Giáo trình Thiết kế thi công board mạch điện tử

ơn với 
môi trường. 
Ngoài những ưu điểm nêu trên, việc đưa in mạch điện tử vào sản xuất thực tế 
cũng như năng suất của nó vẫn còn thấp so với điện tử truyền thống. Do đó, in 
mạch điện tử được xem là phần bổ sung hơn là phần cạnh tranh với sản phẩm 
điện tử nền silicon. 
In mạch điện tử được mong đợi sử dụng cho các ứng dụng không những có đặc 
tính thấp mà còn gía thành thấp. Những ứng dụng khác như thay thế sản phẩm 
không dùng điện truyền thống bằng sản phẩm điện tử mới, ví dụ bảng thông 
minh, các poster trang trí, poster động và quần áo động. Người ta cũng nhắm 
đến các sản phẩm có diện tích lớn, linh hoạt và sản phẩm không phẳng như màn 
hình cuốn lại được hay các màn hình cảm biến. 
Tổng quan 
In mạch điện tử có thể chia thành 2 chủ đề nhỏ. (1) vật liệu dùng trong in: mực 
in, có thể là các chất dẫn, chất điện môi, điện trở hoặc các chất bán dẫn; (2) các 
công nghệ in được sử dụng, thông dụng nhất có in phun, in lưới, in ống đồng, in 
offset và in flexo. Các ví dụ của từng chủ đề sẽ được nêu ra trong bảng danh 
sách bên dưới. Vì phạm vi rộng nên phần còn lại của báo viết phần lớn sẽ tìm 
hiểu thông tin in từ góc nhìn của công nghệ nano. Các ứng dụng tập trung vào 
công nghệ thông tin và truyền thông. 
Các phương pháp in 
In mạch điện tử là phương pháp gia công cộng thêm, khi mà vật liệu chức năng 
được giữ lại một cách có kiểm soát để in các mẫu mong muốn mà không tạo vật 
liệu thừa. Trong các phương pháp in đã đề cập (flexo, ống đồng, offset, và in 
lưới), phần tử mang hình ảnh tiếp xúc trực tiếp với vật nền. Đây là những 
phương pháp thường được sử dụng nhất. 
Ngoài những phương pháp in truyền thống kể trên, xin được đề cập đến một 
phương pháp in mới: IN DẬP NANO. 
Hiện có nhiều loại in litho nano imprint khác nhau, nhưng 2 loại quan trọng nhất 
 -160- 
là in dập nano nhựa nhiệt dẻo và quang hoá. 
In dập nano ép nóng: 
• Một lớp polymer nhiệt dẻo được phủ lên vật nền 
• Khuôn (là các khuôn đầu nhọn được xác định trước) đặt tiếp xúc với vật liệu 
nền. 
• Hình ảnh trên khuôn được ép xuống màng phim polymer mềm sau khi đã gia 
nhiệt để truyền hình ảnh. 
• Khuôn được tách ra và vi mạch trên vật nền xuất hiện khi được làm lạnh. 
In dập nano quang: 
• Khuôn thường được làm từ vật liệu trong suốt như silica nóng chảy 
• Một dung dịch nhạy sáng có thể đóng rắn dưới tác động quang (thường là 
UV), được phủ lên vật liệu nền. 
• Ép khuôn và nền với nhau 
• Lớp nhạy sáng được đóng rắn dưới tác động của tia UV và trở nên cứng 
• Sau khi tách khuôn, một quy trình truyền hình ảnh tương tự có thể sử dụng để 
truyền hình ảnh trên lớp cản sang vật liệu bên dưới 
Chú ý: việc sử dụng khuôn có lớp nhạy sáng đóng rắn dưới tác động của tia UV 
khó hoạt động trong môi trường chân không, vì ngàm cặp chân không không thể 
giữ được khuôn. 
Dữ liệu trong bảng 1 có thể chênh lệch một ít so với thực tế. Theo một số 
chuyên gia, in ống đồng có thể đạt độ phân giải lên tới 2000 lines/cm nếu khắc 
lõm tốt. Bề dày màng mực của in ống đồng có thể là 0.05-7 µm và in lưới là 1-
25 µm trong 1 lượt in (tương tự với in flexo và in offset). In phun đòi hỏi nhiều 
lần in chồng lên nhau, có khi cả hàng tá lượt in mới đạt được bề dày mực là 0.1-
3 µm. Nét mảnh nhất có thể in được của các PP in trong bảng 1 được cho là lạc 
quan đối với tất cả các phương pháp. Nét mảnh nhất có thể in được cho in phun 
là 30 µm và trung bình cho các phương pháp còn lại là 50 µm. Độ định màu 
cũng được cho là lạc quan đối với các phương pháp in khác, trừ in flexo. 
Mực 
Công thức mực là điều quan trọng nhất. Việc sử dụng các vật liệu chức năng và 
các hạt nano trong sản xuất mực đã mở rộng phạm vi ứng dụng của in mạch điện 
tử. Trong tương lai không xa, nhà cung cấp nào đi theo hướng vật liệu mực in 
mới và xây dựng cơ sở sản xuất mực số lượng lớn, sẽ đóng vai trò quan trọng 
trong công cuộc phát triển và thương mại hoá. 
Mực in thường có dạng gốc nước, gốc dung môi hay đóng rắn UV. Do yêu cầu 
về độ nhớt, từng kỹ thuật in khác nhau có nhiều đòi hỏi khác như ứng suất bề 
mặt, mật độ, tốc độ bay hơi, kích cỡ hạt, hàm lượng rắn, thời gian sử dụng và 
khả năng bay hơi. 
 -161- 
Chi tiết hơn về vật liệu nano có thể tìm thấy ở báo cáo về Vật liệu. 
Tính chất khoa học và công nghệ 
• Nghiên cứu và phát triển 
Hiện nay, toàn bộ lĩnh vực in mạch điện tử bản thân nó không được xem là một 
công nghệ nano. Tuy nhiên, in mạch điện tử có thể sử dụng nhiều loại mực nano 
khác nhau. Chúng ta cũng đánh giá là in mạch điện tử có thể in được các cấu 
trúc cỡ nano. Các chuyên gia tin rằng các cấu trúc cỡ nano có thể in bằng 
phương pháp in Flexo, in ống đồng, in phun và in dập nano. 
Trong phần này sẽ đề cập đến công nghệ cao trong mực in hạt nano. Công nghệ 
in cấu trúc cỡ nano sẽ được bàn trong phần kế tiếp. 
- Mực nano kim loại 
Mực nano kim loại có khả năng dẫn điện do sự phân tán đều các hạt kim loại cỡ 
nano trong một dung môi. Hiện nay thị trường cho loại vật liệu này còn rất nhỏ. 
Mục đích chính của mực nano kim loại không phải là một vật liệu hay quy trình 
thay thế cho truyền thống, mà là tạo ra công cụ thế hệ mới. Thị trường sẽ tăng 
trưởng nhờ vào sự thương mại hoá công cụ mới này. 
Chất bán dẫn và vật liệu cách điện phát triển theo sự phát triển của quy trình in 
phun. Vẫn còn một vài thách thức về độ bền, tính chất vật liệu và quy trình sản 
xuất hàng loạt. Một khi vượt qua các thử thách trên, thì việc sản xuất loại vật 
liệu này phục vụ in mạch điện tử sẽ phát triển. Người ta tin rằng các khó khăn 
trên sẽ được vượt qua vào năm 2012. 
- Mực ống nano Carbon 
Mực dẫn điện được làm bằng các kim loại quý như vàng hay bạc vì chúng là các 
chất dẫn điện tốt và không bị oxy hoá, nhưng giá thành vật liệu này rất cao. 
Đồng thì rẻ hơn nhưng lại bị oxy hoá với không khí. Norman Lchinger ở ETH 
Zurich đã cho graphit phủ ngoài các hạt nano đồng, tổng hợp các hạt nano và 
phủ ngoài bằng 1 lớp vỏ graphit bảo vệ. Bản thân loại mực này có độ nhớt tương 
đương với các mực thông thường, và có thể dùng cho máy in phun tại nhà. Tuy 
nhiên, khả năng dẫn điện của loại mực này vẫn thấp hơn vàng và bạc. 
Tập đoàn công nghệ Nano Tây Nam (SWeNT) xác nhận đã có mực dạng ống 
nano cho các ứng dụng thương mại. Người ta đã dùng ống nano carbon của 
SWeNT phân tán trong công thức mực được phát triển bởi một đối tác của họ là 
Charm Technologies. Công ty tuyên bố rằng độ nhớt của mực có thể kiểm soát 
để phù hợp tối đa với tất cả các quy trình in, và sự khô xảy ra ở dưới 1000C. 
Một thử thách đặt ra là tách các ống nano bán dẫn với các ống nano kim loại. 
Các nhà nghiên cứu ở Dupont và Cornell đã có giải pháp cho vấn đề này bằng 
cách biến đổi các ống nano carbon như kim loại bằng cách thêm các phân tử 
Flour trong một quá trình gọi là nối vòng. 
Một nghiên cứu gần đây của các nhà nghiên cứu người Pháp và Đức - báo cáo 
trong công nghệ Nano, đã tạo một bộ tiếp nhận sóng vô tuyến có khả năng hiệu 
chỉnh được bằng cách in mực carbon dạng ống nano trên giấy. Các nhà nghiên 
cứu tại đại học Helsinki đã sử dụng hạt nano đồng và dùng PEI (polyethylene 
imine) hoặc TEPA (tetra-ethylenepentamine) như một lớp bảo vệ. Các hạt nano 
sau khi phủ có thể kết lại ở nhiệt độ 150-200oC và tiếp tục thể hiện khả năng 
 -162- 
dẫn điện tốt. 
Ứng dụng công nghệ Nano có thể phát triển hạt mực nano đồng và in chúng trên 
giấy nền. Các công ty cũng phát triển dòng mực sử dụng Nicken. 
• In mạch điện tử các cấu trúc nano 
Các nhà khoa học nhất trí rằng việc sản xuất các vi mạch kích cỡ nano là một 
công việc khó khăn đối với in điện tử. Hiện nay, đã có thể in được các vi mạch 
cỡ micro. Việc sản xuất in nano hàng loạt các vi mạch dưới 100nm khá khó 
khăn ngay cả với phươg pháp in dập nano. Các chuyên gia tin rằng in ống đồng 
và in flexo sẽ không bao giờ đạt được kích cỡ nano với công nghệ hiện nay. Lợi 
nhuận của thị trường in mạch điện tử có ở khắp mọi nơi. Vậy liệu in phun có đạt 
được cấu trúc kích cỡ nano hay không? 
Phần lớn các ứng dụng trong công nghệ thông tin và truyền thông (ICT) không 
đòi hỏi in kích cỡ nano. Hầu hết các ứng dụng này (đặc biệt là màn hình) chỉ đòi 
hỏi in mẫu cỡ micro. Các ứng dụng in mẫu cỡ nano dường như chỉ tập trung vào 
mảng quang học và sinh học. 
Dựa trên ý kiến của các chuyên gia, ta có thể thấy in dập nano có khả năng ứng 
dụng trong thực tế. Tương tự, khả năng in cấu trúc cỡ nano của nó hiện thời 
cũng cao nhất. Cả in ống đồng và in flexo vẫn còn ở giai đoạn nghiên cứu cơ 
bản. Một số chuyên gia vẫn không tin vào khả năng in được cấu trúc nano của 2 
phương pháp này. 
 Nhu cầu bổ sung cho nghiên cứu 
Thách thức lớn nhất nằm ở chỗ vận hành toàn bộ hệ thống. Công nghệ là đa 
ngành, yêu cầu kỹ năng từ vật liệu tiên tiến đến in ấn và kết hợp toàn hệ thống, 
vì vậy cần có sự tương tác giữa các cá nhân và tổ chức để có thể làm việc chặt 
chẽ với nhau. 
- Nhu cầu in mạch điện tử và các tính toán liệu có khả thi? 
Như đã trình bày trong các phần trước, sản xuất in mạch điện tử mang lại rất 
nhiều ưu điểm so với sản xuất điện tử truyền thống đối với loại điện tử tính năng 
thấp. Giá trị của nó nằm ở chỗ sản xuất nhanh, số lượng không hạn chế và giá 
vốn tương đối thấp. Vấn đề hiện nay nằm ở khía cạnh công nghệ thúc đẩy điều 
gì và công nghệ cần gì. Điều thật sự cần thiết là phải xác định giá trị của các ứng 
dụng gia tăng nào là cần thiết. Một vấn đề khác lớn hơn nữa là những vấn đề 
tính toán của vi mạch (IC) có thể nổi lên sớm hơn các giới hạn vật chất của định 
luật Moore, nên cần có nhiều nghiên cứu hơn về tính toán hiệu quả hơn nữa. 
Một trong những thách thức của in các sản phẩm ít thông tin là ở chỗ thiếu công 
 -163- 
nghệ dẫn truyền tín hiệu. Hiện nay đơn vị thông tin nhỏ nhất được lưu giữ trên 1 
con chíp. Tuy nhiên, những con chip với hàng ngàn tranzitor bao gồm một 
lượng tương đương vốn hiểu biết như máy tính đời đầu. Một số ứng dụng tương 
lai như lưu giữ nhân dạng cá nhân (ID) của từng người trên một con chip sẽ chỉ 
cần thông tin chứa trong một vài tranzitor, nhưng ngày nay chúng ta chưa có 
công nghệ xử lý dữ liệu từ một vài tranzitor. 
- Tối ưu hoá các thông số 
Xét theo quy trình sản xuất, các thông số dưới đây cần phải được tối ưu hoá và 
nâng cao: 
• Nét mảnh nhất và độ rộng khe giữa các nét mảnh nhất 
• Biến dạng vật liệu nền 
• Độ chính xác chồng màu 
• Năng suất in 
• Độ dày lớp mực và độ đồng đều 
• Thời gian khô 
• Thời gian đóng rắn 
• Sự tương thích dung môi, độ nhớt và độ thấm ướt 
• Tính năng vật liệu 
6.Thi công mạch dựa vào sơ đồ nguyên lý 
Bài 1: Thi công mạch nguồn tổng hợp: 
Sơ đồ nguyên lý 
 -164- 
Bài 2: Thi công mạch đếm 00-99 sử dụng IC7490 
Sơ đồ nguyên lý 
C
K
A
14
Q
0
12
C
K
B
1
Q
1
9
Q
2
8
Q
3
11
R
0
(1
)
2
R
0
(2
)
3
R
9
(1
)
6
R
9
(2
)
7
U1
7490
A
7
Q
A
13
B
1
Q
B
12
C
2
Q
C
11
D
6
Q
D
10
B
I/
R
B
O
4
Q
E
9
R
B
I
5
Q
F
15
LT
3
Q
G
14
U2
74247
U3(CKA)
C
K
A
14
Q
0
12
C
K
B
1
Q
1
9
Q
2
8
Q
3
11
R
0
(1
)
2
R
0
(2
)
3
R
9
(1
)
6
R
9
(2
)
7
U3
7490
A
7
Q
A
13
B
1
Q
B
12
C
2
Q
C
11
D
6
Q
D
10
B
I/
R
B
O
4
Q
E
9
R
B
I
5
Q
F
15
LT
3
Q
G
14
U4
74247
1
2
J1
26640201RP2
 -165- 
Bài 3: Thi công mạch đếm sử dụng IC7490 
Sơ đồ bố trí linh kiện
Bài 4. Mạch điều khiển led đơn sử dụng 8951 
Sơ đồ nguyên lý 
R
9
R
HI
R
4
1
0
K
U
6
7
4
9
0
A
1
4 1
1
2
9 8 1
1
5
10
2 3 6 7
C
L
K
A
C
L
K
B
Q
A
Q
B
Q
C
Q
D
VCC
GND
R
0
1
R
0
2
R
9
1
R
9
2
D
1
7
 D
O
A
N
1
2
4
5
3
6
7
9
10
8
R
1
1
K
U
2
7
4
4
7
7 1 2 6
4
53
1
3
1
2
1
1
1
0
9 1
5
1
4
16 8
D
0
D
1
D
2
D
3
B
I/
R
B
O
R
B
I
L
T
A B C D E F G
VCC GND
R
8
RR
1
1
RR
1
0
R
J
1
N
G
U
O
N12
R
1
2
R
C
1
2
2
0
U
F
V
R
31
2
R
7
R
Q
1
N
P
N
C
2
2
2
0
U
F
R
5
1
0
0
R
1
3
RR
6
R
-
+
D
2
D
IO
D
E
 B
R
ID
G
E
_
4
2
1
3
1
4
3
2
0
Q
T
R
U
4
7
8
0
5
1
2
3
IN
GND
OUT
 -166- 
Sơ đồ bố trí linh kiện và mạch in 
Bài 5: Mạch điều khiển led đơn sử dụng IC89C2051 
Sơ đồ nguyên lý 
JP1
RA 8
1
2
3
4
5
6
7
8
R3
1k
J1
N
G
U
O
N
1
2
R10
1k
0
U2
89C51
9
18
19
2
0
29
30
31
4
0
1
2
3
4
5
6
7
8
21
22
23
24
25
26
27
28
10
11
12
13
14
15
16
17
39
38
37
36
35
34
33
32
RST
XTAL2
XTAL1
G
N
D
PSEN
ALE/PROG
EA/VPP
V
C
C
P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
P1.7
P2.0/A8
P2.1/A9
P2.2/A10
P2.3/A11
P2.4/A12
P2.5/A13
P2.6/A14
P2.7/A15
P3.0/RXD
P3.1/TXD
P3.2/INT0
P3.3/INT1
P3.4/T0
P3.5/T1
P3.6/WR
P3.7/RD
P0.0/AD0
P0.1/AD1
P0.2/AD2
P0.3/AD3
P0.4/AD4
P0.5/AD5
P0.6/AD6
P0.7/AD7
H
I
D4
LED
R4
1k
D7
LED
R6
1k
R7
1k
D3
LED
S1
NUT NHAN
R9
1k
JP2
RA 8
1
2
3
4
5
6
7
8
C2
104
JP4
RA 8
1
2
3
4
5
6
7
8
Y1
ANH
C3
470UF
R8
1k
R1
1k
C1
104
R5
1k
D8
LED
D1
LED
R2
1k
D6
LED
D2
LED
D5
LED
 -167- 
Sơ đồ bố trí linh kiện và mạch in 
Bài 6: Mạch điều khiển tải 220Vac theo ánh sáng 
R11
R
R9
R S2
NUT NHAN
9V 4,5V
R5
R
R13
R
R7
R
R12
R
R8
R
0V
C2
1n
S3
NUT NHAN
U2
7805
1 2 3
IN G
N
D
O
U
T
D3
DIODE
1
2
D1
DIODE
1
2
R4
R
U1
AT89C2051
1
1
0
2
0
5
4
12
13
14
15
16
17
18
19
2
3
6
7
8
9
11
RST/VPP
G
N
D
V
C
C
XTAL1
XTAL2
P1.0/AIN0
P1.1/AIN1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
P1.7
P3.0/RXD
P3.1/TXD
P3.2/INT0
P3.3/INT1
P3.4/T0
P3.5/T1
P3.7
C3
1n
C4
1n
S1
NUT NHAN R14
R
C6
1n
C1
1n
R6
R
C5
1n S4
NUT NHAN
D2
DIODE
1 2
R10
R
J1
CON3
1 2 3
J3
CON8
1
2
3
4
5
6
7
8
R3
R
X1
QZP100K
R2
R
J2
CON4
1
2
3
4
 -168- 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Kĩ thuật điện tử 1 Lê Xuân Thế, Nguyễn Kim Giao - NXB Giáo 
dục, Hà Nội, 2003 
[2] Kĩ thuật điện tử Đỗ Xuân Thụ - NXB Giáo dục, Hà Nội, 
2005. 
[3] Sổ tay linh kiện điện tử 
cho người thiết kế mạch 
(R. H.WARRING - người dịch KS. Đoàn 
Thanh Huệ - nhà xuất bản Thống kê) 
[4] Giáo trình linh kiện 
điện tử và ứng dụng 
TS Nguyễn Viết Nguyên - Nhà xuất bản Giáo 
dục 
[5] Mạch điện tử trong 
công nghiệp 
Nguyễn Tấn Phước - NXB Tổng hợp TP. 
HCM, 2003 
D
2
D
IO
D
E
1
2
D
4
D
IO
D
E
1
2
22
0k
R
E
S
IS
TO
R
1
2
68
4J
40
0v
C
A
P
1
2
2k
2
R
E
S
IS
TO
R
1 2
R
7
33
D
6 IN
47
42
A
K
1
R
E
LA
Y
 S
P
D
T
2
1 3
4 5
M
A
C
H
D
I
E
U
K
H
I
E
N
T
H
E
O
A
N
H
S
A
N
G
-
N
G
U
O
N
2
2
0
D
5 IN
47
42
A
3k
3
R
E
S
IS
TO
R
Q
3
N
P
N
3
12
Q
2
N
P
N
3
12
D
9 LE
D
56
/T
O
J1 C
O
N
3
123
123
22
/1
w
R
E
S
IS
TO
R
D
11
D
IO
D
E
D
1
D
IO
D
E
1
2
22
/1
v
R
E
S
IS
TO
R
C
2
C
A
P
2 1
R
5
cd
s
R
6
R
E
S
IS
TO
R
 V
A
R
1 2
3