroethylene):
PTFE có tính cách điện và đặc điểm tần số cao xuất sắc, thường được sử dụng trong các mạch tần số cao và ứng dụng RF.
5. Polyimide:
Polyimide cung cấp độ ổn định nhiệt độ cao và tính linh hoạt xuất sắc, phù hợp cho môi trường nhiệt độ cao và bảng mạch linh hoạt.
6. FR-1, FR-2, FR-3:
Các vật liệu cách điện rẻ tiền thông dụng được sử dụng cho các ứng dụng yêu cầu thấp hơn.
Phân loại theo loại lỗ
Dựa trên loại lỗ, PCB được phân thành lỗ xuyên (through-hole), lỗ mù (blind hole), và lỗ chôn (buried via).
Lỗ xuyên (Through-Hole): Lỗ đi qua toàn bộ bảng từ một lớp ngoài đến lớp ngoài khác.
Lỗ mù (Blind Via): Lỗ bắt đầu từ một bề mặt (lớp ngoài) và kết thúc ở một lớp trong mà không xuyên qua toàn bộ bảng.
Lỗ chôn (Buried Via): Cả hai đầu của lỗ nằm trong các lớp bên trong của bảng, chỉ kết nối các lớp nội bộ.
Phân loại theo sự hiện diện của đồng
PCB được phân loại thành loại lỗ xuyên có mạ đồng (PTH) và lỗ xuyên không có mạ đồng (NPTH) dựa trên sự hiện diện của đồng trong các lỗ.
Lỗ xuyên có mạ đồng (PTH): Trong PTH, các lỗ có mạ đồng bên trong, phục vụ như các đường dẫn dẫn điện. Chúng thường được sử dụng để dẫn các đường mạch trên bảng.
Lỗ xuyên không có mạ đồng (NPTH): NPTH là các lỗ không có mạ đồng bên trong, thường được sử dụng để gắn các thành phần hoặc làm lỗ không dẫn điện trên bảng.
Thực tế, hầu hết các PCB chứa kết hợp các lỗ có và không có mạ đồng trong quá trình sản xuất.
Phân loại theo xử lý bề mặt
Để ngăn chặn sự oxy hóa của đồng, các phương pháp xử lý bề mặt khác nhau được áp dụng, bao gồm:
– Hàn bằng phương pháp mức nóng chảy không khí (HAL)
– Mạ Nickel không điện/Ngâm vàng (ENIG)
– Ngâm thiếc/Hóa chất thiếc
– Ngâm bạc/Hóa chất bạc
– Chất bảo quản khả năng hàn hữu cơ (OSP)
– Mạ vàng/Phủ vàng
– Dầu carbon
– Mặt nạ hàn có thể bóc
– Mạ ngón tay vàng/Kết nối cạnh/Ngón kết nối
Phân loại theo độ dày đồng
Dựa trên độ dày của lá đồng, các bảng phủ đồng có thể được phân thành ba loại: đồng dày, đồng trung bình, và đồng mỏng.
1. Đồng dày:
Bảng đồng dày thường có độ dày lá đồng trên 70μm, đôi khi thậm chí vượt quá 300μm. Chúng chủ yếu được sử dụng trong các thành phần điện tử công suất cao và bảng mạch chuyên dụng.
2. Đồng trung bình:
Bảng đồng trung bình có độ dày lá đồng từ 35μm đến 70μm, làm cho chúng trở thành loại bảng phủ đồng phổ biến nhất. Chúng phù hợp cho sản xuất hầu hết các bảng mạch đa năng và các thành phần điện tử công suất trung bình.
3. Đồng mỏng:
Bảng đồng mỏng có độ dày lá đồng dưới 18μm và thường được sử dụng trong việc chế tạo các bảng mạch in mật độ cao (HDI) và bảng mạch in mềm (FPC). Chúng ngày càng trở nên phổ biến trong ngành công nghiệp điện tử.
Phân loại theo màu sắc
Bảng mạch in (PCB) có nhiều màu sắc khác nhau. Các màu sắc thông dụng của PCB bao gồm xanh lá, đỏ, xanh dương, đen, vàng, và nhiều màu khác. Các bảng mạch màu khác nhau thường được sử dụng cho các ứng dụng và tình huống khác nhau. Ví dụ, bảng mạch màu xanh lá là phổ biến nhất và được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm điện tử, trong khi bảng mạch màu đỏ thường được sử dụng cho truyền dẫn tín hiệu tốc độ cao. Bảng mạch màu xanh dương thường được sử dụng trong các ứng dụng đặc biệt như thiết bị y tế. Ngoài ra, bảng mạch có thể được tùy chỉnh theo các màu khác để đáp ứng các yêu cầu cụ thể.
Bảng PCB có nhiều màu sắc khác nhau chủ yếu được xác định bởi các vật liệu nền và quy trình sản xuất khác nhau. Dưới đây là một số màu PCB thông dụng và lý do sử dụng chúng:
1. PCB màu xanh lá:
Xanh lá là màu thông dụng nhất và kinh tế nhất cho PCB. Điều này là do các quy trình sản xuất nền FR-4 (nhựa epoxy gia cố bằng sợi thủy tinh) truyền thống sử dụng thuốc nhuộm nhạy sáng màu xanh lá để in các mẫu và ký hiệu PCB, tạo thành lớp mặt nạ hàn. Màu xanh lá cung cấp độ tương phản tốt, làm cho các nhãn và đường mạch trên bảng mạch rõ ràng.
2. PCB màu đỏ:
PCB màu đỏ tương đối phổ biến trong các ứng dụng cụ thể như thiết bị truyền thông cao cấp và điện tử quân sự. Chúng thường sử dụng thuốc nhuộm nhạy sáng màu đỏ chịu nhiệt độ cao, cung cấp độ ổn định nhiệt tốt và khả năng chịu thời tiết tốt phù hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao và môi trường khắc nghiệt.
3. PCB màu xanh dương:
PCB màu xanh dương cũng tương đối phổ biến và thường được liên kết với các thương hiệu và sản phẩm cụ thể. Chúng sử dụng thuốc nhuộm nhạy sáng màu xanh dương để tạo thành lớp mặt nạ hàn, cung cấp vẻ ngoài đẹp và khả năng nhận diện tốt.
4. PCB màu đen:
PCB màu đen phổ biến hơn trong các ứng dụng cao cấp như máy tính hiệu suất cao và thiết bị âm thanh. PCB màu đen có thể cung cấp cảm giác chất lượng cao và chuyên nghiệp, và cũng cung cấp hiệu suất tản nhiệt tốt phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu xử lý công suất cao.
5. PCB màu trắng:
PCB màu trắng có vẻ ngoài sạch sẽ và gọn gàng, ngày càng trở nên phổ biến. Tuy nhiên, do xu hướng của PCB màu trắng che giấu các đường mạch, chúng không phải là lựa chọn ưu tiên. Tuy nhiên, PCB màu trắng cung cấp độ tương phản tuyệt vời trong in lụa đen.
Kết luận
Từ những thiết bị đơn giản nhất đến các hệ thống phức tạp nhất, PCB đóng vai trò là khung nền tảng nơi sự đổi mới phát triển. Hiểu biết về các loại PCB đa dạng không chỉ quan trọng đối với các kỹ sư và nhà thiết kế mà còn đối với những người đam mê muốn nắm bắt các sắc thái của kiến trúc điện tử.
