PCB là gì?
PCB (Printed Circuit Board) hay bo mạch in là tấm nền cách điện có các đường dẫn điện (trace) bằng đồng được in/ăn mòn theo sơ đồ mạch, thay thế cho việc đấu nối bằng dây. PCB đồng thời là giá đỡ cơ học cho linh kiện và là phương tiện kết nối điện giữa chúng. Gần như mọi thiết bị điện tử từ điều khiển từ xa đến máy bay chiến đấu đều dùng PCB.
Cấu tạo các lớp PCB
| Lớp | Vật liệu | Chức năng |
|---|---|---|
| Lõi (Core/Prepreg) | FR4 (epoxy + sợi thủy tinh) | Cách điện, cơ học |
| Lớp đồng (Copper) | Đồng 1 oz (35 µm) hoặc 2 oz (70 µm) | Dẫn điện, trace, pad, via |
| Solder Mask | Epoxy cảm quang (xanh lá phổ biến) | Bảo vệ đồng, ngăn cầu chì thiếc |
| Silk Screen | Mực in trắng/đen/vàng | Ký hiệu linh kiện, chú thích |
| Bề mặt hoàn thiện | HASL, ENIG, OSP, ENEPIG | Chống oxy hóa pad, tăng khả năng hàn |
FR4 — vật liệu nền phổ biến nhất
FR4 (Flame Retardant 4) là tiêu chuẩn IPC-4101 cho vật liệu PCB thông dụng: nhựa epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh dệt. Thông số quan trọng:
- T_g (Glass Transition Temperature): 130 °C (standard) hoặc 170 °C (high-Tg). Dưới T_g PCB cứng; trên T_g mềm dẻo. Quan trọng khi làm nhiệt trong reflow soldering (đỉnh 245 °C) và môi trường nhiệt cao.
- Hằng số điện môi Dk: ~4,5 ở 1 MHz. Quan trọng trong thiết kế RF/tốc độ cao (impedance trace).
- Loss tangent: ~0,02 — ảnh hưởng suy hao tín hiệu cao tần.
- Độ bền điện môi: 20–40 MV/m.
Phân loại theo số lớp
| Loại | Số lớp đồng | Ứng dụng điển hình | Giá tương đối |
|---|---|---|---|
| Single-sided | 1 | Remote control, đồ chơi, nguồn đơn giản | 1× |
| Double-sided | 2 | Arduino shield, module nguồn, điều khiển motor | 1,5× |
| 4-layer | 4 | Raspberry Pi, STM32 boards, WiFi module | 3× |
| 6-layer | 6 | PC motherboard thấp cấp, switch mạng | 5× |
| 8+ layer | 8–16 | Server, laptop, GPU | 8–15× |
| HDI | 4–12 | Smartphone, wearable — via laser, mật độ cao | 10–20× |
SMD vs Through-hole
SMD (Surface Mount Device): linh kiện hàn trực tiếp lên bề mặt pad, không có chân xuyên lỗ. Nhỏ gọn, phù hợp lắp ráp tự động (pick-and-place + reflow oven). Linh kiện từ 0402 (1 mm × 0,5 mm) đến TQFP, BGA.
Through-hole: chân linh kiện xuyên qua lỗ PCB, hàn tay hoặc wave solder. Chắc chắn hơn về cơ học (tốt cho connector, relay, capacitor điện phân lớn), dễ sửa chữa tay. Phổ biến trong prototyping và thiết bị công nghiệp yêu cầu độ bền.