Loại mặt này kết nối các linh kiện điện tử như điện trở, tụ điện,…Nó ứng dụng rộng rãi trong sản xuất máy tính, radio, máy in và ổ cứng điện tử.2.2.2 PCB hai lớp:Còn được gọi là PCB hai
TỔNG QUAN VỀ MẠCH IN
Lịch sử ra đời
Trước thập niên 1950, cách duy nhất để người ta kết nối các linh kiện điện tử trong một thiết bị điện tử là sử dụng phương pháp nối dây "điểm-điểm" (point-to-point)
Phương pháp này sử dụng rất nhiều dây dẫn với nhiều độ dài khác nhau nối vào 2 cực của các linh kiện làm cho các mạch điện có cấu trúc rất phức tạp, tốn nhiều thời gian sản xuất, giá cả cũng rất đắt tiền cũng như tuổi thọ sử dụng của các mạch nối dây không được cao do các chân nối sẽ bị hoen rỉ sau một thời gian sử dụng.
Hình 1 :Mạch điện thô sơ
Kể từ đây, nhu cầu thu nhỏ và đơn giản hóa cấu trúc mạch điện đã phát sinh làm cho các nhà sản xuất mạch điện gặp rất nhiều khó khăn Họ đã thử qua nhiều cách khác nhau nhưng đều thất bại cho đến khi họ để ý tới một phát minh quân sự đã được Chính phủHoa Kỳ thương mại hóa dân sự vào năm 1948, đó chính là bảng mạch in.
Mạch in là gì ?, PCB, PCBA là gì
Bảng mạch in hay bo mạch in (printed circuit board - PCB) , đôi khi gọi tắt là mạch in, là bảng được sử dụng để kết nối các linh kiện điện tử với nhau nhờ các đường dẫn điện được " in " trên một tấm vật liệu cách điện Chúng xuất hiện và đóng một vai trò quan trọng ở hầu hết các thiết bị điện tử ngày nay.
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠCH IN
PCB là cụm từ tiếng anh viết tắt của Printed Circuit Board là một mạch điện có các thành phần và dây dẫn được chứa trong một cấu trúc cơ khí Trong đó các linh kiện điện từ sẽ được kết nối với nhau trên cùng một bảng mạch Trong mạch PCB các linh kiện được kết nối không thông qua các dây dẫn ngoài và các đường dẫn sẽ được tích hợp ngay trên bề mặt của mạch, do đó sẽ giúp mạch giảm thiểu được độ phức tạp của một thiết kế tổng thể
PCBA viết tắt của Printed Circuit Board Assembly, khái niệm này dùng để chỉ những mạch PCB đã hoàn thiện Nói cách khác là khi mạch được gắn đầy đủ các linh kiện điện tử lên bề mặt như điện trở, IC, tụ điện hoặc bất kỳ thành phần nào khác và có thể thực hiện được chức năng của nó
PCBA thường đã trải qua quá trình hàn, có thể được làm thủ công hoặc qua công nghệ gắn bề mặt (SMT) và hàn reflow để tạo kết nối hoàn thiện giữa linh kiện và mạch in
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠCH IN
Như vậy, nếu ai hỏi bạn điểm khác biệt giữa PCB và PCBA là gì? Thì bạn có thể dễ dàng trả lời PCB là mạch in chưa được lắp linh kiện và PCBA là mạch đã được lắp linh kiện hoàn chỉnh và có thể hoạt động
Vai trò mạch in
Ngày nay chúng ta dễ dàng thấy rằng, tất cả các thiết bị hệ thống từ đơn giản đến phức tạp trong mọi lĩnh vực đều có sự hiện diện của ngành kỹ thuật điện Do đó kỹ thuật điện trở thành lĩnh vực được chú trọng và đây cũng là ngành học nhiều bạn sinh viên quan tâm nhất hiện nay.
Sinh viên theo học ngành kỹ thuật điện sẽ được trang bị những kiến thức từ cơ bản đến chuyên sâu về điện, điện tử cùng các giải pháp tiết kiệm năng lượng Từ đó sinh viên hoàn toàn có đủ năng lực để thiết kế, xây dựng, vận hành, sử dụng, bảo trì các thiết bị điện, hệ thống điện, hệ thống truyền tải, phân phối hay cung cấp điện….
Ngoài ra trong tất cả mọi lĩnh vực từ khám chữa bệnh đến học tập, làm việc… tất cả đều cần có điện Nhờ có điện, chất lượng cuộc sống của con người ngày càng được nâng cao.
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ PCB
LÝ THUYẾT VỀ PCB
Các thành phần cấu tạo nên PCB?
Một mạch in được cấu tạo từ nhiều vật liệu dẫn điện và cách điện sắp xếp với nhau tạo thành mạch nhỏ Mạch in có cấu tạo bao gồm 4 lớp đó là: Chất nền, Copper, Solder Mask, Silk Screen.
Là một linh kiện điện tử phức tạp, PCB được cấu tạo từ nhiều vật liệu dẫn điện khác nhau được sắp xếp hợp lý bao gồm:
2.1.1 Substrate (chất nền – lớp điện môi):
Là thành phần chính để phân biệt các loại vật liệu mạch in (PCB material) khác nhau, khi nói đến vật liệu mạch in phải ngầm hiểu đó là loại vật liệu cấu thành nên chất nền.
Các tấm chất nền được sản xuất bằng cách duy trì áp suất và nhiệt độ nhất định đối với các lớp sợi hoặc giấy cùng với nhựa nhiệt cứng để tạo thành tấm hợp nhất với độ dày đồng nhất Chất liệu sợi sử dụng, chất nhựa và tỷ lệ giữa chúng xác định loại của các tấm chất nền khác nhau như FR-4, CEM-1, G-10 và cũng quyết định đến đặc tính của chúng. Một số đặc tính quan trọng của tấm chất nền như khả năng chống cháy, hằng số điện môi (er), hệ số tổn hao (tδ), độ bền, hệ số giãn nở trục Z (độ dày thay đổi theo nhiệt độ)
Lớp tiếp theo của mạch in PCB là một lá đồng mỏng, được ép lên bằng nhiệt và chất kết dính Trên các tấm PCB 2 mặt thông thường, đồng được phủ lên cả hai mặt của chất nền.
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ PCB
Trong các thiết bị điện tử chi phí thấp hơn, PCB có thể chỉ có đồng ở một mặt Khi ai đó đề cập đến bảng mạch hai mặt hoặc 2 lớp thường đồng nghĩa với việc họ đang đề cập đến số lớp đồng cấu tạo nên PCB
Chiều dày lớp đồng có thể thay đổi và được xác định bằng tham số khối lượng/ diện tích, đơn vị tính là oz Theo quy ước tính như sau:
Khối lượng: 1 oz = 28,35 gram Khối lượng riêng của đồng: 8,9 g/cm3
2.1.3, Lớp Solder Mask (Mặt nạ hàn): Đây là lớp mặt nạ hàn được gắn phía trên copper Lớp này sẽ che phủ toàn bộ mạch trừ phần chân linh kiện để hàn Có tác dụng cách biệt phần chân linh kiện cần hàn và các đường mạch xung quanh, chống oxy hóa đường mạch và điều hướng linh kiện kích thước nhỏ SMD vào đúng vị trí.
Lớp Silksreen hay còn gọi là lớp mực in, đây là lớp cuối cùng được phủ lên PCB sau khi các bước trên đã được hoàn thiện Lớp này thường thêm các chữ cái, số và ký hiệu vàoPCB giúp người dùng có thể lắp ráp linh kiện vào dễ dàng hơn, nói cách khác nó sẽ ký hiệu ở từng nơi xem cần gắn loại linh kiện nào, giá trị là bao nhiêu cho phù hợp
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ PCB
Silkscreen phổ biến nhất là màu trắng nhưng cũng có thể sử dụng bất kỳ màu mực nào tùy vào cách phối màu với Solder Mask sao cho nổi bật, dễ nhìn Lớp mực in này có thể có màu đen, xám, đỏ, và thậm chí vàng Tuy nhiên, bạn sẽ hiếm khi thấy nhiều hơn một màu trên một bảng vì có thể gây rối mắt người sử dụng.
Phân loại PCB
Hiện nay, có một số loại PCB được sử dụng rất phổ biến để làm mạch in và cũng tùy vào từng thiết kế và ứng dụng mà nhà sản xuất sẽ lựa chọn các loại PCB sao cho phù hợp nhất.
Hình 6:Kết cấu của loại mạch 1 lớp
Còn được gọi là PCB một mặt Loại PCB được sử dụng nhiều nhất vì dễ thiết kế và chế tạo.
Một mặt của PCB được phủ lớp vật liệu dẫn điện bất kỳ, thường vật liệu đó là đồng Một lớp hàn phủ lên để bảo vệ PCB chống lại quá trình oxy hóa Tiếp đến là lớp thứ 2 là lớp đánh dấu các linh kiện Loại mặt này kết nối các linh kiện điện tử như điện trở, tụ điện,…
Nó ứng dụng rộng rãi trong sản xuất máy tính, radio, máy in và ổ cứng điện tử.
Còn được gọi là PCB hai mặt, là một loại bảng mạch mà lớp đồng được áp dụng trên cả hai mặt của bảng mạch Bảng này ít mỏng hơn so với bảng một mặt Mạch in hai lớp được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp do chi phí sản xuất thấp và kết nối linh kiện linh hoạt hơn các mạch khác Nó được sử dụng trong bảng điều khiển ô tô, hệ thốngHVAC, đèn LED và máy bán hàng tự động.
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ PCB
Hình 7 :Bảng mạch in hai lớp
Loại này linh hoạt và chi phí thấp hơn, được ứng dụng trong công nghiệp, sản xuất điện thoại, bộ chuyển đổi, hệ thống UPS,…
Là loại mạch có ít nhất 3 lớp, lớp keo dán được kẹp ở giữa với các lớp cách nhiệt Đảm bảo nhiệt khi sinh ra sẽ không bị ảnh hưởng đến bất kỳ linh kiện nào Cấu trúc mạch này khá phức tạp nên thường được ứng dụng với các mạch điện nhỏ và không gian hẹp Dựa trên yêu cầu, mà có thể thiết kế ra mạch in với số lớp mong muốn, tuy nhiên số lớp tối đa là 129 lớp.
Hình 8: bảng mạch in nhiều lớp
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ PCB
Còn được gọi là mạch Flex, sử dụng các vật liệu dẻo như polyamide, PEEK (polyether ether ketone) hoặc màng polyester để dẫn điện trong suốt Có bản mạch thường được gấp hoặc xoắn.
Loại PCB này chứa nhiều lớp khác nhau như mạch flex một mặt, hai mặt và nhiều mặt, vì thế nó rất phức tạp PCB dẻo thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp như ô tô, điện tử, máy tính,…, ngoài ra còn được sử dụng trong diode phát sáng hữu cơ, pin mặt trời,…
Hình 9 :PCB cứng Được làm từ các vật liệu rắn PCB cứng cũng có các lớp phủ khác nhau như 1, 2 và đa lớp Loại mạch này không thể uốn cong nên thường được gọi là PCB cứng Với độ bền, cùng với tuổi thọ cao nên loại mạch này thường được sử dụng rất nhiều trong các bộ phận của máy tính
PCB cứng cũng có bản mạch phức tạp với mạch một, hai hoặc nhiều lớp, nhưng được sử dụng và sản xuất nhiều nhất là một mặt Nhờ tuổi thọ cao của mình, PCB cứng được tin dùng trong nhiều bộ phận của máy tính như RAM, GPU và CPU.
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ PCB
Hình 10:Mạch in cứng -dẻo
Là sự kết hợp PCB dẻo và cứng, gồm các lớp của PCB dẻo gắn với nhiều lớp của PCB cứng Nó được sử dụng trong các thiết bị điện tử như máy ảnh, điện thoại, các phần mềm hỗ trợ trên máy tính…
Là một loại bảng mạch có chứa nền kim loại Nhôm Bảng đi kèm với một vật liệu điện môi dẫn nhiệt và cách điện, nằm giữa lớp đồng và kim loại nhôm.
Ngoài ra còn một số loại mạch như PCB xuyên lỗ và PCB gắn bề mặt cũng được sử dụng rất nhiều trong các mạch điện tử Hiện nay, với nền công nghệ phát triển việc sử dụng các phần mềm thiết kế mạch không còn là điều quá xa lạ.
Vật liệu làm PCB
Có khá nhiều chất điện môi khác nhau có thể lựa chọn để cung cấp các giá trị cách điện khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu của mạch.Một số vật liệu thường gặp:
+,FR-2 (Flame Retardant 2): thành phần là giấy phenolic hoặc giấy cotton phenolic, giấy được ngâm tẩm với nhựa phenol formaldehyde Nó có giá rẻ, phổ biến trong các thiết bị điện tử tiêu dùng cấp thấp với bản mạch 1 lớp Thuộc tính điện kém hơn FR-4, kháng hồ quang kém, thường dùng đến 105°C Thành phần nhựa thay đổi theo nhà cung cấp.
+,FR-4 (Flame Retardant 4): thành phần là sợi thủy tinh được ngâm tẩm với nhựa epoxy.
Khả năng hấp thụ nước thấp (khoảng 15%), tính chất cách điện tốt, kháng hồ quang tốt. Đây là loại rất phổ biến trong công nghiệp,thường dùng đến 130°C FR-4 mỏng khoảng 0.1mm có thể được sử dụng cho các bo mạch cần uốn cong.
Một số vật liệu ít gặp hơn:
+, FR-1, FR-3, FR-5, FR-6, G-10 ,G-11, CEM-1, CEM-2 , CEM-3 , CEM-4 , CEM-5 ,PTFE , RF-35 , Polyimide
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ PCB
Thuật ngữ trong PCB
- Vòng khuyên (Annular ring) - là những vòng đồng được mạ xung quanh một lỗ nằm trong PCB.
-Lỗ khan (Drill): lỗ khoan trên bề mặt PCB đóng vai trò là nơi bắt vít hoặc định vị connector Lỗi thường thấy ở các lỗ khoan là do mũi khoan không chính xác gây ra bởi các mũi khoan bị mòn là một vấn đề sản xuất phổ biến.
-Finger: là những miếng kim loại tiếp xúc dọc theo cạnh của mạch in, được sử dụng để tạo kết nối giữa hai bảng mạch, đây được xem là một dạng tấm pad đặc biệt Ví dụ phổ biến là khe cắm thẻ ram của máy tính hoặc trên các băng game thời xưa.
-Panel: một bảng mạch lớn hơn bao gồm nhiều PCB nhỏ nằm bên trong, thông thường những bảng lớn này sẽ được tạo ra từ những máy làm boarch mạch sau đó bằng những Mouse Bites hoặc V-Scope ta có thể tách những bản con ra và tiếp tục sử dụng Panel thường thấy trong các quy trình sản xuất hàng loạt PCB.
-Chuột cắn (Mouse bites) – một giải pháp thay thế cho V-Scope để tách các mạch in ra khỏi bảng lớn (Panel) Đây là, tập hợp một số mũi khoan nằm gần nhau nhằm tạo ra một điểm yếu để bạn có thể tác dụng một lực nhẹ cũng có thể tách được PCB ra khỏi Panel mà không sợ hư hỏng, gãy mạch (như đồ chơi xếp hình ngày xưa).
-Tấm đệm (Pad ): là phần tiếp xúc kim loại trên bề mặt của PCB, đây là nơi mà linh kiện sẽ được hàn vào.
-Paste stencil: có thể là một loại giấy nến mỏng, bằng kim loại (hoặc đôi khi bằng nhựa) được thiết kế theo các đường dẫn của PCB nhiệm vụ của nó là cố định kem hàn nằm đúng như vị trí đã thiết kế Khi đặt stencil lên bề mặt P.CB, bạn chỉ cần quét kem hàn lên, lúc này kem hàn sẽ nằm đúng vị trí mà bạn muốn hàn
-Mặt phẳng (Plane): một khối đồng liên tục trên bảng mạch, xác định bằng đường viền chứ không phải bằng đường dẫn (trace)
-Mạ xuyên lỗ (Plated through hole) - một lỗ trên bảng được phủ một lớp mạ từ mặt này sang mặt kia của PCB Lỗ mạ này có thể là điểm kết nối cho linh kiện xuyên lỗ thông qua để truyền tín hiệu
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ PCB
-Pogo pin - là một công cụ có gắn lò xo, được sử dụng để kiểm tra các điểm pad trên bề mặt PCB xem có đúng như thiết kế và có ăn điện hay chưa Có thể dùng kiểm tra thủ công thông qua fixture hoặc qua máy để kiểm tra tự động
-Silkscreen (Silkscreen) - các chữ cái, số, ký hiệu và hình ảnh trên bảng mạch Thường chỉ có một màu và độ phân giải thường khá thấp
-Khe cắm (Slot) - bất kỳ những lỗ nào trên bảng không tròn sẽ được gọi là khe Các khe có thể được mạ hoặc không, các khe cắm đôi khi sẽ làm tăng thêm chi phí cho việc sản xuất PCB vì chúng đòi hỏi thêm thời gian cắt
-Kem hàn (Solder paste) - những tinh thể thiếc hoặc chì hàn được tạo thành dung môi lỏng dạng kem, được gắn lên các miếng gắn bề mặt trên PCB trước khi đặt linh kiện Sau khi quét kèm hàn lên PCB, sẽ đưa qua lò hàn để nung chảy, chất hàn trong kem sẽ tan chảy, tạo ra các khớp nối điện và cơ học giữa các miếng pad và linh kiện
-Gắp và đặt (Pick-and-place) - là một loại máy thường thấy trong các quy trình sản xuất bo mạch SMT tự động Với độ chính xác của máy gắp đặt linh kiện, các linh kiện dán nhanh chóng được đặt lên đúng vị trí được lập trình trên mạch PCB
- Bể hàn nhúng (Solder pot) - thiết bị này được sử dụng để hàn nhanh các bo mạch bằng tay với các thành phần có lỗ Thiết bị sẽ có một bể nhúng, chì hàn sẽ được cho vào bể và nung nóng chảy sau đó chỉ cần nhúng PCB vào chì, các mối hàn sẽ được để lại trên tất cả các pad
-Mặt nạ hàn (Soldermask ) - một lớp vật liệu bảo vệ phủ lên kim loại để ngăn ngừa đoản mạch, ăn mòn và các vấn đề khác Thường có màu xanh lá cây, có thể có một số màu khác
-Cầu nối hàn (Solder jumper) - là một mối hàn nhỏ trên PCB có công dụng tách hoặc nối trade/pad với nhau Tuy nhiên, khi sử dụng thủ thuật này cần phải cẩn thận vì có thể gây ra ngắn mạch nếu không đúng kỹ thuật
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ PCB
-Gắn bề mặt (Surface mount) - gắn bề mặt hay còn gọi là công nghệ dán bề mặt (SMT) thường được sử dụng với các linh kiện SMD Một công nghệ rất phổ biến hiện nay
-Trace - là những đường dẫn trên mạch PCB nối từ điểm này đến điểm kia
-V-score (V-score) - là một đường cắt qua bảng, cho phép dễ dàng cắt bảng theo một đường thẳng (tách bảng ra khỏi panel)
-Via - một lỗ trên bảng dùng để truyền tín hiệu từ lớp này sang lớp khác Lỗ via có thể được bao phủ bởi chất hàn để bảo vệ chúng khỏi bị hàn vào Trong khi đó các đầu nối và các linh kiện được gắn vào lỗ via thường không không được phủ lớp hàn để có thể gắn vào dễ dàng hơn
PHẦN MỀM THIẾT KẾ PCB
Altium Designer
Khái niệm phần mềm Altium Designer
Một tên gọi khác khá quen thuộc của phần mềm này là Protel DXP Altium Designer đã trở thành một phần mềm vẽ mạch điện tử tốt nhất hiện nay Nó được nghiên cứu và phát hành bởi Altium Limited Đây là một phần mềm hữu ích trong việc thiết kế các sản phẩm cũng như hệ thống bo mạch điện tử thế hệ mới.
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 3:PHẦN MỀM THIẾT KẾ PCB
Hình 12 : Mạch 3D trong Altium Designer
Altium Designer là một trong những phần mềm thiết kế mạch điện công nghiệp nổi tiếng với dung lượng nhỏ gọn Tuy nhỏ gọn nhưng Altium Designer lại rất chuyên nghiệp, phần mềm cho phép vẽ 2 lớp Phần mềm này là một ứng dụng vẽ mạch điện với khả năng vẽ các bo mạch công suất, công nghiệp số 1.
Các tính năng của phần mềm vẽ mạch điện công nghiệp Altium Designer:
- Khả năng nối dây theo thuật toán tối ưu, phân tích và lắp ráp các thành phần hoàn chỉnh.
- Giao diện phần mềm chỉnh sửa thân thiện.
- Hỗ trợ tính năng thiết kế tự động đơn giản, dễ dàng.
- Khả năng mô phỏng các mạch điện trong không gian 3D (mạch 3D).
Với những ưu điểm này, Altium Designer là một trong những phần mềm vẽ mạch điện đơn giản tốt nhất cho đến nay Giúp bạn tạo ra các bảng mạch công nghiệp chất lượng cao.
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 3:PHẦN MỀM THIẾT KẾ PCB
Hình 13 : Mạch nguyên lý PCB +, Những đặc trưng cơ bản của phần mềm Altium Designer
- Giao diện thiết kế và quản lý khá thân thiện: Cho phép người dùng thực hiện các thao tác chỉnh sửa và quản lý file trên phần mềm dễ dàng.
- Cung cấp nhiều chức năng giúp hỗ trợ việc thiết kế tự động, đi dây dựa trên thuật toán và nhu cầu của người dùng Ngoài ra, phần mềm còn cung cấp các giải pháp phân tích lắp ráp nhằm tối ưu chức năng từ các linh kiện, netlist có sẵn theo tham số mới nhất.
- Thao tác mở và xem thông tin các dữ liệu bản vẽ thiết kế dễ dàng hơn.
- Cung cấp một hệ thống thư viện với đầy đủ các linh kiện và thiết bị điện cần thiết cho việc thiết kế bản vẽ mạch điện.
- Dễ dàng chỉnh sửa các item dựa trên lớp cơ khí Có thể tuỳ chỉnh các lớp mạch in khi nhu cầu của người dùng có thay đổi.
- Cho phép người dùng thực hiển chuyển đổi từ Schematic sang mạch PCB.
- Hỗ trợ tính năng mô phỏng 2D, 3D trên mạch PCB nhằm mang đến cho người dùng trải nghiệm trung thực nhất trong không gian 2 chiều cũng như 3 chiều Ngoài ra, phần mềm còn tích hợp với MCAD-ECAD liên kết trực tiếp với mô hình STEP cho phép người dùng kiểm tra khả năng cách điện của bo mạch.
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 3:PHẦN MỀM THIẾT KẾ PCB
KiCad
KiCad được cho là một trong những chương trình thiết kế điện tử miễn phí nổi tiếng nhất. Được tạo ra lần đầu tiên cách đây gần 30 năm, hiện đã có phiên bản 5 Được hỗ trợ bởi các tổ chức nổi tiếng như Raspberry Pi Foundation, Arduino và CERN (Hội đồng Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu), KiCad có một cộng đồng năng động và tổ chức một hội nghị thường niên được đông đảo mọi người tham gia.
Chương trình mã nguồn mở tự hào có một bộ tính năng và chức năng mạnh mẽ đáp ứng nhu cầu của người mới bắt đầu cũng như các chuyên gia Ngoài thiết kế sơ đồ mạch thông thường, các công cụ bố trí PCB và trực quan hóa 3D, KiCad tích hợp với mô phỏng mạch (Ngspice), hỗ trợ Git để kiểm soát phiên bản và liên kết với FreeCAD cho các thiết kế vật lý khác Ngoài ra, danh sách các trình cắm thêm ngày càng tăng cung cấp khả năng mở rộng cho các chức năng khác nhau, từ thiết kế RF đến nghệ thuật PCB bằng Python.
Hình 14 : Mạch trong Kid Card
Proteus
Đây là một trong những phần mềm cho phép người dùng quan sát mô phỏng thực các hoạt động của mạch điện tử từ phần thiết kế mạch cho đến viết các chương trình điều khiển như MCS-51, PIC, AVR, … Proteus còn là phần mềm mô phỏng mạch được phát hành bởi
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 3:PHẦN MỀM THIẾT KẾ PCB
Hình 15 :Layout trong Proteus Tính năng chính
Phần mềm Proteus đòi hỏi người dùng phải có một lượng kiến thức kỹ thuật cần thiết để sử dụng, vì vậy mà nó không thích hợp cho những người mới bắt đầu Dưới đây là một vài tính năng mà người dùng cần tìm hiểu và nắm rõ nếu muốn thao tác trên phần mềm này dễ dàng hơn:
- Vẽ sơ đồ nguyên lý: Người dùng có thể dễ dàng phác thảo sơ đồ nguyên lý cho mạch điện của mình từ những linh kiện lấy từ thư viện của phần mềm và kết nối các linh kiện này lại với nhau tuỳ theo mục đích sử dụng.
- Khả năng mô phỏng: Giúp người dùng phân tích các kết quả từ sơ đồ nguyên lý là đúng hay sai Việc này sẽ giúp chúng ta tiết kiệm được thời gian cũng như chi phí phát sinh khi có sai sót.
Trên đây là một số ứng dụng để thiết kế mạch PCB phổ biến và hữu ích ngoài ra còn rất nhiều những phần mềm khác như : Sprint Layout , Eagle , v v
Mỗi ứng dụng đều có nhược điểm và ưu điểm riêng ,tất cả đều hỗ trợ để vẽ mạch PCB
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 4:QUY TRÌNH CHẾ TẠO PCB
QUY TRÌNH CHẾ TẠO PCB
Công nghệ chế tạo mạch in
Trước đây việc tạo ra một bảng mạch in được tách rời với công đoạn thiết kế sơ đồ mạch điện Ngày nay hệ thống thiết kế và sản xuất hỗ trợ bằng máy tính (CAD-CAM) Đảm bảo tự động thiết lập các thiết kế sơ đồ mạch điện đến lắp ráp và các bước hoàn thiện của sản phẩm.
-Phân loại công nghệ tạo mạch in :
4.1.1 Công nghệ phổ biến nhất:
Thường được gọi là PCB, chế tạo bảng có các đường mạch dẫn điện bằng đồng trên tấm nền cứng bằng vật liệu Bakelite hoặc nền chất lượng cao FR4 (Flame Retardant 4), được gọi là “fip” Tấm mạch ban đầu sẽ là tấm cách điện có lớp vật liệu dẫn điện Các hình ảnh được vẽ trước sẽ đưa đến các mặt lớp đồng để in theo mẫu hình ảnh đó và thành quả tạo ra lớp phủ cách nước Tiếp tục công đoạn này sẽ là công đoạn cho lớp in bị ăn mòn hoặc lớp đồng bên ngoài bị “bong” ra Phần còn lại trên mặt đó là các đường mạch.
4.1.2 Công nghệ mới là điện tử in:
Dùng để in phun hoặc in laser và vật liệu thích hợp để tạo các lớp, các đường mạch điện dẫn, tụ điện hoặc điện trở,…trên các tấm nền cứng Quá trình in phun có thể gồm cả công đoạn phun luôn chất cách điện Công dụng là để ngăn cách các đường dân điện ở vị trí chúng đi qua Nó được sử dụng trong hầu hết các dạng mạch, công nghệ này còn có khả năng thực hiện bảng mạch bán thành phẩm kiểu PCB để tạo ra đường nối mạch hoặc linh kiện Dựa vào tính tự động hóa cao nên thành phẩm cho ra có giá thành thấp.
Quy trình thiết kế PCB
Quy trình thiết kế bảng mạch PCB đòi hỏi một quy trình phức tạp để đảm bảo hiệu suất của thành phẩm Bảng mạch in có thể là đơn, kép hoặc nhiều lớp, quy trình chế tạo được sử dụng chỉ khác nhau sau khi sản xuất lớp đầu tiên Bỏ qua bất kỳ bước nào hoặc cắt lại quy trình có thể tác động tiêu cực đến hiệu suất của bảng mạch
4.2.1 Bước 1 : Lên ý tưởng thiết kế Đầu tiên , cần đưa lên những ý tưởng cụ thể để thiết kế Nghiên cứu đưa ra các yêu cầu tính năng và kỹ thuật về ý tưởng sản phẩm mà mình muốn làm
Nguyên tắc chung để thiết kế :
+, Bám sát, đáp ứng yêu cầu thiết kế.
+, Mạch thiết kế đơn giản, tin cậy.
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 4:QUY TRÌNH CHẾ TẠO PCB
+, Thuận tiện khi lắp đặt, vận hành và sửa chữa.
+, Linh kiện có sẵn trên thị trường
4.2.2 Bước 2 : Xây dựng sơ đồ khối , mô phỏng tín hiệu
Sau khi hoàn thành bước thiết kế Đi vào xây dựng mô phỏng tín hiệu
Hình16 :Ví dụ về sơ đồ khối của mạch vi điều khiển Ở bước này cần quan trọng đến nguyên lý của sơ đồ , xem các thành phần đã đúng chức năng hay chưa , các bộ phận có hoạt động đúng với chức năng của mình không
4.2.3 Bước 3 Xây dựng sơ đồ nguyên lí và kiểm tra Ở bước này chuyển từ sơ đồ khối sang sơ đồ nguyên lý Bước này rất quan trọng , vì cần kiểm tra xem mạch có hoạt động nguyên lí hay không Có đáp ứng điều kiện ban đầu đưa ra hay chưa Tìm hiểu kĩ yêu cầu của mạch thiết kế ,đưa ra một số phương án để thực hiện Chọn phương án hợp lý nhất và tính toán chọn các linh kiện hợp lý.
Sau khi đã kiểm tra đầy đủ sẽ đưa ra bản thiết kế chính thức Bước này nên sử dụng các phần mềm thiết kế mạch sẽ giúp cho việc tạo ra bản thiết kế nhanh hơn ,chính xác hơn
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 4:QUY TRÌNH CHẾ TẠO PCB
Hình 17 :Mạch nguyên lý trong Altium Designer
4.2.4 Bước 4 : Thiết kế mạch in
Vẽ layout của mạch dựa vào sơ đồ nguyên lý đã thuyết kế ở bước trên Việc vẽ layout khá quan trọng để có một mạch in theo yêu cầu Mạch in thiết kế phải tuân thủ nguyên tắc:
+, Bố trí các linh kiện trên bảng mạch một cách khoa học và hợp lí.
+, Vẽ các đường dây dẫn điện nối các linh kiện theo đúng sơ đồ nguyên lí.
+, Đảm bảo các dây dẫn không bị chồng chéo và là ngắn nhất.
Hình18 :Bản vẽ layout trong Altium Designer
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 4:QUY TRÌNH CHẾ TẠO PCB
Hình 19 :Bản 3D mạch PCB trong Altium Designer
4.2.5 Bước 5: Mua linh kiện và gia công mạch in
Sau khi đã thiết ra mạch và có file mạch , tiếp tục đi mua linh kiện phù hợp với mạch Bước mua linh kiện cũng rất quan trọng , nếu mua sai hiệu số hay chức năng dẫn đến khi lắp ráp vào mạch sẽ dẫn đến sai chức năng sai số và mạch sẽ hỏng ,chập và không được bền Ở phần gia công mạch, ta có thể dùng 2 cách :
Cách 1 Làm theo Máy ,Ta có thể áp dụng máy móc hiện đại để gia công mạch và hoàn thành Ưu điểm của làm bằng máy là độ chính xác rất cao, về mặt thẩm mĩ cũng rất vượt trội
Cách 2 -làm bằng thủ công Thường người ta ưu tiên cách 1 là làm bằng máy hơn Vì ưu tiên độ chính xác và mắt thẩm mĩ
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 4:QUY TRÌNH CHẾ TẠO PCB
4.2.6 Bước 6 : Kiểm tra sản phẩm và kết thúc
Sau khi lắp hoặc dán linh kiện và hàn để hoàn thành mạch Ta cần đo lường và hiệu chỉnh xem các thông số đã đúng với yêu cầu ban đầu hay không Nếu mạch nhiều lớp cần kiểm tra bằng quang học xem có lỗi không nếu mạch 1 lớp thì ta cần kiểm tra xem mạch có chập hay cháy linh kiện không
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 4:QUY TRÌNH CHẾ TẠO PCB
Hình 22 :Kiểm tra mạch bằng máy
Sau khi kiểm tra mạch xong ,ta test chất lượng mạch , vệ sinh mạch và đóng gói sản phẩm
Hình 23: Đóng gói sản phẩm hoàn thiện
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 5:KHẢO SÁT THỰC TẬP
KHẢO SÁT THỰC TẬP
Tổng quan về phòng thí nghiệm
- Phòng thí nghiệm:tiếng Anh là Laboratory, tên gọi tắt là phòng lab, là một cơ sở được thiết kế, xây dựng và lắp đặt các thiết bị khoa học kỹ thuật, công cụ dụng cụ hỗ trợ nhằm cung cấp các điều kiện, đảm bảo an toàn cho việc triển khai các thí nghiệm , thực nghiệm trong các lĩnh vực tự nhiên phục vụ cho mục đích học tập và nghiên cứu khoa học Phòng thí nghiệm có thể là một căn phòng trong một tòa nhà, công trình hoặc là một tòa nhà công trình riêng biệt chuyên để thực hiện các thí nghiệm.
- Phòng thí nghiện điện tử: là loại phòng lab chuyên dụng được trang bị các thiết bị chủ yếu là phần cứng đi kèm với chức năng nghiên cứu và phát các thiết bị điện tử cung cấp hỗ trợ đo đạc, linh kiện, thiết kế mạch, vv
Hình 54 :Hình ảnh trong phòng thực tập
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 5:KHẢO SÁT THỰC TẬP
Các linh kiện vật dụng trong phòng thí nghiệm
Thiết bị đảm bảo an toàn:
Là những thiết bị dụng cụ đẻ đảm bao an toàn khi tiến làm việc thử nhiệm trong phòng nghiệm Những thiết bị này giúp chúng ta tránh được những tai nan không đáng có khi làm việc (như cháy nổ, dò điện v v ) Các thiết bị có thể kể đến như : Tay áo cách điện ,Găng tay da bảo vệ, Quần áo chống hồ quang điện, Giày/ủng cách điện ,Thiết bị thử điện, Tấm phủ cách điện, Line Hose – Dây dẫn cách điện, Hệ thống dây nối đât
Hình25 : Dây dẫn cách điện Hình 26 :Tấm phủ cách điện
Thiết bị đo chuyên dụng:
Hình 27 : Các thiết bị đo chuyên dụng
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 5:KHẢO SÁT THỰC TẬP
Là các dụng cụ, thiết bị máy móc được thiết kế và tạo ra để đo đạc các chỉ số cần thiết cho các kỹ sư sử dụng đẻ nghiên cứu, thống kê ,phân tich v v
Các thiết bị này hỗ trợ khi muốn đo lường các số liệu từ linh kiện mạch hay mạch sau khi đã hoàn thành.Kiểm tra các thông số xem đã đạt yêu cầu hay chưa
Các công cụ hỗ trợ:
Máy hàn : dùng để hàn chân các thiết bị hay linh kiện với bảng mạch PCB
Máy khoan : dùng để khoan lỗ trên bản mạch
Hình 29 : Máy hànBăng dính cách điện và kem tải nhiệt: hỗi trợ việc lăp mạch.
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 5:KHẢO SÁT THỰC TẬP
Hình 30 : Băng keo cách điện
Máy khò :Là thiết bị cầm tay đa năng tạo ra luồng nhiệt độ cao để kết dính vật liệu hay loại bỏ các chi tiết thừa trong mạch PCB
Và còn rất nhiều các linh kiện khác Tất cả đều để phục vụ làm mạch PCB
Một số hình ảnh tại nơi thực tập
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 5:KHẢO SÁT THỰC TẬP
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 5:KHẢO SÁT THỰC TẬP
5.3 ĐÁNH GIÁ VÀ PHƯƠNG HƯỚNG
Sau khi tìm hiểu cũng như tiếp xúc với PCB Ta có thế thấy mạch in điện tử hay PCB đã rất phát triển và đi cùng với đó là sự thay đổi đáng kể mà PCB mang lại cho lĩnh vực công nghệ nói riêng và xã hội nói chung PCB mang lại rất nhiều ứng dụng ,lợi ích để phát triển các lĩnh vực khác nhau như : công nghệ , điện tử viễn thông , tự động khóa
Có thể thấy tầm quan trọng của PCB đang càng ngày càng cao hơn Từ bài viết này có thể thấy được lịch sử ra đời của PCB như thế nào hay chúng ta biết được các khái niệm về PCB các thuật ngữ ,linh kiện liên quan đến PCB cũng như cấu tạo của PCB.Không chỉ vậy ta còn biết nhiều hơn về vai trò của PCB hay cách thiết kế PCB như nào.
Trong quá trình thực hành em đã nhận biết được linh kiện điện tử và các tham số , Không chỉ dừng lại ở đó, em đã biết nhiều hơn về PCB từ lịch sử ra đời, cấu tạo của PCB hay cách tạo ra PCB như nào.Phòng thí nghiệm điện tử là nơi đáp ứng nhu cầu này, Ở đây có những người đam mê và am hiểu về lĩnh vực điện tử những thiết bị, công cụ được đầu tư bài bản phục vụ nghiên từ đó giúp cho công nghệ nước ta ngày càng phát triển vươn tầm thế giới Đối với trang thiết bị trong phòng thí ngiệm dù em chưa thể thực hành sử dụng tất cả các loại máy nhưng em thấy nhưng thiết bị đều rất hiện đại và cần có chuyên môn cao và hiểu biết nhất định để sử dụng.
5.3.1 Rút ra kinh nghiệm cho bản thân
Qua quá trình tìm hiểu , học hỏi cũng như cọ xát thực tập thực tế , em đã rút ra được nhiều điều bổ ích
+, Đầu tiên là được thầy Nguyễn Văn Khẩn hướng dẫn tận tình đã giúp em rất nhiều trong việc học tập cũng như hoàn thành báo cáo thực tập Không chỉ giúp đỡ các Thầy còn đôn đốc chỉ bảo em hoàn thành một các tốt nhất
+, Thứ hai là giúp em hiểu hơn ,có thêm kiến thức về PCB , từ lịch sử ra đời , PCB là gì , cấu tạo như nào , hoạt động ra sao , thuật ngữ , linh kiện làm lên PCB Không chỉ có vậy , em còn học thêm được cách sử dụng các phần mềm , ứng dụng liên quan đến PCB , hay biết cách , quy trình làm ra một PCB cơ bản Trong quá trình hướng em cũng nhận ra được ưu điểm và hạn chế của mình
-Dựa trên cơ sở kiến thức về lý thuyết và thực tiễn được học trong thời gian thực tập, báo cáo đồ án môn học sẽ đi sâu hơn về thiết kế mạch PCB
-Cố gắng học hỏi kinh nghiệm và tiếp thu thật tốt những kiến thức từ thầy Nguyễn Văn Khẩn
-Tiếp tục nâng cao kĩ năng sử dụng các phần mềm PCB cũng như trang thiết bị liên quan
BÁO CÁO THỰC TẬP CHƯƠNG 5:KHẢO SÁT THỰC TẬP
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 30 ArduinoTM Projects for the Evil GeniusTM
2 PCB Design for EMI/EMC Compliance, Eric Benedict, WEMPEC Seminar
Danh mục các Website tham khảo:
1 https://lidinco.com/pcb-la-gi
2 https://bff-tech.com/mach-in-la-gi/
3 https://dientusangtaovn.com/pcb-la-gi/
4 https://www.ultralibrarian.com/? fbclid=IwAR2qBI0vOAd1hizdnI7oehK1RkCqVp3MHk4M5oXO9n755BjqzqyN3 YGOdLg
NEXEDGE sử dụng AMBE + 2 ™ VOCODER, một công nghệ nén và số hóa giọng nói hiện đại Cải tiến Sửa lỗi Chuyển tiếp (FEC) và giảm nhiễu để có độ rõ nét vượt trội ở các cường độ tín hiệu khác nhau cho tất cả các tính năng cuộc gọi kỹ thuật số.
Hệ thống NEXEDGE sử dụng giao diện không khí kỹ thuật số NXDN, một bộ giao thức truyền thông kỹ thuật số sử dụng FSK 4 cấp (4LFSK) điều chế có khả năng hoạt động ở băng thông 12,5 kHz và 6,25 kHz Bảo mật giọng nói NEXEDGE tăng cường sự an toàn cho nhân viên, giảm thiểu rủi ro và ngăn chặn các vi phạm thông tin có thể xảy ra bằng cách bảo vệ các thông tin liên lạc nhạy cảm
Loud & Clear - Nhờ Nâng cao (Xử lý kỹ thuật số)
-Yếu tố chính của giao diện không khí NXDN là bộ mã hóa giọng nói AMBE + 2 ™ giúp số hóa giọng nói trong khi vẫn giữ được sắc thái giọng nói tự nhiên, thực hiện giảm tiếng ồn, giới thiệu FEC và nén dữ liệu thoại để phù hợp với băng thông phổ vô tuyến di động mặt đất và tốc độ dữ liệu Tiếp theo, giao thức bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số (DSP) của radio gói dữ liệu vocoder, tín hiệu, điều khiển và FEC lại với nhau, chuyển đổi nó thành dạng sóng kỹ thuật số FSK 4 cấp được lọc duy nhất để điều chế máy phát Điều này dẫn đến giao diện không khí kỹ thuật số có tỷ lệ lỗi bit (BER) thấp, do đó bạn nhận được thông tin liên lạc mạnh mẽ ngay cả trong các khu vực cường độ tín hiệu yếu. Âm thanh rõ ràng vượt trội với Bảo hiểm mở rộng
-Khi cường độ tín hiệu RF suy yếu theo khoảng cách, việc thu tín hiệu tương tự ngày càng trở nên nhiễu và không liên tục BER thấp của NXDN cải thiện khả năng thu sóng ở các khu vực rìa, do đó tăng hiệu quả vùng phủ sóng lên tới 20% so với FM analog, dẫn đến tăng 50% vùng phủ sóng cho kỹ thuật số 6,25 kHz Hơn nữa, ngay cả so với hoạt động băng thông 12,5 kHz kỹ thuật số như DMR, băng thông 6,25 kHz hẹp hơn được kích hoạt bởi công nghệ FDMA của NXDN mở rộng phạm vi thêm 15% Bộ lọc máy thu hẹp hơn và do đó có thể giảm nhiễu.
Hiệu quả và ổn định phổ
Giao diện không khí NXDN có khả năng phù hợp với cả hoạt động kênh băng thông 12,5 kHz và 6,25 kHz để đảm bảo độ ổn định tần số ổn định, vượt qua tất cả các yêu cầu quy định và mặt nạ phát thải trong tất cả các băng tần Hơn nữa, chế độ băng thông 6,25 kHz hẹp hơn cung cấp CNR (tỷ lệ sóng mang trên nhiễu) cao, vì vậy bộ đàm có thể liên lạc ở khoảng cách xa hơn.
Xác thực đài phát thanh ESN
