Các Layer thường sử dụng để làm mạch in PCB là các layer nào?

Khi thiết kế và sản xuất mạch in PCB, người thiết kế sẽ làm việc với rất nhiều Layer khác nhau như Top Copper, Bottom Copper, Inner Layer, Solder Mask, Silkscreen, Paste Mask, Board Outline và Drill.

Mỗi Layer đảm nhiệm một chức năng riêng trong quá trình thiết kế và sản xuất bảng mạch. Tuy nhiên, tên gọi của các Layer có thể khác nhau tùy theo phần mềm thiết kế PCB như Altium Designer, KiCad, EasyEDA, Autodesk Fusion và EAGLE.

Vì vậy, hiểu đúng chức năng của từng Layer sẽ giúp bạn xuất file Gerber chính xác, kiểm tra thiết kế dễ dàng hơn và hạn chế lỗi khi gửi file đặt sản xuất PCB.

Layer PCB là gì?

Layer PCB là các lớp dữ liệu hoặc lớp vật liệu được sử dụng để mô tả cấu trúc và chức năng của một bảng mạch in. Trong phần mềm thiết kế PCB, mỗi Layer thường chứa một loại thông tin riêng.

Khi chuyển thiết kế sang giai đoạn sản xuất, những dữ liệu này có thể được xuất thành các file Gerber, file khoan Excellon Drill và các dữ liệu sản xuất khác.

Một PCB thông thường có thể bao gồm các nhóm Layer chính:

• Copper Layer: tạo đường mạch điện.
• Solder Mask: lớp phủ bảo vệ bề mặt đồng.
• Silkscreen: chữ và ký hiệu trên PCB.
• Paste Mask: dữ liệu kem hàn cho linh kiện SMT.
• Board Outline: xác định hình dạng và kích thước PCB.
• Drill: dữ liệu vị trí và kích thước lỗ khoan.
• Mechanical / Documentation: thông tin cơ khí và tài liệu kỹ thuật.

Các Layer quan trọng sử dụng để sản xuất PCB

1. Top Copper – Lớp đồng mặt trên

Top Copper là lớp đồng nằm ở mặt trên của PCB. Đây là Layer chứa đường mạch điện, pad linh kiện, vùng đồng và các vùng copper pour.

Đối với PCB 2 lớp, Top Copper là một trong hai lớp đồng chính của bo mạch. Trong PCB nhiều lớp, lớp đồng trên cùng thường được gọi là lớp L1.

• Đường mạch tín hiệu.
• Pad linh kiện.
• Vùng đồng GND.
• Vùng đồng nguồn.
• Copper Pour / Polygon.

2. Bottom Copper – Lớp đồng mặt dưới

Bottom Copper là lớp đồng nằm ở mặt dưới PCB. Với PCB 2 lớp, Bottom Copper kết hợp với Top Copper để tạo thành hai mặt routing chính.

Hai lớp đồng có thể kết nối với nhau thông qua Via, PTH hoặc các cấu trúc lỗ mạ phù hợp.

3. Inner Copper – Các lớp đồng bên trong PCB nhiều lớp

Đối với PCB nhiều lớp, ngoài Top Copper và Bottom Copper còn có các lớp đồng nằm bên trong cấu trúc bo mạch.

Inner Layer có thể được sử dụng để:

• Chạy tín hiệu.
• Tạo GND Plane.
• Tạo Power Plane.
• Giảm chiều dài đường tín hiệu.
• Kiểm soát trở kháng.
• Cải thiện khả năng chống nhiễu EMI/EMC.

4. Top Solder Mask – Lớp chống hàn mặt trên

Top Solder Mask là lớp dữ liệu xác định những khu vực được mở hoặc được bảo vệ bởi lớp solder mask ở mặt trên PCB.

Solder mask giúp bảo vệ bề mặt đồng và hạn chế tình trạng thiếc hàn bám vào những khu vực không mong muốn.

5. Bottom Solder Mask – Lớp chống hàn mặt dưới

Bottom Solder Mask có chức năng tương tự Top Solder Mask nhưng được áp dụng cho mặt dưới của PCB.

Đối với PCB 2 mặt, nhà sản xuất thường sử dụng cả Top Solder Mask và Bottom Solder Mask.

6. Top Silkscreen – Chữ và ký hiệu mặt trên

Top Silkscreen là lớp chứa các thông tin được in trên mặt trên PCB. Đây không phải là lớp đồng và không tạo kết nối điện.

Silkscreen thường chứa:

• Ký hiệu R1, R2, C1, C2.
• Tên IC như U1, U2.
• Logo thương hiệu.
• Tên sản phẩm.
• Phiên bản PCB.
• Dấu cực linh kiện.
• Hướng lắp linh kiện.

7. Bottom Silkscreen – Chữ và ký hiệu mặt dưới

Bottom Silkscreen được sử dụng để in thông tin ở mặt dưới PCB. Layer này không bắt buộc phải sử dụng trong mọi thiết kế.

8. Top Paste Mask – Lớp kem hàn mặt trên

Top Paste Mask được sử dụng chủ yếu trong quá trình lắp ráp SMT.

Layer này xác định vị trí cần in kem hàn trên PCB trước khi đặt linh kiện SMD và đưa bo mạch qua lò reflow.

Khi sản xuất stencil SMT, dữ liệu Paste Mask được sử dụng để tạo các lỗ mở tương ứng với vị trí pad cần phủ kem hàn.

9. Bottom Paste Mask – Lớp kem hàn mặt dưới

Bottom Paste Mask dùng cho linh kiện SMT được bố trí ở mặt dưới PCB. Nếu thiết kế chỉ lắp linh kiện SMD ở mặt trên thì Layer này có thể không cần sử dụng.

10. Board Outline – Biên dạng PCB

Board Outline xác định hình dạng và kích thước thực tế của bo mạch. Đây là một trong những dữ liệu quan trọng nhất khi sản xuất PCB.

Board Outline có thể xác định:

• PCB hình chữ nhật.
• PCB hình tròn.
• PCB bo góc.
• PCB hình dạng đặc biệt.
• Đường phay.
• Khe rãnh trên PCB.
• Các đường cắt cơ khí.

11. Drill – Dữ liệu khoan PCB

Drill chứa thông tin về vị trí và kích thước các lỗ cần gia công trên PCB. Dữ liệu khoan thường được xuất dưới dạng Excellon Drill.

Các loại lỗ thường gặp gồm:

• Via.
• PTH – Plated Through Hole.
• NPTH – Non-Plated Through Hole.
• Lỗ linh kiện xuyên lỗ.
• Lỗ cơ khí.
• Lỗ định vị.

Drill File cần được kiểm tra cùng với bộ Gerber để đảm bảo vị trí và kích thước lỗ khoan phù hợp với thiết kế.

Các Layer PCB được thể hiện như thế nào trong bộ Gerber?

Khi xuất dữ liệu sản xuất, mỗi Layer quan trọng thường được tạo thành một file dữ liệu riêng. Nhà sản xuất sẽ sử dụng các file này để tái tạo từng lớp của PCB.

Một bộ Gerber PCB 2 lớp thường có thể gồm:

• Top Copper.
• Bottom Copper.
• Top Solder Mask.
• Bottom Solder Mask.
• Top Silkscreen.
• Bottom Silkscreen nếu sử dụng.
• Board Outline.
• Drill File.

Bảng đối chiếu tên Layer giữa các phần mềm thiết kế PCB

Một trong những vấn đề thường gặp khi chuyển thiết kế PCB giữa các phần mềm là cùng một chức năng nhưng tên Layer lại khác nhau.

Layer PCB trong KiCad

KiCad sử dụng cách đặt tên Layer tương đối ngắn gọn và dễ nhận biết. Một số Layer quan trọng gồm:

• F.Cu: Copper mặt trước.
• B.Cu: Copper mặt sau.
• F.Mask: Solder Mask mặt trước.
• B.Mask: Solder Mask mặt sau.
• F.SilkS: Silkscreen mặt trước.
• B.SilkS: Silkscreen mặt sau.
• F.Paste: Paste mặt trước.
• B.Paste: Paste mặt sau.
• Edge.Cuts: biên dạng PCB.

Layer PCB trong EasyEDA

EasyEDA sử dụng tên Layer khá trực quan, đặc biệt phù hợp với người mới bắt đầu thiết kế mạch in.

• TopLayer: đồng mặt trên.
• BottomLayer: đồng mặt dưới.
• TopSolderMaskLayer: solder mask mặt trên.
• BottomSolderMaskLayer: solder mask mặt dưới.
• TopSilkLayer: silkscreen mặt trên.
• BottomSilkLayer: silkscreen mặt dưới.
• TopPasteMaskLayer: paste mặt trên.
• BottomPasteMaskLayer: paste mặt dưới.
• BoardOutline: biên dạng PCB.

Layer PCB trong Altium Designer

Altium Designer sử dụng hệ thống Layer rất phong phú, bao gồm Signal Layer, Power Plane, Solder, Paste, Overlay và Mechanical Layer.

Một số Layer thường gặp trong quá trình thiết kế PCB gồm:

• Top Layer.
• Bottom Layer.
• Top Solder.
• Bottom Solder.
• Top Overlay.
• Bottom Overlay.
• Top Paste.
• Bottom Paste.
• Mechanical Layer.

Layer PCB trong Autodesk Fusion và EAGLE

Autodesk Fusion Electronics kế thừa nhiều khái niệm Layer từ EAGLE. Hệ thống Layer có thể bao gồm Copper, Silkscreen, Solder Mask, Mechanical, Documentation và các nhóm Layer phục vụ thiết kế, kiểm tra và sản xuất.

Vì vậy, khi chuyển một dự án từ EAGLE sang phần mềm khác, cần kiểm tra lại chức năng của từng Layer thay vì chỉ dựa vào số Layer.

PCB 1 lớp cần những Layer nào?

PCB 1 lớp có cấu trúc đơn giản hơn PCB 2 lớp và PCB nhiều lớp. Bộ dữ liệu sản xuất có thể bao gồm:

• Một Copper Layer.
• Solder Mask.
• Silkscreen nếu cần.
• Board Outline.
• Drill nếu PCB có lỗ.

PCB 2 lớp cần những Layer nào?

PCB 2 lớp là loại PCB được sử dụng rất phổ biến trong các thiết bị điện tử. Cấu trúc cơ bản gồm hai lớp đồng ở hai mặt của vật liệu nền.

Bộ dữ liệu sản xuất PCB 2 lớp thường gồm:

1. Top Copper.
2. Bottom Copper.
3. Top Solder Mask.
4. Bottom Solder Mask.
5. Top Silkscreen.
6. Bottom Silkscreen nếu sử dụng.
7. Board Outline.
8. Drill.

PCB nhiều lớp cần những Layer nào?

PCB 4 lớp, 6 lớp, 8 lớp hoặc nhiều hơn sẽ có thêm các lớp đồng nằm bên trong. Những lớp này được sử dụng để routing tín hiệu, tạo Power Plane hoặc GND Plane.

Những Layer nào thực sự cần khi gửi sản xuất PCB?

Không phải tất cả Layer xuất hiện trong phần mềm thiết kế đều phải xuất thành Gerber. Những Layer cần thiết phụ thuộc vào loại PCB và yêu cầu sản xuất.

PCB trần 2 lớp thông thường

• Top Copper.
• Bottom Copper.
• Top Solder Mask.
• Bottom Solder Mask.
• Top Silkscreen.
• Bottom Silkscreen nếu sử dụng.
• Board Outline.
• Drill.

PCB cần lắp ráp SMT / PCBA

Ngoài dữ liệu PCB, quá trình PCBA có thể cần thêm:

• Top Paste.
• Bottom Paste.
• BOM.
• Pick and Place / CPL.
• Assembly Drawing.
• Thông tin linh kiện.

Những lỗi Layer PCB thường gặp khi đặt sản xuất

Thiếu Layer Copper

Nếu thiếu Top Copper, Bottom Copper hoặc một Inner Layer cần thiết, nhà sản xuất không thể tái tạo đầy đủ đường mạch theo thiết kế.

Sai Board Outline

Board Outline không kín hoặc sai kích thước có thể khiến bo mạch bị gia công sai hình dạng hoặc kích thước.

Nhầm Solder Mask với Copper

Copper và Solder Mask có chức năng hoàn toàn khác nhau. Việc xuất nhầm Layer có thể dẫn tới sai vị trí pad và vùng đồng.

Silkscreen đè lên pad

Chữ hoặc ký hiệu quá gần pad có thể bị cắt trong quá trình sản xuất. Vì vậy cần kiểm tra silkscreen trước khi xuất Gerber.

Thiếu Drill File

PCB có lỗ khoan nhưng không có dữ liệu Drill sẽ khiến nhà sản xuất không có đầy đủ thông tin để gia công các lỗ trên bo mạch.

Checklist kiểm tra Layer trước khi gửi sản xuất PCB

• Kiểm tra đúng số lớp PCB.
• Kiểm tra Top Copper.
• Kiểm tra Bottom Copper.
• Kiểm tra các Inner Layer nếu là PCB nhiều lớp.
• Kiểm tra Top/Bottom Solder Mask.
• Kiểm tra Top/Bottom Silkscreen.
• Kiểm tra Paste Mask nếu sản xuất PCBA.
• Kiểm tra Board Outline.
• Kiểm tra Drill File.
• Kiểm tra kích thước PCB.
• Kiểm tra vị trí và kích thước lỗ.
• Mở lại Gerber bằng Gerber Viewer trước khi gửi nhà sản xuất.

Bảng tóm tắt các Layer PCB

Kết luận

Các Layer sử dụng để sản xuất mạch in PCB không chỉ bao gồm Top Layer và Bottom Layer. Một bộ dữ liệu PCB hoàn chỉnh có thể bao gồm Copper, Inner Copper, Solder Mask, Silkscreen, Paste Mask, Board Outline và Drill tùy theo cấu trúc PCB và yêu cầu sản xuất.

Điều quan trọng là tên Layer giữa các phần mềm thiết kế không hoàn toàn giống nhau. Ví dụ, KiCad F.Cu, EasyEDA TopLayer và Altium Top Layer đều đại diện cho lớp đồng mặt trên.

Vì vậy, khi chuyển đổi thiết kế hoặc xuất Gerber, người thiết kế cần dựa vào chức năng của Layer thay vì chỉ dựa vào tên gọi.

Kiểm tra đúng Layer trước khi sản xuất sẽ giúp hạn chế các lỗi như thiếu đường mạch, sai solder mask, sai biên dạng PCB hoặc thiếu dữ liệu khoan.

Nếu bạn đang cần đặt sản xuất mạch in PCB từ file Gerber, hãy kiểm tra kỹ toàn bộ Layer trước khi gửi để đảm bảo bo mạch được sản xuất đúng với thiết kế ban đầu.

Câu hỏi thường gặp về Layer PCB

PCB 2 lớp cần những Layer nào?

PCB 2 lớp thông thường cần Top Copper, Bottom Copper, Top Solder Mask, Bottom Solder Mask, Silkscreen nếu sử dụng, Board Outline và Drill.

KiCad F.Cu tương đương Layer nào trong EasyEDA?

KiCad F.Cu tương đương với TopLayer của EasyEDA. Cả hai đều là lớp đồng mặt trên của PCB.

EasyEDA TopSilkLayer tương đương Layer nào trong KiCad?

EasyEDA TopSilkLayer tương đương với F.SilkS trong KiCad và Top Overlay trong Altium.

Paste Mask có cần khi sản xuất PCB không?

Nếu chỉ sản xuất PCB trần thì Paste Mask thường không cần thiết. Nếu sản xuất stencil hoặc lắp ráp SMT/PCBA thì Paste Mask rất quan trọng.

Board Outline có quan trọng không?

Có. Board Outline xác định hình dạng và kích thước cuối cùng của PCB. Đây là dữ liệu rất quan trọng để nhà sản xuất gia công đúng biên dạng bo mạch.

Có phải tất cả Layer trong phần mềm PCB đều phải xuất Gerber?

Không. Phần mềm thiết kế có thể cung cấp rất nhiều Layer phục vụ thiết kế, tài liệu và kiểm tra. Chỉ những Layer cần thiết cho quy trình sản xuất mới cần được đưa vào bộ dữ liệu sản xuất.