Mạch PCB là gì? Cấu tạo, ứng dụng & nguyên lý hoạt động (2025)

PCB đang trở nên rất phổ biến, là phần không thể thiếu trong hầu hết mọi linh kiện và thiết bị điện tử ngày nay. Chúng ta có thể bắt gặp thuật ngữ này ở trên các loại bảng điện, thiết bị điện tử... Vậy PCB là gì? Nó có cấu tạo và nguyên lý hoạt động ra sao? Chúng ta cùng đến với bài viết để tìm hiểu các thông tin chi tiết về PCB nhé.

Mạch PCB là gì?

→ Khái niệm

Mạch PCB (hay bản mạch PCB) là viết tắt của cụm từ tiếng Anh Printed Circuit Board, được dịch là Bản mạch in. Đây là một bảng (board) được làm từ vật liệu cách điện, trên đó có các đường dẫn điện (trace) và các điểm tiếp xúc (pad) được in hoặc khắc lên để kết nối các linh kiện điện tử (như IC, điện trở, tụ điện...) lại với nhau.

Nói đơn giản, PCB chính là "bộ xương" và "hệ thần kinh" của một thiết bị điện tử, cung cấp nền tảng cơ học để gắn kết các linh kiện và tạo ra các kết nối điện giữa chúng.

Bên trong mạch PCB, các linh kiện điện tử sẽ được kết nối với nhau mà không cần thông qua các dây dẫn điện rời rạc bên ngoài. Thay vào đó, các đường dẫn điện (thường làm bằng đồng) được tích hợp (in, khắc) ngay trên bề mặt của bảng mạch. Điều này giúp cho mạch điện trở nên cực kỳ gọn gàng, giảm thiểu độ phức tạp, chồng chéo và tăng độ tin cậy.

Anh em có thể gặp PCB trong hầu hết mọi thiết bị điện tử xung quanh mình, từ những thứ nhỏ bé như điện thoại di động, đồng hồ thông minh, đến những thứ phức tạp như TV, máy tính, thiết bị y tế, hệ thống điều khiển ô tô, và thậm chí là các tên lửa hay vệ tinh.

→ Lịch sử hình thành

Giờ thì anh em đã biết PCB là gì rồi, vậy nó được hình thành như thế nào?

Trước khi PCB ra đời, các mạch điện tử thời xưa được chế tạo bằng phương pháp nối dây (point-to-point construction). Các linh kiện điện tử (như bóng đèn chân không, điện trở, tụ điện) được gắn trên các bảng cách điện (như gỗ) và được kết nối với nhau bằng các sợi dây điện riêng lẻ, hàn trực tiếp vào chân linh kiện.

Anh em có thể tưởng tượng, với các mạch điện phức tạp, số lượng dây dẫn trở nên cực kỳ lớn, tạo thành một "mạng nhện" dây chằng chịt. Quá trình làm ra chúng rất vất vả, tiến độ chậm, đòi hỏi phải hàn thủ công từng mối nối một. Điều này dẫn đến nhiều vấn đề:

• Rất tốn không gian, mạch điện cồng kềnh.
• Dễ bị rối, chạm chập, đứt dây.
• Rất khó khăn để sản xuất hàng loạt với độ chính xác cao.
• Cực kỳ khó khăn để tìm lỗi và sửa chữa.

Khái niệm về bản mạch in (PCB) được phát minh bởi kỹ sư người Áo Paul Eisler vào khoảng năm 1936 và được phát triển mạnh mẽ sau Chiến tranh Thế giới thứ II, giúp giải quyết triệt để các vấn đề trên, mở đường cho cuộc cách mạng vi điện tử.

→ PCBA là gì? (Phân biệt PCB và PCBA)

Anh em sẽ thường nghe cả hai thuật ngữ PCB và PCBA. Chúng liên quan chặt chẽ nhưng không giống nhau:

• PCB (Printed Circuit Board): Là bản mạch in trống, chưa được gắn linh kiện. Nó chỉ là tấm bảng có các đường đồng và lỗ khoan.
• PCBA (Printed Circuit Board Assembly): Là viết tắt của "Bản mạch in đã được lắp ráp". Đây là tấm PCB đã hoàn thiện, đã được gắn (hàn) đầy đủ các linh kiện điện tử cần thiết như IC, điện trở, tụ điện... lên trên.

Quá trình tạo ra PCBA bao gồm việc đưa kem hàn lên PCB, đặt các linh kiện lên (bằng tay hoặc máy gắp đặt tự động SMT), và đưa qua lò hàn (hàn reflow) để làm nóng chảy kem hàn, tạo ra kết nối hoàn thiện giữa linh kiện và mạch in.

→ Cấu tạo 4 lớp cơ bản của PCB

Một bản mạch PCB, dù đơn giản hay phức tạp, đều được cấu tạo từ 4 lớp vật liệu cơ bản được ép chặt vào nhau:

• 1. Lớp nền (Substrate): Đây là lớp vật liệu cách điện, tạo độ cứng và là "bộ xương" cho toàn bộ mạch in. Vật liệu phổ biến nhất là FR4 (Flame Retardant 4), là một loại phíp thủy tinh (fiberglass) được ngâm tẩm nhựa epoxy, có khả năng cách điện tốt và chống cháy. Các loại PCB rẻ tiền hơn có thể dùng vật liệu phíp giấy (như CEM-1). Các loại PCB cao cấp (dùng cho tần số cao, tản nhiệt tốt) có thể dùng nền gốm (ceramic), nền nhôm (aluminum), hoặc các vật liệu linh hoạt (như Polyamide, PEEK).
• 2. Lớp đồng (Copper Layer): Là một lớp lá đồng mỏng được ép dính lên lớp nền. Đây chính là vật liệu dẫn điện. Trên PCB 1 lớp, lớp đồng này chỉ có ở một mặt. Trên PCB 2 lớp, nó có ở cả hai mặt. PCB nhiều lớp sẽ có nhiều lớp đồng xen kẽ với các lớp nền. Bằng quá trình ăn mòn hóa học (etching), phần đồng không mong muốn sẽ bị loại bỏ, chỉ để lại các đường dẫn (trace) và điểm tiếp xúc (pad) theo đúng thiết kế.
• 3. Lớp mặt nạ hàn (Solder Mask): Đây là lớp phủ lên trên cùng của lớp đồng (anh em thường thấy là lớp màu xanh lá cây, nhưng cũng có thể là màu đỏ, đen, trắng, xanh dương...). Lớp này có 2 nhiệm vụ chính: (1) Cách điện cho các đường mạch đồng, chống oxy hóa; (2) Ngăn chặn chì hàn dính nhầm (tạo cầu nối - solder bridge) giữa các chân linh kiện hoặc các đường mạch gần nhau trong quá trình hàn. Lớp này sẽ để hở ra các điểm (pad) cần hàn linh kiện.
• 4. Lớp in lụa (Silkscreen): Là lớp mực (thường là màu trắng) được in lên trên cùng của lớp Solder Mask. Lớp này dùng để in các ký hiệu, tên linh kiện (ví dụ: R1, C1, U1), logo, số phiên bản... giúp cho việc lắp ráp và sửa chữa mạch điện trở nên dễ dàng hơn.

2. Ứng dụng của bảng mạch PCB trong cuộc sống

Như đã nói, bản mạch PCB hiện tại đang được ứng dụng trong hầu hết các thiết bị điện tử, từ đơn giản đến phức tạp:

• Điện tử tiêu dùng: Điện thoại di động, máy tính bảng, laptop, máy tính để bàn (mainboard, card đồ họa, RAM...), TV, điều khiển từ xa, máy chơi game, đồ gia dụng thông minh...
• Thiết bị y tế: Máy đo nhịp tim, máy chụp X-quang, CT scanner, máy theo dõi bệnh nhân, thiết bị cấy ghép... PCB trong y tế đòi hỏi độ tin cậy và tiêu chuẩn vệ sinh cực cao.

• Công nghiệp: Máy móc sản xuất tự động hóa, hệ thống PLC (Programmable Logic Controller), robot công nghiệp, bộ nguồn công nghiệp, hệ thống đo lường và kiểm soát...

• Hàng không & Vũ trụ: Máy bay, vệ tinh, tàu con thoi, hệ thống định vị GPS... Các PCB này đòi hỏi phải siêu bền, trọng lượng nhẹ, và chịu được các điều kiện rung động, nhiệt độ khắc nghiệt.

• Quân sự: Hệ thống radar, hệ thống định vị, tên lửa, robot quân sự, thiết bị liên lạc... PCB dùng trong quân sự có yêu cầu cực kỳ cao về độ bền, độ tin cậy và khả năng chống chịu va đập, rung sốc.

• Ô tô: Hệ thống điều khiển động cơ (ECU), hệ thống phanh ABS, hệ thống giải trí, GPS, hệ thống cảm biến...

3. Các thuật ngữ chuyên ngành cần biết trong mạch PCB

Để hiểu sâu hơn về PCB, anh em cần làm quen với một số thuật ngữ chuyên ngành sau:

• Annular Ring (Vòng khuyên): Là phần vòng đồng được mạ xung quanh một lỗ khoan xuyên (plated through hole) trên PCB, dùng để tạo kết nối điện và cơ khí cho chân linh kiện.
• DRC (Design Rule Check): Kiểm tra quy tắc thiết kế. Đây là một bước kiểm tra tự động bằng phần mềm sau khi vẽ xong mạch, để đảm bảo thiết kế không vi phạm các quy tắc sản xuất (ví dụ: hai đường mạch quá gần nhau gây chạm, đường mạch quá mỏng, lỗ khoan quá nhỏ...).
• Drill Hit (Lỗ khoan): Là các lỗ được khoan trên bề mặt PCB, dùng để cắm chân linh kiện (through-hole), làm via (kết nối các lớp), hoặc để bắt vít.
• Finger (Chân cắm): Là các đường pad kim loại mạ vàng, xếp thẳng hàng dọc theo cạnh của mạch in. Chúng được dùng để cắm vào các khe cắm (connector) để kết nối giữa hai bảng mạch (ví dụ phổ biến là chân cắm của RAM máy tính hoặc card đồ họa).
• Panel (Bảng mạch lớn): Trong sản xuất hàng loạt, nhiều bản mạch PCB nhỏ sẽ được ghép lại thành một bảng mạch lớn (panel) để gia công đồng thời (quét kem hàn, gắp đặt linh kiện, hàn...). Sau khi hoàn tất, các mạch nhỏ sẽ được tách ra.
• Mouse Bites (Lỗ phá): Một cách để tách các PCB nhỏ ra khỏi panel. Nó là các lỗ khoan nhỏ liên tiếp nằm gần nhau, tạo ra một đường yếu để có thể bẻ gãy mà không làm hỏng mạch.
• Pad (Điểm hàn): Là phần bề mặt đồng được để hở (không phủ soldermask) trên PCB, dùng làm nơi để hàn chân linh kiện vào.
• Paste Stencil (Mặt nạ kem hàn): Là một tấm kim loại mỏng (thường là thép không gỉ) được cắt laser các lỗ tương ứng với vị trí các pad SMT (linh kiện dán). Nó được dùng để quét kem hàn (solder paste) lên PCB một cách chính xác trước khi đặt linh kiện.
• Silkscreen (Lớp in lụa): Lớp mực trắng (hoặc màu khác) in lên trên cùng để ghi tên, ký hiệu linh kiện.
• Solder Mask (Mặt nạ hàn): Lớp phủ bảo vệ (thường là màu xanh lá) phủ lên các đường đồng, chỉ để hở các pad hàn.
• SMT (Surface Mount Technology - Công nghệ dán bề mặt): Phương pháp hàn linh kiện mà không cần khoan lỗ, linh kiện (SMD) được đặt trực tiếp lên các pad trên bề mặt PCB. Đây là công nghệ phổ biến nhất hiện nay.
• THT (Through-Hole Technology - Công nghệ xuyên lỗ): Phương pháp hàn linh kiện bằng cách cắm chân linh kiện xuyên qua các lỗ đã khoan trên PCB.
• Trace (Đường mạch): Là các đường dẫn bằng đồng trên PCB, dùng để kết nối điện giữa các linh kiện.
• V-Score (Đường rạch chữ V): Một cách khác để tách các PCB ra khỏi panel, bằng cách rạch các đường chữ V ở cả hai mặt bảng mạch, tạo thành đường yếu để bẻ gãy.
• Via (Lỗ xuyên): Là một lỗ khoan nhỏ được mạ điện bên trong, dùng để kết nối đường mạch (trace) giữa các lớp khác nhau của PCB (ví dụ: từ lớp trên xuống lớp dưới).
• Wave Solder (Hàn sóng): Một phương pháp hàn hàng loạt cho các linh kiện xuyên lỗ (THT). Toàn bộ mặt dưới của PCB sẽ được đưa qua một "sóng" chì hàn nóng chảy, chì hàn sẽ bám vào các chân linh kiện và pad.

4. Có bao nhiêu loại PCB? (Phân loại)

Có nhiều cách phân loại PCB, nhưng phổ biến nhất là dựa trên số lớp đồng và độ cứng:

#1 PCB 1 lớp (Single-Sided PCB)

Đây là loại PCB cơ bản và đơn giản nhất. Nó chỉ có một lớp vật liệu dẫn điện (đồng) ở một mặt của tấm nền cách điện.

Do tính đơn giản, dễ thiết kế, dễ sản xuất và chi phí rất rẻ, PCB 1 lớp được sử dụng cực kỳ nhiều trong các thiết bị điện tử đơn giản, có chi phí thấp và sản xuất số lượng lớn như: điều khiển từ xa, máy tính bỏ túi, radio, đồ chơi, bộ nguồn đơn giản...

#2 PCB 2 lớp (Double-Sided PCB)

Còn được gọi là PCB 2 mặt. Loại PCB này có hai lớp đồng mỏng ở cả mặt trên và mặt dưới của tấm nền. Để kết nối các đường mạch giữa hai mặt, người ta sử dụng các lỗ xuyên (via) được mạ điện.

PCB 2 lớp cho phép thiết kế mạch điện phức tạp hơn, mật độ linh kiện cao hơn và kích thước mạch nhỏ gọn hơn so với PCB 1 lớp. Nó có tính linh hoạt cao, chi phí hợp lý, và là loại PCB được sử dụng cực kỳ phổ biến trong: hệ thống điều khiển công nghiệp, bộ nguồn (PSU), hệ thống UPS, bộ khuếch đại âm thanh, hệ thống giám sát...

#3 PCB nhiều lớp (Multi-Layer PCB)

Đúng như tên gọi, PCB nhiều lớp có nhiều hơn hai lớp đồng (ví dụ: 4 lớp, 6 lớp, 8 lớp... có thể lên đến hàng chục lớp). Các lớp đồng (dẫn điện) được xen kẽ với các lớp vật liệu nền (cách điện) và được ép lại với nhau dưới nhiệt độ và áp suất cao.

PCB nhiều lớp cho phép thiết kế các mạch điện cực kỳ phức tạp trong một kích thước siêu nhỏ gọn. Nó giúp cải thiện hiệu suất điện (giảm nhiễu, quản lý trở kháng tốt hơn). Loại này được sử dụng trong các thiết bị điện tử tinh vi như: bo mạch chủ máy tính (mainboard), card đồ họa, điện thoại thông minh, công nghệ GPS, hệ thống vệ tinh, thiết bị y tế cao cấp...

#4 PCB dẻo (Flexible PCB / Flex Circuit)

PCB dẻo (hay mạch Flex) là loại PCB được làm trên một tấm nền có thể uốn cong, gập lại được. Vật liệu nền thường là các polymer dẻo như Polyimide (Kapton) hoặc PEEK.

Ưu điểm lớn nhất của nó là khả năng uốn dẻo, giúp tiết kiệm không gian, giảm trọng lượng, và phù hợp với các thiết bị có hình dạng phức tạp, cần chuyển động. Nó thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp như ô tô (cáp kết nối), điện tử tiêu dùng (cáp nối màn hình điện thoại, máy ảnh), thiết bị đeo, pin mặt trời dẻo...

#5 PCB cứng (Rigid PCB)

Đây là thuật ngữ dùng để chỉ các loại PCB thông thường (như PCB 1 lớp, 2 lớp, nhiều lớp ở trên) sử dụng vật liệu nền rắn chắc, cứng cáp (như FR4, CEM-1, Nhôm), không thể uốn cong được.

Đây là loại PCB phổ biến nhất, có độ bền cơ học cao, tuổi thọ dài, được tin dùng trong hầu hết các thiết bị điện tử như RAM, GPU, CPU (trên mainboard), và hàng ngàn ứng dụng khác.

#6 PCB dẻo - cứng (Flex-Rigid PCB)

Đây là một loại mạch lai, kết hợp giữa các phần mạch cứng (Rigid PCB) và các phần mạch dẻo (Flex PCB), được liên kết vĩnh viễn với nhau. Các phần cứng dùng để gắn linh kiện, còn các phần dẻo dùng làm dây cáp kết nối, uốn lượn theo thiết kế của vỏ máy.

Loại này giúp giảm thiểu số lượng cổng kết nối (connector), tăng độ tin cậy, giảm kích thước tổng thể. Nó thường được sử dụng trong các thiết bị yêu cầu độ nhỏ gọn và phức tạp cao như máy ảnh kỹ thuật số, điện thoại di động cao cấp, thiết bị quân sự, ô tô...

Tham khảo thêm tại Mecsu

MUA NGAY HÀNG CÔNG NGHIỆP CÓ SẴN - GIAO NGAY TẠI MECSU

Mời anh em xem thêm:

•  IC 555 là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động IC 555
•  GPIO là gì? Cấu hình GPIO Input & Output chuẩn
• RCA là gì? So sánh giữa RCA với HDMI

Và đó là toàn bộ thông tin mà mình có thể chia sẻ được cho các bạn về mạch PCB, bao gồm PCB là gì, cấu tạo, ứng dụng, phân loại và các thuật ngữ liên quan. Cảm ơn anh em đã theo dõi bài viết, chúc anh em có nhiều thành công và may mắn!