Bare PCB là gì

Bảng mạch in hay bo mạch in [tiếng Anh: printed circuit board - PCB] [note 1], đôi khi gọi tắt là mạch in, là bảng mạch điện dùng phương pháp in để tạo hình các đường mạch dẫn điện và điểm nối linh kiện trên tấm nền cách điện [1].

Từ cỡ năm 1975, thời kỳ khởi đầu của thiết kế và sản xuất hỗ trợ bằng máy tính [CAD-CAM], thiết kế bảng mạch in thực hiện trên máy tính nhưng tách rời với thiết kế sơ đồ mạch điện. Lúc các máy tính cá nhân ra đời thì xuất hiện các trình hỗ trợ vẽ bảng mạch, làm việc trong môi trường PC-DOS. Trình có thư viện biên tập được, chứa kích cỡ và sắp xếp chân của các linh kiện nhiều chân cơ bản, tuy nhiên người dùng phải nắm chắc sơ đồ mạch để bố trí vị trí linh kiện và chạy đường mạch hợp lý. Các trình PC-DOS thường quản lý 3 lớp vẽ là mặt linh kiện [component], mặt hàn [solder], và lớp chỉ dẫn [silkscreen]. Kết quả được xuất ra bản ảnh PCX hoặc BMP cho các lớp để đưa lên film hoặc lưới in, và bản lỗ để đưa lên máy khoan bảng mạch theo tọa đô.

Từ năm 1981 "tự động hóa thiết kế điện tử" [EDA, Electronic design automation], còn gọi là "thiết kế điện tử hỗ trợ bằng máy tính" [ECAD, electronic computer-aided design] ra đời, với các phần mềm hỗ trợ thiết kế được phát triển riêng cho mạch điện tử. Ban đầu các phần mềm hoạt động ở các máy tính trạm, và khi Microsoft Windows cho máy tính cá nhân ra đời thì có các phiên bản cho PC. Các công đoạn được tích hợp trong các gói phần mềm, đảm nhận từ thiết kế sơ đồ mạch điện, thiết kế bảng mạch in và sau đó điều khiển gia công bảng mạch, trong đó máy khoan lỗ hoạt động như một plotter đặc chủng [3].

Bên cạnh cách lắp ráp lên một tấm PCB, thì khi cần tiết kiệm không gian người ta lắp các mạch với nhiều bảng PCB nhỏ theo khối tạo thành module, như cordwood module. Các bảng PCB có dạng chữ nhật, tròn, tam giác hay đa giác tùy theo không gian đặt module đó.

Các module này được dùng trong mạch điều khiển ở các thiết bị vũ trụ, tên lửa, máy bay xe cộ, đầu đạn, đầu dò, ống đo đạc trong các ngành khoa học kỹ thuật và y tế,... Nó cũng được áp dụng trong việc chế ra các module có chức năng xác định nhưng hay dùng đến, chuẩn hóa thành thương phẩm, thường gọi là "pack".

Bài chi tiết: Phần mềm thiết kế mạch in

Ngày nay mạch in hiện được thiết kế trên máy tính bằng các phần mềm chuyên dụng thiết kế mạch điện tử, như Orcad, Altium [trước đây là Protel], Fritzing,... Các phần mềm này hỗ trợ thiết kế từ lập sơ đồ mạch nguyên lý đến làm mạch in, trong đó thiết kế mạch in là công đoạn sau cùng. Những bước chính trong thiết kế trên máy tính có [4]:

1. Thiết kế sơ đồ mạch điện thông qua công cụ tự động hóa thiết kế điện tử [EDA, Electronic design automation].
2. Xác định kích thước và hình mẫu bảng PCB và vỏ hộp phù hợp cho hệ mạch.
3. Xác định vị trí các linh kiện có tính đến kích thước và mức tỏa nhiệt của chúng, và các tản nhiệt nếu có.
4. Xác định số lớp PCB tùy theo độ phức tạp của mạch, bố trí mảng đất [Ground], màng đường nguồn [Power] và mảng đường truyền tín hiệu. Để làm giảm tối đa nhiễu điện từ giữa các linh kiện và đường tín hiệu thì các tín hiệu tần cao cần được định tuyến trong các lớp bên trong giữa mảng đất và/hoặc mảng nguồn [5].
5. Xác định trở kháng đường truyền bằng sử dụng độ dày lớp điện môi, chiều dày và chiều rộng vết đồng. Trong trường hợp tín hiệu khác biệt thì cần tính đến tách đường. Các dạng microstrip, stripline hoặc stripline kép có thể được sử dụng để định tuyến các tín hiệu. Các công cụ tự động hóa thiết kế điện tử thường cho phép tự động làm rõ kết nối tín hiệu, kết nối đất và nguồn.
6. Xuất ra các tệp Gerber để điều khiển máy gia công bảng mạch.

Nếu công đoạn lập sơ đồ mạch điện thực hiện đúng với cú pháp yêu cầu, thì người dùng có thể chạy mô phỏng kiểm tra lỗi, cũng như dùng nó cho việc tự động bố trí đường mạch trong bảng mạch in.

Khi thiết kế bảng mạch in thì người thiết kế cần phải hiểu biết về kích thước các đối tượng, bố trí và sắp xếp các linh kiện sao cho phù hợp nhất trên một bảng mạch, đồng thời tránh nhiễu lẫn nhau giữa chúng. Hỗ trợ cho việc thiết kế mạch in là thư viện các linh kiện, gồm các kích cỡ, bố trí chân,... để người dùng gọi ra trong bố trí không gian trên bảng mạch. Thành công của một thiết kế tùy thuộc kinh nghiệm người dùng, và trong nhiều trường hợp phải làm nhiều phiên bản mới đạt được bản như ý.

1. ^ Bo là từ được Việt hóa gần đây từ tiếng Anh board .

1. ^ a b c Clyde F. Coombs. Printed Circuits Handbook. McGrawHill Professional, 2007 ISBN 0-07-146734-3.
2. ^ Milestones:Invention of the First Transistor at Bell Telephone Laboratories, Inc., 1947. IEEE Global History Network. IEEE. Truy cập ngày 7 tháng 12 năm 2016.
3. ^ About the EDA Industry. Electronic Design Automation Consortium. Bản gốc lưu trữ ngày 14 tháng 5 năm 2017. Truy cập ngày 9 tháng 4 năm 2017.
4. ^ Printed Circuit Board Design Flow Methodology. Berkeley.
5. ^ See appendix D of IPC-2251
6. ^ Paul Rako. Altium CircuitStudio review: The glory. EDN Network, 30/03/2017. Truy cập 01/04/2017.

• A collection of board & module construction techniques [Italian, 2 pp.]
• PCB Fabrication Data - A Guide
• The Gerber Format Specification