Công nghệ PCB - Kiến thức cơ bản về thiết kế PCB cho người mới

Kiến thức cơ bản về thiết kế bảng mạch in (PCB) sẽ xuất hiện trong hầu hết mọi thiết bị điện tử. Nếu có các thành phần điện tử trong một thiết bị nhất định, tất cả chúng đều được gắn trên PCB có kích thước khác nhau. Ngoài việc cố định các linh kiện khác nhau, chức năng chính của PCB là cung cấp kết nối điện giữa các phần trên. Khi các thiết bị điện tử trở nên phức tạp hơn và cần nhiều bộ phận hơn, mạch và các bộ phận trên PCB ngày càng dày đặc hơn.

Kiến thức cơ bản về thiết kế PCB cho người mới

Các tấm trần (không có bộ phận nào ở trên) cũng thường được gọi là "Printed Line Board (PWB)". Bản thân chất nền của tấm được làm từ vật liệu cách nhiệt và cách nhiệt và không dễ uốn cong. Vật liệu mạch nhỏ có thể nhìn thấy trên bề mặt là lá đồng. Lá đồng ban đầu được bao phủ trên toàn bộ bảng, nhưng trong quá trình sản xuất, một phần đã được khắc và phần còn lại trở thành một mạng lưới các dòng nhỏ.

Các dây này, được gọi là mô hình dây dẫn hoặc dây dẫn, được sử dụng để cung cấp kết nối mạch cho các thành phần trên PCB. Để cố định các bộ phận trên PCB, chúng tôi hàn chân của nó trực tiếp vào dây. Trên PCB cơ bản nhất (veneer), các bộ phận được tập trung ở một bên và dây được tập trung ở phía bên kia. Trong trường hợp này, chúng ta cần phải mở lỗ trên tấm để chân có thể đi qua tấm để đến phía bên kia, để chân của bộ phận có thể được hàn sang phía bên kia. Do đó, mặt trước và mặt sau của PCB được gọi là mặt linh kiện và mặt hàn tương ứng.

Nếu có một số bộ phận trên PCB cần được loại bỏ hoặc cài đặt lại sau khi sản xuất hoàn tất, ổ cắm (socket) sẽ được sử dụng khi lắp đặt bộ phận. Bởi vì ổ cắm được hàn trực tiếp trên tấm, các bộ phận có thể được tháo dỡ và lắp ráp theo ý muốn. Dưới đây là ổ cắm ZIF (Zero Plug Force), cho phép các bộ phận (ở đây đề cập đến CPU) dễ dàng cắm vào ổ cắm hoặc lấy ra. Sau khi chèn một phần, thanh cố định bên cạnh ổ cắm có thể được cố định.

Nếu bạn muốn kết nối hai miếng PCB với nhau, chúng tôi thường sử dụng một đầu nối cạnh thường được gọi là "ngón tay vàng". Có rất nhiều miếng đệm đồng trần trên ngón tay vàng, thực sự là một phần của hệ thống dây điện PCB. Thông thường, trong khi kết nối,chúng tôi chèn ngón tay vàng trên một PCB vào khe thích hợp (thường được gọi là khe mở rộng) của một PCB khác.

Trong máy tính, card đồ họa, card âm thanh hoặc các giao diện tương tự khác được kết nối với bo mạch chủ bằng ngón tay vàng. Màu xanh lá cây hoặc nâu trên PCB là màu của mặt nạ hàn. Lớp này là lớp bảo vệ cách nhiệt, có thể bảo vệ dây đồng và ngăn các bộ phận hàn sai vị trí.

Một lớp lưới thép sẽ được in trên mặt nạ hàn. Thông thường, văn bản và biểu tượng (chủ yếu là màu trắng) được in trên đó để đánh dấu vị trí của từng phần trên bảng. Bề mặt in lụa còn được gọi là bề mặt huyền thoại.

Single Panel Chúng tôi vừa đề cập rằng trên PCB cơ bản nhất, các bộ phận được tập trung ở một bên và dây được tập trung ở phía bên kia. Bởi vì dây chỉ xuất hiện ở một bên, chúng tôi gọi loại PCB này là một mặt (một mặt). Bởi vì một bảng duy nhất có nhiều hạn chế nghiêm ngặt đối với thiết kế của mạch (vì chỉ có một bên, dây không thể vượt qua và phải đi xung quanh một con đường riêng biệt), chỉ có các mạch trước đó sử dụng loại bảng này. Bảng điều khiển kép Loại bảng này có dây ở cả hai bên. Tuy nhiên, để sử dụng dây ở cả hai bên, phải có kết nối mạch thích hợp giữa hai bên. Các "cây cầu" giữa các mạch như vậy được gọi là overhole.

Overhole là các lỗ nhỏ trên PCB chứa đầy hoặc phủ kim loại và có thể được kết nối với dây ở cả hai bên. Bởi vì bảng điều khiển kép có diện tích gấp đôi bảng điều khiển đơn và hệ thống dây có thể được xen kẽ (có thể được quấn quanh phía bên kia), nó phù hợp hơn cho các mạch phức tạp hơn bảng điều khiển đơn.

Bảng nhiều lớp Để tăng diện tích có thể được định tuyến, bảng nhiều lớp sử dụng nhiều hơn một hoặc hai mặt bảng vải. Các tấm nhiều lớp sử dụng một số tấm đôi với một lớp cách điện được đặt giữa mỗi tấm và sau đó được dán (Press Mount). Số lượng các lớp của tấm có nghĩa là có một số lớp dây độc lập. Thông thường số tầng là số chẵn và chứa hai tầng ngoài cùng. Hầu hết các bo mạch chủ có cấu trúc 4 đến 8 lớp, nhưng về mặt kỹ thuật có thể đạt được gần 100 lớp PCB. Hầu hết các siêu máy tính lớn sử dụng bo mạch chủ khá nhiều lớp, nhưng vì các loại máy tính này đã có thể được thay thế bằng các cụm của nhiều máy tính thông thường, bo mạch chủ siêu nhiều lớp đã dần ngừng hoạt động. Bởi vì các lớp trong PCB được tích hợp chặt chẽ, thường không dễ dàng để nhìn thấy con số thực tế, nhưng nếu bạn nhìn kỹ vào bo mạch chủ, bạn có thể thấy nó.

Quá lỗ mà chúng tôi vừa đề cập, nếu áp dụng cho bảng điều khiển kép, nó phải xuyên qua toàn bộ bảng. Tuy nhiên, trong bảng nhiều lớp, nếu chỉ muốn kết nối một số dòng, quá lỗ có thể lãng phí một số không gian dòng trong các lớp khác. Các kỹ thuật chôn quá mức và mù có thể tránh được vấn đề này vì chúng chỉ xuyên qua một vài lớp. Các lỗ mù được sử dụng để kết nối một số lớp PCB bên trong với PCB bề mặt mà không cần phải thâm nhập vào toàn bộ bảng. Các lỗ chôn chỉ được kết nối với PCB bên trong, vì vậy chúng không thể nhìn thấy từ bề mặt. Trong PCB nhiều lớp, toàn bộ lớp được kết nối trực tiếp với dây mặt đất và nguồn điện. Vì vậy, chúng tôi chia mỗi lớp thành một lớp tín hiệu, một lớp năng lượng hoặc một lớp liên kết.

Công nghệ gắn bề mặt (Surface Mount Technology) Các bộ phận sử dụng công nghệ gắn bề mặt với các chân được hàn trên cùng một bề mặt như các bộ phận. Kỹ thuật này không yêu cầu hàn mỗi chân, nhưng khoan lỗ trên PCB.

Các bộ phận gắn trên bề mặt thậm chí có thể được hàn ở cả hai bên. SMT cũng nhỏ hơn các bộ phận THT. PCB sử dụng công nghệ SMT có các thành phần dày đặc hơn so với PCB sử dụng các thành phần THT. Các bộ phận đóng gói SMT cũng rẻ hơn THT. Vì vậy, không có gì ngạc nhiên khi hầu hết các PCB ngày nay là SMT. Hàn thủ công là rất khó khăn do các chân rất nhỏ của các mối hàn và các bộ phận. Tuy nhiên, nếu bạn nghĩ rằng các thành phần hiện tại là hoàn toàn tự động, hầu hết các vấn đề sẽ chỉ xảy ra khi các bộ phận được sửa chữa.

Quá trình thiết kế trong thiết kế PCB, trên thực tế, trước khi chính thức đi dây, phải trải qua một quá trình dài. Sau đây là quy trình thiết kế chính: đặc tả hệ thống Trước hết, chúng ta phải lập kế hoạch cho các đặc tả hệ thống khác nhau của thiết bị điện tử. Bao gồm chức năng hệ thống, hạn chế chi phí, quy mô, điều kiện hoạt động và nhiều hơn nữa.

Quy trình sản xuất Quá trình sản xuất PCB bắt đầu với một "chất nền" làm bằng nhựa epoxy thủy tinh (epoxy thủy tinh) hoặc vật liệu tương tự (tạo hình/sản xuất dây). Bước đầu tiên trong quá trình sản xuất là thiết lập hệ thống dây điện giữa các bộ phận. Chúng tôi sử dụng truyền trừ để đại diện cho màng làm việc trên dây dẫn kim loại. Kỹ thuật này là phủ một lớp mỏng của lá đồng trên toàn bộ bề mặt và loại bỏ các lá dư thừa. Chuyển chế độ cộng là một phương pháp khác ít được sử dụng hơn. Đó là một cách để đặt dây đồng chỉ khi cần thiết, nhưng chúng ta sẽ không nói về nó ở đây.

Phương pháp hàn tự động cho các bộ phận SMT được gọi là hàn quá dòng. Hàn dán có chứa thông lượng và hàn được xử lý một lần sau khi các bộ phận được gắn vào PCB và sau đó được xử lý lại sau khi PCB được làm nóng. Sau khi PCB nguội, hàn hoàn tất. Bước tiếp theo là chuẩn bị cho thử nghiệm cuối cùng của PCB. Một cách để tiết kiệm chi phí sản xuất. Để làm cho chi phí PCB càng thấp càng tốt, nhiều yếu tố phải được xem xét.