Thiết kế mạch in (PCB Design) là một kĩ năng bắt buộc của một Hardware Engineer hay kĩ sư phần cứng. Dựa vào các linh kiện, cấu kiện điện tử, tạo ra các mạch điện phục vụ đời sống và xã hội.
Ở Việt Nam kĩ sư phần cứng là một trong những công việc có đãi ngộ rất tốt, một kĩ sư phần cứng có thể học thêm lập trình, code để có thể trở thành Full Stack embedded Software Engineer (System Architect) hay còn gọi là Kĩ Sư Hệ Thống. Là một nhân tố quan trọng trong việc nghiên cứu và phát triển ( R&D) sản phẩm nhúng.
Vậy nên, trước khi đủ kĩ năng để trở thành 1 Hardware Engineer chính hiệu, chúng ta cần trau dồi và làm chủ kĩ năng thiết kế mạch in (PCB), hãy cùng mình tìm hiểu về nó nhé
Hiểu như thế nào về thiết kế mạch in
Mạch in là gì?
Bảng mạch in, bo mạch in hay PCB (printed circuit board) là một bảng mạch chất liệu cách điện, dùng phương pháp in để tạo hình các đường dây điện ở trên nó. Kết nối các linh kiện điện tử với nhau.
Một bảng mạch điện hoàn chỉnh sẽ bao gồm: PCB và linh kiện. Chúng được kết nối với nhau thông qua việc hàn thiếc. Bảng mạch đó có thể được kết nối với các thiết bị đầu cuối khác, hoặc nguồn thông qua các dây dẫn và jack, hub…
Vai trò của mạch in với đời sống
Chúng ta bắt gặp mạch in trong tất cả các thiết bị điện tử hiện nay từ đèn điện compact, led, tới các thiết bị thông minh như điện thoại, máy tính…. Khi nền công nghiệp càng phát triển thì các mạch điện tử càng nhỏ gọn hơn, đáp ứng được nhiều yêu cầu cao hơn.
Trong khi xu hướng của thế giới đang dần chuyển dịch từ các sản phẩm điện tử thông thường sang các sản phẩm thông minh, có thể kết nối Internet (IOT) thì việc thiết kế mạch in là một yếu tố quan trọng phát triển song song với lập trình, cụ thể là lập trình nhúng.
Các loại mạch in và cách chế tạo
Có 8 loại mạch in chúng ta thường hay bắt gặp nhất bao gồm:
FR4 PCB
Là loại mạch in phổ biến nhất thường có 1 lớp hoặc 2 lớp, giá thành rẻ, độ ổn định vừa. Thường bắt gặp trong các thiết bị dân dụng như đèn led, radio, ……
High Tg PCB
Hay mạch in Phíp thủy tinh, với mật độ sợi thủy tinh lớn, giúp mạch in cực kì khó bị bẻ gãy, khả năng cách điện cách nhiệt tốt. Hiện nay đang được sử dụng rất rộng rãi thay thế dần FR4 trong các sản phẩm nhúng, sản phẩm cao cấp hơn
HDI PCB
Mạch in có mật độ cao, thường thấy trong các thiết bị nhỏ hoặc tích hợp như máy tính, điện thoại, đồng hồ thông minh. Các loại mạch in này thường có nhiều hơn 2 lớp đến 6, 10 lớp. Giúp giảm kích thước của mạch, giảm điện áp hao phí. Vậy nên độ chính xác của tín hiệu rất cao.
Flexible PCB
Mạch in có thể uốn cong, mạch in mềm là một công nghệ cũng không quá mới mẻ, nhưng gần đây mới áp dụng lên nhiều sản phẩm. Thường thấy như LCD, màn hình, hay các thiết bị có thể uốn cong
MC PCB
Mạch in có nền kim loại, có thể tìm thấy trong các thanh led trang trí bằng nhôm, đèn tuýp led ….
RF PCB
Mạch in cho mạch tần số cao, thường thấy trong các thiết bị phát sóng vô tuyến, sóng radio
Heavy copper PCB
Mạch in có lớp đồng dày, thường được sử dụng trong các mạch công xuất, mạch có dòng điện tiêu thụ lớn.
Ceramic PCB
Mạch in có nền là gốm, nói thật là mình chưa nhìn thấy bao giờ ^^!
Cách chế tạo mạch in cũng rất nhiều, trong phạm vi bài này mình sẽ không nói quá nhiều. Các bạn có thể tham khảo tại: đây
Thiết kế mạch in là gì?
Thiết kế mạch in là việc phát triển những yêu cầu cụ thể của thiết bị thành sơ đồ nguyên lý, sau đó sắp xếp linh kiện và vẽ các đường dây nối chúng với nhau. Công việc thiết kế mạch in thường chia thành 2 giai đoạn:
- Thiết kế mạch nguyên lý: Yêu cầu cần có 1 hiểu biết nhất định về mạch điện tử và linh kiện điện tử, từ những bài toán cụ thể, chọn linh kiện và vẽ sơ đồ nguyên lý. Sơ đồ nguyên lý ảnh hưởng trực tiếp tới tính đúng đắn của mạch, một mạch điện sai nguyên lý coi như không thể sử dụng
- Thiết kế mạch in: Yêu cầu có 1 kiến thức về luật đi dây, tính toán độ dài, rộng của dây dẫn. Nắm rõ các quy tắc khi layout. Nhìn chung bước này khá đơn giản nhưng lại tốn nhiều thời gian với người mới. Việc thiết kế PCB không chuẩn sẽ dẫn tới mạch nhiễu, không đủ công xuất, ….
Công cụ, phần mềm thiết kế mạch in
Trên thị trương hiện nay có rất nhiều phần mềm để thiết kế mạch in có thể kể tới như:
EasyEDA
Một công cụ mới phát triển, sử dụng nền tảng Cloud, hiện đang là xu thế của thế giới. Việc phát triển trực tuyến giúp cho bạn không cần cài đặt phần mềm, lưu trữ dữ liệu trực tuyến, hỗ trợ thư viện rất tốt.
Thế nhưng để trở thành một phần mềm chuyên nghiệp thì EasyEDA còn thiếu rất nhiều, chủ yếu vẫn sử dụng cho các nhân và các nhóm vì tính tiện lợi của nó
Altium
Altium có lẽ là công cụ nổi tiếng và được nhiều nơi sử dụng nhất vì tính đa dụng và chuyên nghiệp của nó mang lại. Từ thiết kế PCB như các phần mềm bình thường, Altium còn có thể thiết kế tới mức vi mạch FPGA … Kĩ năng về Altium thường là kĩ năng bắt buộc khi trở thành kĩ sư phát triển phần cứng.
Tuy nhiên Altium cũng có 1 số hạn chế như: Thư viện linh kiện không quá tốt, nặng nề nên khó có thể sử dụng trên máy cấu hình yếu.
Eagle
Eagle là một phần mềm thiết kế điện công nghiệp có mã nguồn mở. Nhờ đó, nó đem lại cho người dùng nhiều thuận lợi trong việc thiết lập cũng giống như sử dụng. Đây là một phần mềm được sử dụng nhiều nhất trong giới thiết kế điện công nghiệp.
Nhược điểm đó là khá ít công cụ, cộng đồng hỗ trợ không mạnh
Proteus
Proteus là một trong số những công cụ thiết kế mạch được sinh ra từ đời đầu, phần mềm có đầy đủ các tính năng hỗ trợ người sử dụng thiết kế bảng mạch đơn giản cho đến phức tạp và mô phỏng chúng.
Các tính năng trên Proteus tập trung xoay quanh việc tạo đường nét, đường mạch cho bảng mạch một cách chi tiết. Công cụ Proteus rất gọn nhẹ và không yêu cầu hệ thống máy tính quá mạnh để chạy ứng dụng.
Tuy nhiên việc sở hữu quá nhiều công cụ khác nhau khiến các công cụ không được chuyên sâu, bạn có thể sử dụng Proteus như 1 phần mềm để nhập môn về nhúng.
Sprint Layout
Một công cụ được phát triển khá tốt với nhiều tính năng vẽ PCB mạnh, đặc biệt với chức năng sao chép mạch, rất phù hợp với dự án nhanh, mì ăn liền. Sprint Layout hướng người sử dụng tới việc vẽ mạch in thủ công (không qua nguyên lý) nên các công ty chuyên nghiệp cũng ít dùng.
Học thiết kế mạch in sẽ làm được gì, cơ hội nghề nghiệp Hardware designer
Hardware engineer thường sẽ chia thành 2 nhánh chính:
- Thiết kế mạch in PCB: thiết kế mạch ứng dụng trên các linh kiện có sẵn, thường thấy trong các công ty làm về nhúng
- Thiết kế chip: VSLI Enginer là công việc thiết kế Chip/IC/ASIC/SoC sử dụng thêm ngôn ngữ đặc tả phần cứng như VHDL hay Verilog
Thiết kế mạch in là một kĩ năng quan trọng khi trở thành Hardware Engineer, các kĩ sư phần cứng giỏi luôn được săn đón tại các công ty và tập đoàn lớn. Thậm chí nếu bạn giỏi ngoại ngữ có thể ứng tuyển cho các tập đoàn đa quốc gia với mức lương cực khủng.
Những kiến thức cơ bản khi học thiết kế mạch in
Kiến thức về linh kiện điện tử, cấu kiện điện tử
Kiến thức về mạch điện tử
Các dạng mạch thường gặp nhất
Kiến thức về đóng gói chân linh kiện (package và footprint)
Một bản thiết kế PCB cần những gì?
Serie Học thiết kế mạch in trên Altium cơ bản miễn phí
Nếu bạn là một người mới mà chưa biết học từ đâu, mình đã có 1 serie học thiết kế mạch in trên Altium, các bạn xem và follow theo từng bước sẽ làm chủ được phần mềm này.
Link bài viết: Học Altium từ A tới Z
Sau đó bạn có thể sử dụng thư viện mình đã Share để dùng trong các dự án của mình:
Link bài biết: Share thư viện Altium by khuenguyencreator
Thế nhưng mình biết rất nhiều bạn muốn học nhưng có rất nhiều khó khăn cản đường như:
- Thiếu động lực: cứ bật máy tính lên là không muốn học (chuyện thường tình )
- Làm theo nhưng không hiểu rõ đẫn tới học chưa sâu
- Không có bạn bè, cộng đồng hỗ trợ nhau
- Không có người hướng dẫn, giải đáp các thắc mắc
Vậy nên mình đã biên xoạn ra 1 khóa học Altium toàn diện nhất, giúp bạn vượt qua được những trở ngại trên
Khóa học thiết kế mạch in trên Altium toàn diện
Sau khóa học này bạn có được gì
- Hiểu được việc thiết kế mạch in làm những gì
- Tự tay phân tích yêu cầu và thiết kế mạch in cho 1 yêu cầu cụ thể
- Được thực hành các dự án thực tế, sản phẩm cụ thể
- Được sự hỗ trợ từ người hướng dẫn và các bạn trong lớp
- Có thể được giới thiệu công việc hoặc thực tập tới các công ty liên kết hợp tác
Khóa học dành cho ai
- Những bạn học sinh, sinh viên đang theo học các ngành điện tử, cơ điện tử, lập trình
- Những bạn đã ra trường nhưng cảm thấy kĩ năng mình còn yếu
- Tất cả những ai yêu thích và mong muốn trở thành kĩ sư phần cứng
Lộ trình khóa học
Phần 1: Giới thiệu
PCB là gì?
Học thiết kế PCB sẽ làm được những gì, cơ hội nghề nghiệp.
Phần mềm thiết kế mạch in hiện nay, lý do chọn Altium
Mục tiêu khóa học
Phần 2: Những kiến thức cơ bản cần nắm rõ
Kiến thức về linh kiện điện tử, kiến thức về mạch điện tử
Các loại mạch thường thấy trong thiết bị điện tử: Mạch logic, mạch công xuất, mạch nguồn, mạch tương tự
(audio)
Kiến thức về chân linh kiện (footprint)
Một bản thiết kế PCB bao gồm những gì
Phần 3: Làm quen với phần mềm Altium
Cài đặt phần mềm
Giới thiệu giao diện
Tạo 1 project, cách lưu trữ và đặt tên
Phần 4: Tạo thư viện linh kiện và sử dụng
Tự vẽ linh kiện theo datasheet
+ Các công cụ vẽ Symbol
+ Công cụ vẽ Footprint
+ Link symbol và footprint
+ Tìm và thêm 3D cho linh kiện
Tạo linh kiện theo công cụ có sẵn
Thư viện tích hợp là gì, cách tạo và sử dụng
Phần 5: Vẽ mạch nguyên lý Schematic
Mạch nguyên lý là gì?
Tiêu chuẩn cho 1 mạch nguyên lý
Vẽ mạch nguyên lý:
+ Lấy linh kiện ra
+ Các công cụ vẽ
+ Chia khối
+ Các công cụ thường sử dụng
Kiểm lỗi Schematic
+ Công cụ kiểm lỗi
+ Các lỗi thường gặp và cách khắc phục
Update nguyên lý qua PCB
Phần 6: Vẽ PCB
PCB là gì?
Một mạch PCB tiêu chuẩn gồm những thành phần nào.
Sắp xếp linh kiện trên PCB
+ Các công cụ sắp xếp
+ Nguyên tắc khi sắp xếp
Design rule và các thiết lập cơ bản
Vẽ PCB
+ Các công cụ vẽ
+ Các lưu ý khi vẽ
+ Nguyên tắc khi vẽ
+ Thay đổi chân linh kiện khi vẽ
+ Các thao tác phụ khi vẽKiểm lỗi PCB
+ Công cụ kiểm lỗi
+ Các lỗi thường gặp
Thêm các thành phần phụ trong PCB: TE, Tenting via, PG, pad, string …..
Phần 7: Xuất bản PCB
Công cụ nhân bản
Xuất file cần những gì
Xuất file khi đặt mạch in trung quốc
Phần 8: Đặt mạch in trung quốc JCLPCB
Cách xuất file khi đặt mạch TQ
Cách đặt mạch TQ
Phần 9: Kết thúc
Review mạch đã vẽ
Các khóa học liên quan
Chia sẻ một số thư viện bên ngoài
Cách add thư viện bên ngoài.
Đăng kí khóa học
Hiện nay, khóa học đang được tổ chức bởi Deviot, một đơn vị mà mình đang hợp tác cùng. Các bạn click vào link đăng kí và làm theo hướng dẫn nhé
Đăng kí khóa học tại Đây.
Kết
Học thiết kế mạch in là một bước khởi đầu quan trọng trên con đường sự nghiệp, có thể bạn không chọn trở thành hardware engineer thì kĩ năng này cũng giúp bạn rất nhiều trong các lĩnh vực khác.
Bạn có thể tự tay thiết kế, in mạch, hàn mạch, lập trình tạo ra các sản phẩm cho riêng mình và có thể thương mại chúng. Giống như các mạch trong phần dự án của mình.
Hãy cố gắng và chăm chỉ luyện tập, nhất định bạn sẽ thành công !!!