PCB cứng

Mạch in cứng là gì?

PCB Cứng là bảng mạch in được chế tạo bằng các chất nền cách điện cứng như chất nền vải thủy tinh phủ nhựa epoxy FR-4, chất nền giấy phenolic hoặc chất nền gốm làm lõi. Nó có hình dạng cố định, độ cứng cao và không thể uốn cong hoặc gập lại. Hiện tại, đây là loại PCB được sử dụng phổ biến nhất. Các tính chất vật lý của nó ổn định, và không có độ linh hoạt ở nhiệt độ phòng. Nó có thể cung cấp giá đỡ vững chắc cho các linh kiện. Chất nền chủ đạo là FR-4, có đặc tính quy trình trưởng thành và chi phí kiểm soát được. Trong các ứng dụng cao cấp, người ta sử dụng các đế cứng đã được cải tiến bằng gốm hoặc polyimide để đáp ứng yêu cầu về độ dẫn nhiệt cao và tần số cao. Cấu trúc bao gồm các loại bảng mạch một mặt, bảng mạch hai mặt và bảng mạch nhiều lớp, và có thể thực hiện kết nối giữa các lớp thông qua lỗ khoan kim loại hóa. Nó tương thích với các thiết kế mạch phức tạp, có quy trình sản xuất tiêu chuẩn và hỗ trợ các kỹ thuật lắp ráp thông thường với tỷ lệ sản phẩm đạt chất lượng cao.

Các loại bảng mạch cứng có thể được phân loại dựa trên các yếu tố như số lượng lớp cấu trúc, vật liệu đế và đặc điểm ứng dụng. Các phân loại chính như sau:

Phân loại theo số lượng lớp cấu trúc

· Bảng mạch đơn

Chỉ có một mặt với mạch lá đồng dẫn điện và mặt kia là vật liệu nền. Cấu trúc đơn giản và chi phí thấp nhất, phù hợp với các thiết bị công suất thấp có mạch đơn giản (như điều khiển từ xa, mạch đồ chơi bảng mạch, bộ chuyển đổi nguồn).

· Mạch in hai mặt

Cả hai mặt đều có mạch lá đồng, và liên kết giữa các lớp được thực hiện thông qua các lỗ khoan kim loại hóa. Mức độ phức tạp mạch cao hơn so với bảng mạch đơn lớp, nhưng chi phí ở mức trung bình. Được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử tiêu dùng (đế sạc điện thoại di động), cảm biến điều khiển công nghiệp và các ứng dụng khác.

· Bảng mạch nhiều lớp

Bao gồm 3 hoặc nhiều hơn các lớp dẫn điện (thông thường là 4, 6, 8 lớp, và lên đến 40 lớp trong các mẫu cao cấp), các lớp được dán với nhau bằng các lớp cách điện. Các lỗ khoan được chia thành lỗ xuyên, lỗ mù và lỗ chôn, có thể đạt được việc đi dây mật độ cao và phù hợp với các mạch phức tạp (bo mạch chủ máy tính, ECU ô tô, bo mạch điều khiển chính của thiết bị y tế).

Phân loại theo vật liệu nền

· Mạch in FR-4

Vật liệu nền là nhựa epoxy sợi thủy tinh (FR-4), có đặc tính cách điện tốt, chịu nhiệt và độ bền cơ học cao, đồng thời chi phí được kiểm soát. Loại này chiếm hơn 90% thị trường mạch in cứng và phù hợp với các lĩnh vực phổ biến như thiết bị điện tử tiêu dùng, điều khiển công nghiệp và ô tô.

· PCB giấy phenolic (FR-1/FR-2)

Vật liệu nền là nhựa phenolic và sợi giấy, có chi phí thấp nhưng khả năng chịu nhiệt và độ bền cơ học kém, chỉ sử dụng trong các thiết bị cấp thấp (radio cũ, mạch điều khiển thiết bị gia dụng đơn giản).

· Mạch in gốm

Vật liệu nền là gốm nhôm oxit và nhôm nitride, có khả năng dẫn nhiệt tốt, cách điện cao và chịu được nhiệt độ cao. Phù hợp với các ứng dụng công suất lớn và tần số cao (như trạm sạc xe điện năng lượng mới và thiết bị hàng không vũ trụ).

· PCB nền kim loại (nền nhôm/nền đồng)

Vật liệu nền là một tấm kim loại (nhôm/đồng) + lớp cách điện + lá đồng. Hiệu suất tản nhiệt của nó vượt xa so với FR-4 thông thường, và còn được gọi là "mạch in tản nhiệt". Nó được sử dụng trong chiếu sáng LED, bộ khuếch đại công suất bộ khuếch đại, và biến tần điều khiển công nghiệp.

Phân loại theo độ dày đồng/đặc tính hiệu suất

· Mạch in độ dày đồng tiêu chuẩn

Độ dày lá đồng ≤1oz (35μm), phù hợp cho các mạch dòng nhỏ thông thường (thiết bị điện tử tiêu dùng, module công suất thấp).

· Mạch in đồng dày (heavy copper)

Độ dày lá đồng ≥2oz (70μm), có khả năng dẫn dòng lớn và tản nhiệt tốt, được sử dụng trong thiết bị công suất cao (module nguồn, hệ thống điều khiển điện tử phương tiện năng lượng mới).

· Mạch in cao tần

Vật liệu nền là polytetrafluoroethylene (PTFE) và vật liệu Rogers, có hằng số điện môi ổn định và tổn hao tín hiệu thấp. Phù hợp cho truyền thông 5G, radar và thiết bị vô tuyến tần số.

Phân loại theo quy trình xử lý bề mặt

· Mạch in phủ thiếc

Bề mặt được phủ một lớp thiếc, có khả năng hàn tốt và chi phí thấp, phù hợp với thiết bị thông thường.

· Mạch in mạ vàng

Bề mặt là lớp niken-vàng, chống oxy hóa tốt và có điện trở tiếp xúc thấp. Phù hợp với các đầu nối độ chính xác cao và bảng mạch quan trọng (như bo mạch chính điện thoại di động và thiết bị y tế).

· Mạch in OSP

Bề mặt được phủ một lớp màng bảo vệ hữu cơ, thân thiện với môi trường và có chi phí vừa phải. Được sử dụng rộng rãi trong công nghệ gắn linh kiện bề mặt SMT của các thiết bị điện tử tiêu dùng.

Sự khác biệt chính so với PCB linh hoạt

Bảng mạch cứng, với hình dạng ổn định, độ bền cơ học cao và công nghệ trưởng thành, được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị khác nhau yêu cầu độ ổn định mạch và cố định lắp đặt.

Trong lĩnh vực điện tử tiêu dùng

Nó được dùng cho bo mạch chủ máy tính/card đồ họa, bo mạch chủ điện thoại di động, bo nguồn TV, bo mạch mạch của bộ định tuyến/hộp truyền hình, và các bo mạch điều khiển của máy giặt/tủ lạnh, v.v. Nhờ chi phí thấp và công nghệ quy trình của đế FR-4, nó phù hợp với các mạch công suất trung bình và nhỏ, đáp ứng các yêu cầu về độ ổn định cho sản phẩm tiêu dùng.

Lĩnh vực điều khiển công nghiệp:

Nó được áp dụng cho các mô-đun PLC, bo mạch chủ máy tính công nghiệp, bo mạch biến tần, bo mạch điều khiển bộ điều khiển servo và các bo mạch tín hiệu cảm biến. Với đặc tính chống rung và khả năng chịu nhiệt tốt, thiết kế nhiều lớp có thể đạt được tích hợp mạch phức tạp và phù hợp với các điều kiện làm việc công nghiệp khắc nghiệt.

Trong lĩnh vực điện tử ô tô

Nó tương thích với các bộ điều khiển động cơ (ECU), bo mạch điều khiển trung tâm trên xe, bo mạch chính của cột sạc, hệ thống quản lý pin (BMS) và các bo mạch điều khiển đèn xe. Sản phẩm có độ tin cậy cao (chịu được nhiệt độ cao và thấp, chống sốc), loại đồng dày có thể dẫn dòng lớn, đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn trên xe.

Lĩnh vực thiết bị y tế:

Được sử dụng cho các bo mạch điều khiển máy CT/máy cộng hưởng từ, bo mạch màn hình giám sát, mô-đun nguồn y tế và bo mạch chính máy đo đường huyết. Sản phẩm có khả năng cách điện tuyệt vời và truyền tín hiệu ổn định, đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn và độ tin cậy của ngành y tế.

Lĩnh vực hàng không vũ trụ

Các mạch in cứng cao cấp làm từ gốm hoặc chất nền tần số cao được ứng dụng trên các bo mạch chủ thiết bị vệ tinh, bo mạch điều khiển radar trên máy bay, bo mạch phân phối điện năng tên lửa và bo mạch điều khiển chuyến bay phương tiện bay không người lái. Chúng có thể chịu được các môi trường khắc nghiệt như nhiệt độ cao và thấp, bức xạ, đồng thời có độ bền cơ học vượt trội.

Lĩnh vực thiết bị năng lượng mới

Các mạch in cứng dày đồng được sử dụng trong các bo mạch biến tần quang điện, bo mạch điều khiển pin lưu trữ năng lượng và bo mạch chính bộ chuyển đổi gió. Chúng có khả năng chịu dòng điện lớn và tản nhiệt tốt, đồng thời phù hợp với các yêu cầu truyền tải và chuyển đổi điện năng công suất cao.

Lĩnh vực thiết bị viễn thông:

Các mạch in cứng tần số cao làm từ chất nền PTFE hoặc Rogers được ứng dụng trong các bo mạch RF trạm 5G, bo mạch chủ bộ chuyển mạch và bo mạch mạch quang. Chúng có đặc điểm tổn hao tín hiệu thấp và hỗ trợ truyền dữ liệu tốc độ cao.