Giai đoạn chuyển giao từ thiết kế mạch in (PCB) sang nhà máy sản xuất thường là thời điểm nhạy cảm, đặc biệt đối với các thiết kế mới hoặc chưa từng sản xuất hàng loạt. Ở bước này, bất kỳ thông tin kỹ thuật nào không được làm rõ đều có thể dẫn đến hiểu sai trong quá trình gia công mạch, dẫn tới kéo dài thời gian phản hồi hoặc thậm chí phải chỉnh sửa lại thiết kế hoặc nghiêm trọng hơn có thể dẫn tới những lỗi toàn bộ mạch thành phẩm. Để đảm bảo mạch in có thể được sản xuất ổn định và đúng với ý đồ thiết kế, kỹ sư thiết kế cần truyền đạt đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật cho đơn vị chế tạo và lắp ráp. Trong đó, mục tiêu kiểm soát trở kháng là một thông số quan trọng cần được xác định rõ ràng ngay từ đầu. Việc này giúp nhà sản xuất lựa chọn đúng cấu trúc lớp, vật liệu, độ dày điện môi và chiều rộng đường mạch phù hợp với yêu cầu tín hiệu.
Khi mục tiêu trở kháng được chỉ định cụ thể, quá trình kiểm tra thiết kế (DFM/DFI) sẽ diễn ra nhanh chóng và hiệu quả hơn, giảm thiểu các trao đổi không cần thiết và hạn chế rủi ro sai lệch trong sản xuất. Đồng thời, điều này cũng góp phần đảm bảo chất lượng toàn vẹn tín hiệu, đặc biệt đối với các mạch tốc độ cao hoặc ứng dụng RF.
Làm thế nào để làm rõ yêu cầu về trở kháng trên file thiết kế mạch?
Hầu hết các nhà sản xuất PCB đều phải thực hiện một số bước kiểm tra thông số kỹ thuật ban đầu trước khi đưa bo mạch vào sản xuất. Trong quá trình này, họ sẽ kiểm tra xem cấu trúc lớp (stackup) của thiết kế có phù hợp và khả thi với nguồn vật liệu, công nghệ gia công hiện có hay không. Việc xác minh này có ảnh hưởng trực tiếp đến giá trị trở kháng của đường truyền, bởi bất kỳ thay đổi nào về vật liệu, độ dày lớp điện môi hoặc độ dày đồng đều có thể làm sai lệch trở kháng so với thiết kế ban đầu. Việc chủ động gửi các thông tin yêu cầu một cách rõ ràng, trực quan ngay từ đầu sẽ giúp nhà sản xuất giảm thiểu thời gian công sức kiểm tra, xác thực các tính toán, yêu cầu trở khàng của bạn cũng như tránh tối đa các hiểu nhầm không đáng có.
Ghi rõ các yêu cầu trở kháng trong phần chú thích gia công (Fab Note)
Đây là điều mà các nhà thiết kế thường làm khi họ chỉ quan tâm đến việc kiểm soát trở kháng, nhưng không thiết kế mạch dựa trên nguồn vật liệu sẵn có của nhà sản xuất. Mạch có thể sản xuất bằng các tấm phíp FR4 hay các vật liệu tương đương khác. Điều này có thể dẫn đến thay đổi chiều rộng đường dẫn trong thiết kế để đạt được mức trở kháng mong muốn. Thông thường, nhà thiết kế sẽ chọn một vật liệu phù hợp với bảng thông số kỹ thuật cụ thể, và có thể có đặc tính nhiệt cụ thể mà họ quan tâm. Sau đó, họ sẽ sử dụng hằng số điện môi đó để xác định chiều rộng đường dẫn cần thiết tương ứng với một mức trở kháng cụ thể.
Yêu cầu về trở kháng có thể được ghi chú lại cho nhà sản xuất trong phần ghi chú của file thiết kế (Fab note) như sau:
“IMPEDANCE REQUIREMENTS:
1. ??? OHM IMPEDANCE REQUIRED FOR X.XXX MIL TRACES ON LAYERS X, Y, Z.
2. ??? OHM DIFFERENTIAL IMPEDANCE REQUIRED ON X.XXX MIL TRACES / X.XXX MIL SPACING ON LAYERS X, Y, Z.”
Việc chú thích này sẽ ổn nếu nhà sản xuất của bạn có các loại phíp khác nhau thay thế để đảm bảo yêu cầu trở kháng trên mạch của bạn. Chính vì vậy bạn cần chủ động trao đổi với nhà máy để đảm bảo họ nắm được các lưu ý thiết kế này cũng như hỏi họ thông tin về cấu trúc lớp tiêu chuẩn cũng như các quy tắc thiết kế.
Tạo bảng thông số trở kháng
Một cách khác trực quan hơn là tạo một bảng thông số trở kháng tổng hợp tất cả các yêu cầu cho từng lớp mạch trong phần chú thích gia công. Bạn chỉ cần cụ thể rõ độ dày, giá trị trở kháng cho từng lớp mạch cụ thể. Đây có thể là thông số trở kháng mà bạn đã tính toán hoặc giá trị trở kháng mong muốn cần đạt được đối với thiết kế để nhà sản xuất nắm được.
Hình 1. Ví dụ về bảng thông số trở kháng tạo trên phần mềm Altium Design.
Ngoài ra nếu bạn đã xác định được vật liệu phíp cho bo mạch của mình, bạn có thể gửi bảng thông số độ dày từng lớp (Layer stackup) cho nhà sản xuất. Các nhà máy mạch in cũng thường sử dụng phương pháp này để cung cấp thông tin hướng dẫn thiết kế cho khách hàng.
Hình 2. Tạo bảng PCB Layer Stackup trên phần mềm Altium
Hình 3. Bảng thông số layer stackup mạch 6 lớp (có kiểm soát trở kháng) của JLC
Kết Luận
Đối với các đơn hàng số lượng nhỏ (mẫu) các nhà sản xuất thường không yêu cầu các bản bô tả chi tiết yêu cầu mạch, đặc biệt là các đơn hàng đặt trực tuyến (online) hoặc Email. Các nhà cung cấp thường chỉ báo giá và đưa vào sản xuất miễn file thiết kế của bạn có thể vượt qua một số bước kiểm tra thông số sản xuất cơ bản (DFM). Đối với các đơn hàng số lượng, việc cụ thể rõ và thông tin đến nhà máy từng yêu cầu chi tiết của bản thiết kế vô cùng quan trọng giúp tiết kiệm thời gian và chi phí cũng như giảm thiểu tối đa rủi ro lỗi phát sinh do hiểu nhầm giữa nhà sản xuất và kỹ sư thiết kế.
Nếu bạn vẫn lo lắng về lỗi xảy ra trong quá trình gia công PCB, hãy liên hệ đặt mạch qua Hatakey để được tư vấn và hỗ trợ nhé.