Bảng mạch in (PCB) được tìm thấy trong hầu hết mọi loại thiết bị điện tử. If there are electronic components in a piece of equipment, they are also embedded in various sizes of PCB. In addition to fixing various small parts, the main function of the PCB is to provide electrical connections between the components. As electronic equipment becomes more and more complex, more and more parts are needed, and the wiring and parts on the PCB become more and more dense. Một PCB tiêu chuẩn trông giống như thế này. Bare Board (without parts on it) is also often referred to as “Printed Wiring Board (PWB).

The substrate of the board itself is made of a material that is insulated and resistant to bending. The small line material that can be seen on the surface is copper foil. Originally, the copper foil is covered on the whole board, and the middle part is etched away in the manufacturing process, and the remaining part becomes a network of small lines. These lines are called conductors or conductors and are used to provide electrical connections to parts on the PCB.

To secure parts to the PCB, we solder their pins directly to the wiring. Trên một PCB cơ bản, các bộ phận được tập trung ở một bên và các dây được tập trung ở bên kia. So we need to make holes in the board so that the pins can go through the board to the other side, so the pins of the parts are welded to the other side. Because of this, the front and back sides of a PCB are called Component Side and Solder Side respectively.

Nếu có các bộ phận trên PCB có thể tháo ra hoặc lắp lại sau khi sản xuất, Socket sẽ được sử dụng để lắp các bộ phận đó. Because the socket is directly welded to the board, the parts can be arbitrarily disassembled. A ZIF (Zero InserTIon Force) plug allows parts to be inserted and removed easily. The lever next to the socket can hold the parts in place after you insert them.

To connect two PCBS to each other, an edge connector is commonly used. Ngón tay vàng chứa một số miếng đồng trần thực sự là một phần của hệ thống dây điện PCB. Thông thường, để kết nối, chúng tôi đưa ngón tay vàng trên một PCB vào Khe thích hợp (thường được gọi là Khe mở rộng) trên PCB còn lại. In computers, display cards, sound cards, and similar interface cards are connected to the motherboard by means of a gold finger.

Màu xanh lá cây hoặc màu nâu trên PCB là màu của mặt nạ hàn. This layer is an insulating shield that protects the copper wire and prevents parts from being welded to the wrong place. Một màn lụa khác sẽ được in trên lớp kháng hàn. It is usually printed with words and symbols (mostly white) to indicate the position of the parts on the board. Screen printing surface is also known as icon surface

Truyền thuyết).

Bảng một mặt

Như chúng tôi đã đề cập, trên một PCB cơ bản, các bộ phận được tập trung ở một bên và các dây dẫn được tập trung ở bên kia. Because the wire appears on only one side, we call this TYPE of PCB single-sided. Bởi vì các bảng đơn có nhiều hạn chế nghiêm ngặt về thiết kế của mạch (vì chỉ có một mặt, hệ thống dây điện không thể bắt chéo và phải đi một lối riêng), chỉ có các mạch thời kỳ đầu mới sử dụng bảng như vậy.

Bảng hai mặt

Bảng mạch có hệ thống dây điện ở hai bên. But in order to use both wires, there must be proper electrical connections between the two sides. “Cầu nối” này giữa các mạch được gọi là lỗ dẫn hướng (VIA). Các lỗ dẫn hướng là các lỗ nhỏ trên PCB được lấp đầy hoặc phủ bằng kim loại có thể được kết nối với dây ở cả hai bên. Because a dual panel has twice the area of a single panel, and because the wiring can be interlaced (it can be wound around to the other side), it is better for more complex circuits than a single panel.

Multi-layer Boards

Để tăng diện tích có thể đi dây, nhiều bảng đấu dây đơn – hoặc hai mặt được sử dụng. Bảng nhiều lớp sử dụng một số tấm kép, và một lớp cách nhiệt được đặt giữa mỗi tấm và được dán (ép). The number of layers of the board represents several independent wiring layers, usually an even number of layers, including the outermost two layers. Most motherboards are built with four to eight layers, but it is technically possible to build up to 100 layers of PCBS. Hầu hết các siêu máy tính lớn đều sử dụng khá nhiều lớp bo mạch chủ, nhưng chúng đã hết tác dụng vì chúng có thể được thay thế bằng các cụm máy tính thông thường. Because the layers in a PCB are so tightly integrated, it’s not always easy to see the actual number, but if you look closely at the motherboard, you might be able to.

The guide hole (VIA) we just mentioned, if applied to a double panel, must be through the entire board

But in a multilayer, if you only want to connect some of the lines, the guide holes may waste some of the line space in the other layers. Buried vias and Blind vias avoid this problem because they only penetrate a few layers. Blind holes connect several layers of internal PCBS to surface PCBS without penetrating the entire board. Buried holes are only connected to the internal PCB, so light is not visible from the surface.

In a multilayer PCB, the entire layer is directly connected to the ground wire and the power supply. So we classify the layers as Signal, Power or Ground. If the parts on the PCB require different power supplies, they usually have more than two power and wire layers.

Một phần công nghệ đóng gói

Công nghệ thông qua lỗ

The technique of placing parts on one side of the board and welding the pins to the other side is called “Through Hole Technology (THT)” encapsulation. This part takes up a lot of space and one hole is drilled for each pin. Vì vậy, các khớp của chúng thực sự chiếm không gian ở cả hai bên và các khớp hàn tương đối lớn. Mặt khác, các bộ phận THT được kết nối với PCB tốt hơn các bộ phận Công nghệ gắn trên bề mặt (SMT) mà chúng ta sẽ nói ở phần sau. Sockets like wired sockets and similar interfaces need to be pressure-tolerant, so they are usually THT packages.

Surface Mounted Technology

For Surface Mounted Technology (SMT) parts, the pin is welded on the same side with the parts. This technique does not drill holes in the PCB for each pin.

Các bộ phận kết dính bề mặt thậm chí có thể được hàn ở cả hai mặt.

SMT cũng có các bộ phận nhỏ hơn THT. Compared to PCB with THT parts, PCB with SMT technology is much denser. SMT package parts are also less expensive than THT’s. So it’s no surprise that most of today’s PCBS are SMT.

Because the solder joints and pins of parts are very small, it is very difficult to weld them manually. However, given that current assembly is fully automated, this problem will only occur when repairing parts.

The design process

Trong thiết kế PCB, thực sự có những bước rất dài phải trải qua trước khi nối dây chính thức. Sau đây là quy trình thiết kế chính:

The system specifications

First of all, the system specifications of the electronic equipment should be planned. It covers system functionality, cost constraints, size, operation and so on.

System function block diagram

Bước tiếp theo là tạo sơ đồ khối chức năng của hệ thống. Mối quan hệ giữa các ô vuông cũng phải được đánh dấu.

Divide the system into several PCBS

Dividing the system into several PCBS not only reduces the size, but also gives the system the ability to upgrade and swap parts. The system function block diagram provides the basis for our segmentation. Computers, for example, can be divided into motherboards, display cards, sound cards, floppy disk drives, power supplies, and so on.

Xác định phương pháp đóng gói được sử dụng và kích thước của mỗi PCB

Once the technology and the number of circuits used for each PCB has been determined, the next step is to determine the size of the board. If the design is too large, then packaging technology will have to change, or re-split the action. Chất lượng và tốc độ của sơ đồ mạch cũng cần được xem xét khi lựa chọn công nghệ.

Draw schematic circuit diagrams of all PCB’s

The details of the interconnections between the parts should be shown in the sketch. PCB trong tất cả các hệ thống phải được mô tả và hầu hết chúng sử dụng CAD (Thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính) hiện tại. Here is an example of a CircuitMakerTM design.

Sơ đồ mạch PCB

Preliminary design of simulation operation

To ensure that the designed circuit diagram works, it must first be simulated using computer software. Such software can read blueprints and show how the circuit works in many ways. This is much more efficient than actually making a sample PCB and then measuring it manually.

Place the parts on the PCB

The way parts are placed depends on how they are connected to each other. Chúng phải được kết nối với đường dẫn một cách hiệu quả nhất. Efficient wiring means the shortest possible wiring and fewer layers (which also reduces the number of guide holes), but we’ll come back to this in actual wiring. Here is what the bus looks like on a PCB. Placement is important in order for each part to have perfect wiring.

Test wiring possibilities with correct operation at high speed

Một số phần mềm máy tính ngày nay có thể kiểm tra xem vị trí của từng thành phần có được kết nối chính xác hay không, hoặc kiểm tra xem nó có thể hoạt động chính xác ở tốc độ cao hay không. Bước này được gọi là sắp xếp các bộ phận, nhưng chúng ta sẽ không đi quá sâu vào vấn đề này. Nếu có vấn đề với thiết kế mạch, các bộ phận cũng có thể được sắp xếp lại trước khi xuất mạch tại hiện trường.

Xuất mạch trên PCB

The connections in the sketch will now look like wiring in the field. Bước này thường hoàn toàn tự động, mặc dù thường phải thay đổi thủ công. Below is the wire template for 2 laminates. Các đường màu đỏ và xanh lam đại diện cho lớp bộ phận PCB và lớp hàn tương ứng. The white text and squares represent the markings on the screen printing surface. Các chấm và vòng tròn màu đỏ đại diện cho các lỗ khoan và dẫn hướng. Ở ngoài cùng bên phải, chúng ta có thể thấy ngón tay vàng trên bề mặt hàn của PCB. The final composition of this PCB is often referred to as the working Artwork.

Each design must conform to a set of rules, such as minimum reserved gaps between lines, minimum line widths, and other similar practical limitations. Các thông số kỹ thuật này thay đổi tùy theo tốc độ của mạch, cường độ của tín hiệu được truyền, độ nhạy của mạch đối với công suất tiêu thụ và tiếng ồn, cũng như chất lượng của vật liệu và thiết bị sản xuất. If the strength of the current increases, the thickness of the wire must also increase. In order to reduce PCB costs, while reducing the number of layers, it is also necessary to pay attention to whether these regulations are still met. Nếu cần nhiều hơn 2 lớp thì thường dùng lớp nguồn và lớp đất để tránh tín hiệu truyền trên lớp tín hiệu bị ảnh hưởng, có thể dùng làm lá chắn của lớp tín hiệu.

Wire after circuit test

In order to be sure that the line is working properly behind the wire, it must pass the final test. Thử nghiệm này cũng kiểm tra các kết nối không chính xác và tất cả các kết nối tuân theo sơ đồ.

Thiết lập và nộp hồ sơ

Bởi vì hiện nay có rất nhiều công cụ CAD để thiết kế PCBS, các nhà sản xuất phải có một hồ sơ đáp ứng các tiêu chuẩn trước khi họ có thể sản xuất bo mạch. There are several standard specifications, but the most common is the Gerber Files specification. A set of Gerber files includes a plan of each signal, power and ground layer, a plan of the solder resistance layer and the screen printing surface, and specified files of drilling and displacing.

Electromagnetic compatibility problem

Các thiết bị điện tử không được thiết kế theo thông số kỹ thuật EMC có khả năng phát ra năng lượng điện từ và gây nhiễu cho các thiết bị gần đó. EMC áp đặt các giới hạn tối đa đối với nhiễu điện từ (EMI), trường điện từ (EMF) và nhiễu tần số vô tuyến (RFI). Quy định này có thể đảm bảo hoạt động bình thường của thiết bị và các thiết bị lân cận khác. EMC áp đặt các giới hạn nghiêm ngặt về lượng năng lượng có thể bị phân tán hoặc truyền từ thiết bị này sang thiết bị khác và được thiết kế để giảm tính nhạy cảm với EMF, EMI, RFI bên ngoài, v.v. In other words, the purpose of this regulation is to prevent electromagnetic energy from entering or emanating from the device. This is a very difficult problem to solve, and is usually solved by using power and grounding layers, or putting PCBS into metal boxes. The power and ground layers protect the signal layer from interference, and the metal box works equally well. We won’t go too far into these issues.

The maximum speed of the circuit depends on EMC compliance. EMI bên trong, chẳng hạn như tổn thất hiện tại giữa các dây dẫn, tăng lên khi tần số tăng. Nếu chênh lệch hiện tại giữa cả hai quá lớn, hãy đảm bảo kéo dài khoảng cách giữa chúng. This also tells us how to avoid high voltage and minimize the current consumption of the circuit. Tỷ lệ trễ trong hệ thống dây điện cũng rất quan trọng, vì vậy chiều dài càng ngắn càng tốt. Vì vậy, một PCB nhỏ với hệ thống dây điện tốt sẽ hoạt động tốt hơn ở tốc độ cao hơn một PCB lớn.