Máy in mạch điện tử

27/08/23

Máy in mạch điện tử là gì?

Hiện tại máy in mạch điện tử được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp. Khái niệm PCB là gì? Bảng mạch in (printed circuit board – PCB) là một tổ hợp điện tử sử dụng dây dẫn bằng đồng để tạo kết nối điện giữa các bộ phận. Bảng mạch in cung cấp hỗ trợ cơ học cho các linh kiện điện tử để thiết bị có thể được gắn vào vỏ. Thiết kế bảng mạch in phải bao gồm một bộ các bước cụ thể phù hợp với quy trình sản xuất, đóng gói mạch tích hợp và cấu trúc của bảng mạch trần. CNC VINA chuyên cung cấp các máy gia công chuyên dụng, máy cắt bản mạch và các giải pháp hiệu quả cho các nhà máy sản xuất linh kiện điện tử.

Máy in mạch điện tử

Máy in mạch điện tử là thiết bị sử dụng mực dẫn điện và mực điện môi để in mạch PCB, một số máy có tích hợp keo hàn. Công nghệ PCB, mặc dù là một bổ sung tương đối mới cho ngành công nghiệp điện tử, nhưng đã đạt được những tiến bộ nhanh chóng trong những năm gần đây.

Các loại bản mạch điện tử PCBs

Mạch điện tử PCB

Mạch điện tử là một tổ hợp điện tử sử dụng dây dẫn bằng đồng để tạo kết nối điện giữa các thành phần. Bảng mạch in cung cấp hỗ trợ cơ học cho các linh kiện điện tử để thiết bị có thể được gắn trong vỏ bọc. Máy in mạch điện tử ứng dụng để thiết kế mạch in phải bao gồm một tập hợp các bước cụ thể phù hợp với quy trình sản xuất, cách đóng gói mạch tích hợp và cấu trúc của bảng mạch trần.

Một số mạch điện tử PCBs:

Single-sided: Mạch một mặt

PCB một mặt là loại bảng mạch in phổ biến nhất. Nó có một lớp đồng dẫn điện duy nhất trên mặt. Các thành phần điện được hàn hoặc đặt trên một mặt của bảng và toàn bộ mạch được khắc có thể nhìn thấy ở mặt kia. Máy in mạch điện tử tạo ra mạch một mặt này chỉ có một lớp dẫn điện nên các đường dẫn điện không thể cắt nhau hoặc chồng lên nhau và do đó chiếm nhiều không gian.

Do đó, các PCB này phù hợp với yêu cầu thiết kế mật độ thấp. Bảng mạch in một mặt (PCB) được sử dụng cho các dụng cụ điện/điện tử cơ bản và chi phí thấp chẳng hạn như máy tính, nguồn điện, bảng đèn LED, đài FM, mạch thời gian, v.v.

Ưu điểm của PCB một mặt

Chi phí rẻ
Dễ sản xuất, dễ thiết kế
Thích hợp cho các thiết kế mật độ thấp
Dễ dàng sửa chữa nếu trong trường hợp xảy ra sự cố

Mạch điện tử PCB một mặt

Double-sided

Một lớp vật liệu dẫn điện mỏng, chẳng hạn như đồng, được thêm vào cả mặt trên và mặt dưới của bo mạch trong PCB hai mặt. Các lỗ trên bảng mạch cho phép các bộ phận kim loại được kết nối từ bên này sang bên kia. Các PCB này kết nối các mạch ở hai bên bằng một trong hai phương pháp lắp, công nghệ xuyên lỗ hoặc công nghệ gắn trên bề mặt. Công nghệ xuyên lỗ đòi hỏi phải lắp các thành phần chì vào các lỗ khoan sẵn trên bảng mạch, sau đó các lỗ này được hàn vào các miếng đệm ở các mặt đối diện. Máy in mạch điện tử hai mặt là công nghệ gắn trên bề mặt đòi hỏi phải đặt chính xác các thành phần điện trên bề mặt của bảng mạch.

PCB hai mặt được sử dụng trong nhiều ứng dụng như hệ thống điện thoại di động, giám sát nguồn điện, thiết bị kiểm tra, bộ khuếch đại, ứng dụng HVAC, hệ thống UPS, v.v.

Ưu điểm của PCB hai mặt

Giảm kích thước làm cho mạch nhỏ gọn
Chi phí tương đối thấp hơn
Linh hoạt hơn
Tăng mật độ mạch
Thích hợp cho các hệ thống điện tử tiên tiến

Mạch điện tử PCB hai mặt mặt

Multi-layer PCBs

PCB đa lớp có nhiều hơn hai lớp đồng. Nói chung, bất kỳ mạch nào có ít nhất ba lớp dẫn điện đều được xếp vào danh mục này. Máy in mạch điện tử PCB nhiều lớp được thiết kế mạch theo kiểu ‘sandwich’, với một số lớp dẫn điện hai mặt được chia cho một số lượng bằng nhau các tấm vật liệu cách điện. Tất cả những thứ này phải được liên kết và ghép lại với nhau dưới áp suất và nhiệt độ cao để đảm bảo không tồn tại khe hở không khí và cụm PCB cuối cùng ổn định đúng cách

PCB nhiều lớp được sử dụng trong máy tính, máy tính xách tay, điện thoại di động, máy tính bảng, thiết bị y tế, thiết bị theo dõi GPS và nhiều mạch và thiết bị phức tạp khác.

Ưu điểm của PCB nhiều lớp

Kích thước nhỏ gọn
Mạnh mẽ hơn
Mức độ linh hoạt thiết kế cao
Thích hợp cho các mạch tốc độ cao

Mạch điện tử PCB nhiều lớp

Rigid PCBs

Đúng như tên gọi, PCB cứng là một bản mạch không thể xoắn hoặc gập lại. Vật liệu cơ bản của mạch là một chất nền cứng, mang lại độ cứng và độ bền cho bảng. Chúng bao gồm nhiều lớp bao gồm lớp đế, lớp đồng, lớp mặt nạ hàn và lớp màn hình lụa được kết dính với nhau bằng chất kết dính và nhiệt. Mặc dù một số bảng mạch là một mặt, hai mặt hoặc nhiều lớp, nhưng PCB cứng có thể là bất kỳ loại nào trong số này tùy theo nhu cầu. Tuy nhiên, một khi được thực hiện, chúng không thể được sửa đổi hoặc thay đổi.

PCB cứng nhắc được sử dụng trong thiết bị GPS, máy tính, máy tính xách tay, máy tính bảng, điện thoại di động, tia X, màn hình tim, quét CAT, hệ thống MRI, cảm biến nhiệt độ, thiết bị tháp điều khiển, v.v.

Ưu điểm của PCB cứng

Hiệu quả về chi phí
Dễ chẩn đoán và sửa chữa
Tiếng ồn điện tử thấp
Khả năng hấp thụ rung động
Gọn, nhẹ

Cấu tạo mạch điện tử PCB cứng

Rigid-flex PCBs

Rigid-Flex PCB là một bảng mạch lai kết hợp các yếu tố từ cả bản mạch mềm và cứng, dẫn đến một mạch có thể gập lại hoặc uốn cong liên tục và thường được tạo hình thành hình dạng uốn cong hoặc đường cong trong quá trình sản xuất. Phần linh hoạt của mạch thường được sử dụng cho các kết nối giữa các bảng cứng, cho phép các dây dẫn hẹp hơn chiếm ít chỗ hơn, dẫn đến các bảng nhỏ hơn.

Sử dụng PCB linh hoạt cho kết nối liên kết thường loại bỏ nhu cầu về đầu nối cồng kềnh và cồng kềnh, làm cho các bảng mạch in flex cứng nhẹ hơn nhiều. Các thiết kế Rigid-Flex PCB phức tạp hơn một chút vì các mạch này được xây dựng ở dạng 3D, cho phép gấp hoặc xoắn bảng để tạo ra hình dạng mong muốn cho sản phẩm.

Thiết kế bảng ở dạng 3D cho phép đạt được hiệu suất không gian cao hơn, sau đó có thể được sử dụng trong các trường hợp đặc biệt cần giảm không gian và trọng lượng, chẳng hạn như trong các thiết bị y tế. Các mạch rigid-flex có thể được thiết kế theo cách nhỏ gọn và bản chất nhẹ của chúng khiến chúng trở thành một lựa chọn tuyệt vời cho nhiều ứng dụng trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, y tế và điện tử tiêu dùng.

Ưu điểm của Rigid-Flex PCBs

Khả năng uốn cong 360 độ
Giảm yêu cầu không gian thông qua khả năng 3D
Chống sốc
Tăng độ tin cậy
Trọng lượng nhẹ
Ít mối hàn hơn đảm bảo độ tin cậy kết nối cao hơn
Quy trình lắp ráp PCB đơn giản hóa

Mạch điện tử PCB cứng – dẻo

Flex PCBs

Một bản mạch linh hoạt được tạo thành từ nhiều mạch và các thành phần được sắp xếp trên một đế linh hoạt. PCB linh hoạt thường được làm từ polyamit, PEEK (Polyether ether ketone) hoặc màng polyester dẫn điện trong suốt. Bảng mạch flex, PCB flex, mạch flex và mạch in đa năng là tên gọi khác của các bảng mạch này. Các bảng mạch in này được chế tạo bằng cách sử dụng các thành phần giống như bảng mạch in cứng.

Sự khác biệt chính là bảng được thiết kế để uốn cong theo hình thức mong muốn trong suốt ứng dụng. Các PCB này có sẵn ở cấu hình một mặt, hai mặt và nhiều lớp. Điều này góp phần làm giảm sự phức tạp của việc lắp ráp đơn vị. Flex PCB được sử dụng trong chế tạo đi-ốt phát quang hữu cơ (OLED), chế tạo màn hình LCD, pin mặt trời uốn cong, công nghiệp ô tô, điện thoại di động, máy ảnh và các sản phẩm điện tử phức tạp như máy tính xách tay.

Ưu điểm của Flex PCB

Tiết kiệm không gian
Loại bỏ các đầu nối
Không bị ảnh hưởng bỏi nhiệt độ
Tăng độ tin cậy và độ lặp lại
Cung cấp các đặc tính điện đồng nhất cho mạch tốc độ cao
Thích hợp cho các ứng dụng cần mật độ theo dõi tín hiệu cao

Mạch điện tử PCB linh hoạt

Metal-core PCBs

Bản mạch lõi kim loại PCB còn được gọi là PCB nhiệt, kết hợp vật liệu kim lọa làm đế để tản nhiệt của bản mạch. Nhiệt tích tụ do một số linh kiện nóng nhanh trong quá trình hoạt động. Mục đích của kim loại là chuyển nhiệt ra khỏi các thành phần quan trọng của mạch và hướng tới các khu vực ít quan trọng hơn như sau mặt tản nhiệt.

Do đó máy in mạch tạo ra mạch PCB này phù hợp làm việc trong cách trường hợp môi trường và nhiệt sinh ra do linh kiện điện tử. Đối với mạch lõi kim loại nhiều lớp thì lõi sẽ được phân bố đều giữa 2 mặt. Ví dụ mạch có 12 lớp thì lõi kim loại sẽ ở giữa 6 lớp trên và 6 lớp dưới. Mạch lõi kin loại được tạo thành từ các lớp cách nhiệt, tấm kim loại và lá đồng.

Ưu điểm Metal-Core PCBs

Độ dẫn điện của vật liệu càng cao thì truyền nhiệt càng nhanh
Dễ kiểm soát nhiệt ra khỏi mạch
Đế kim loại dẫn điện tốt hơn và bền hơn các đế epoxy
Kim loại không đọc hại và có thể tái chế
Giảm rung động cho mạch

Mạch điện tử PCB lõi kim loại

Ceramic PCBs

PCB gốm là một bảng mạch in với vật liệu cơ bản là gốm, là các vật liệu dẫn nhiệt cao như alumina, nhôm nitride, cũng như oxit berili, có thể tạo ra tác dụng nhanh chóng trong việc truyền nhiệt ra khỏi các điểm nóng và tản nhiệt. nó trên toàn bộ bề mặt. Hơn nữa, Máy in mạch điện tử tạo ra PCB gốm được chế tạo bằng công nghệ LAM, đây là công nghệ kim loại hóa kích hoạt nhanh bằng laser. Vì vậy, PCB gốm rất linh hoạt có thể thay thế toàn bộ bảng mạch in truyền thống với cấu trúc ít phức tạp hơn với hiệu suất được nâng cao.

Ưu điểm Ceramic PCBs

Tản nhiệt tốt
Dễ kiểm soát nhiệt ra khỏi mạch
Chống xói mòn hóa học
Dễ dàng chế tạo và sửa chữa

Mạch điện tử PCB gốm

Cấu trúc và ứng dụng của máy in mạch điện tử PCBs

Máy in mạch điện tử tạo ra các mạch PCBs khác nhau tùy thuộc vào mỗi ứng dụng. Nhiều đặc tính hiệu suất quan trọng của PCB được xác định trong ngăn xếp hoặc sắp xếp các lớp trong PCB. Xếp chồng lớp được xây dựng với các lớp vật liệu dẫn điện và cách điện xen kẽ, đồng thời với các lớp lõi và lớp chuẩn bị xen kẽ (hai loại chất điện môi được sử dụng trong xếp chồng lớp).

Các đặc tính điện môi và cơ học của lõi và chuẩn bị trước sẽ xác định độ tin cậy và tính toàn vẹn của tín hiệu/nguồn trong thiết kế và chúng phải được lựa chọn cẩn thận khi thiết kế cho các ứng dụng có độ tin cậy cao. Ví dụ: các ứng dụng quân sự và y tế cần thiết kế có độ tin cậy cao có thể được triển khai trong môi trường khắc nghiệt và PCB cho hệ thống viễn thông có thể yêu cầu lớp phủ PTFE tổn thất thấp trong một gói nhỏ.

Cấu tạo PCB

Một ví dụ về xếp chồng PCB, ngăn xếp triển khai cấu trúc 4 lớp với hai lớp mặt phẳng bên trong (L02_GND cho nối đất và L03_PWR cho nguồn điện). Kiểu xếp chồng này phù hợp với các thiết bị IoT, hệ thống nhúng nhẹ và nhiều thiết kế khác sử dụng giao thức tốc độ cao. Sự sắp xếp mặt phẳng bên trong giúp đảm bảo tính toàn vẹn của nguồn đồng thời cung cấp một số lớp chắn chống EMI bên ngoài. Các lớp mặt phẳng bên trong cũng cung cấp một tham chiếu nhất quán cho các tín hiệu trở kháng được kiểm soát. Kiểu xếp chồng này là điển hình cho nhiều thiết kế và thường là điểm khởi đầu cho nhiều bảng mạch in hiện đại.

1: Chất nền sợi thủy tinh

2: Đường dẫn

3: Lỗ xuyên mạ kim loại

4: Chân đường dẫn

5: Mặt nạ hàn

6: Đường dẫn đồng trên

7: Đường dẫn đồng dưới

8: Chữ khắc kĩ hiệu

Ưu điểm của PCBs so với dây điện thông thường

Trong PCB, tất cả các linh kiện được kết nối không dây và được nối bên trong, do đó nó sẽ làm giảm độ phức tạp của thiết kế mạch tổng thể. PCB được sử dụng để cung cấp điện và kết nối giữa các linh kiện. Máy in mạch điện tử PCB có thể tùy chỉnh bất kỳ thông số kỹ thuật nào theo yêu cầu của người dùng. Sau đây là một vài ưu điểm của PBCs so với dây điện thông thường:

Bảng mạch in có kích thước nhỏ gọn. Vì vậy, điều này là rất dễ dàng cho giao thông vận tải.

Có rất ít khả năng các thành phần được kết nối bị ngắt kết nối trong PCB so với trong hệ thống dây điện thông thường.

Thiết kế PCB và chế tạo PCB mất ít thời gian hơn so với kết nối dây.

Các thành phần điện tử được cố định trong PCB thông qua hàn. Vì vậy, thật dễ dàng để đơn giản hóa các thành phần trên PCBA.

Cần ít dây hơn cho thiết kế PCB.

PCB mang lại sự linh hoạt tốt để đặt các thành phần cần thiết và cố định chúng tại các vị trí cụ thể.

Bo mạch này rất kinh tế so với PCBA do ít yêu cầu về dây và linh kiện PCB hơn.

Nó tạo ra ít tiếng ồn điện tử hơn.

Việc khắc phục sự cố, kiểm tra và thay thế các thành phần hoặc kết nối bị lỗi trên PCB rất dễ dàng so với đi dây thông thường.

Trong điều kiện ngắn mạch hoặc lỗi, có thể dễ dàng kiểm tra các thành phần lỗi trên PCB thông qua đồng hồ vạn năng.