Có vẻ như có khá nhiều người kỳ lạ đang cãi nhau. Tôi chỉ có thể nói rằng những công nghệ liên quan đến lợi ích cốt lõi tuyệt đối của bất kỳ quốc gia nào thì sẽ không được bán. Còn nếu chỉ là công nghệ liên quan đến lợi ích thứ yếu, hoặc thậm chí không ảnh hưởng đến lợi ích quốc gia, thì cũng không phải là không thể hỗ trợ. Ví dụ về những công nghệ thuộc lợi ích tuyệt đối là tên lửa Tomahawk và máy bay ném bom B-21 của Mỹ. Đài Loan cũng không phải giấu kín mọi công nghệ chip. Đời tổng thống trước từng hỗ trợ mời Chủ tịch Powerchip, người đã nhắc đến ở trên, sang giúp Ấn Độ xây dựng nhà máy sản xuất chip 28nm và 40nm. Đồng thời, thông qua đàm phán hữu nghị, cũng đã phối hợp để TSMC xây dựng giai đoạn 1 tại Kumamoto, Nhật Bản với công nghệ 12–16nm, và giai đoạn 2 với công nghệ 6–7nm. Đến đời tổng thống hiện tại thì bị buộc phải sang Mỹ xây dựng nhà máy sản xuất chip 4–2nm. Còn trường hợp của Đức thì thiên về trao đổi công nghệ, chỉ ở mức 22–28nm. Chính vì đã có tiền lệ như trường hợp của Ấn Độ, nên không phải cứ là quốc gia kém phát triển muốn đầu tư thì sẽ bị từ chối hoàn toàn.
Làm chip nghe thì có vẻ rất khó, nhưng khi hiểu được nguyên lý rồi thì thực ra cũng không quá phức tạp. Cũng giống như chuyện tìm bạn gái vậy, chỉ cần hiểu tâm lý của con gái và không đặt yêu cầu quá cao thì dù nghèo đến mấy cũng vẫn có thể lấy được vợ. Gia công chip, sản xuất DRAM hay làm tấm nền màn hình thực ra có rất nhiều nguyên lý giống với sản xuất PCB, tức là đều là quá trình “in” mạch điện lên một loại vật liệu. Ví dụ khi làm PCB, trước tiên chúng ta thiết kế sơ đồ mạch, sau đó dùng các công đoạn như chiếu sáng, hiện ảnh và ăn mòn để chuyển hình dạng mạch điện lên tấm đồng. Chip, DRAM và tấm nền màn hình về cơ bản cũng dựa trên cùng một ý tưởng “in mạch”, chỉ khác là chúng được in với kích thước cực kỳ nhỏ. Chip phải làm nhỏ đến mức đó vì các đường mạch quá mịn, mắt thường hoàn toàn không thể nhìn thấy, nên phải dùng các thiết bị cực kỳ chính xác để tạo từng lớp một, đồng thời phải bảo đảm mỗi lớp đều được căn chỉnh chính xác, không được lệch và cũng không được có bất kỳ hạt bụi hay tạp chất nào. Nếu phóng to toàn bộ quy trình lên thì nguyên lý của nó thực ra khá giống với quá trình rửa ảnh. Trước tiên tôi sẽ dùng một đoạn video giảng dạy của giáo sư Đại học của Đài Loan để minh họa nguyên lý này và dịch lời giảng của cô sang tiếng Việt. Chiếc máy phơi sáng mà cô sử dụng là phiên bản đơn giản hơn rất nhiều so với các máy DUV và EUV của ASML, nhưng về nguyên lý thì khá giống với máy chiếu tia UV mà các tiệm làm móng ở Việt Nam sử dụng rất phổ biến.
Xin chào, mời vào. Thưa cô Hoàng, em xin phép hỏi một chút. Chào em, em cứ hỏi đi. PCB được chế tạo như thế nào ạ? Trước hết chúng ta phải thiết kế PCB. Sau khi hoàn thành bản thiết kế, chúng ta sẽ tạo phim (photomask). Khi đã có phim, chúng ta có thể đưa vào nhà máy để tiến hành các công đoạn phơi sáng, hiện ảnh, ăn mòn và khoan lỗ. Sau khi hoàn thành các bước đó thì PCB cũng được chế tạo xong. Sau khi làm xong PCB thì sao ạ? Cô cũng sẽ giới thiệu những kỹ thuật cơ bản của công đoạn hàn linh kiện. Vậy thì không chần chừ nữa, chúng ta cùng bắt đầu thử nhé.
Sau khi in xong phim, chúng ta cùng xem nhé. Đây là phim của lớp Top Elec, tức lớp đồng mặt trên. Khi in, chúng ta đã chọn chế độ Mirror, vì vậy lớp mực toner nằm ở mặt này. Còn đây là phim Bottom Elec, tức lớp đồng mặt dưới. Khi in chúng ta không chọn Mirror nên mực toner nằm ở mặt trước. Tiếp theo, chúng ta sẽ ghép hai tấm phim lại với nhau. Trước hết hãy dán băng keo hai mặt lên tấm phim Bottom. Khi dán cần chú ý không dán quá sát mép trong, vì lát nữa chúng ta sẽ đưa tấm PCB cảm quang vào giữa nên phải chừa đủ khoảng trống. Chỉ cần dán mỗi đầu một dải là được. Khi ghép hai tấm phim, nếu mặt bàn không có màu trắng thì nên đặt thêm một tờ giấy trắng phía dưới. Lúc căn chỉnh cần để mặt có mực toner úp vào mặt có mực toner, sau đó căn các góc chuẩn của hai tấm phim trùng khớp với nhau. Cần lưu ý rằng khi in hai tấm phim vẫn sẽ có một chút sai số, vì vậy hãy ưu tiên căn theo các hoa văn hoặc các chi tiết của mạch điện để chúng khớp nhau nhiều nhất có thể. Căn càng chính xác thì thành phẩm sau này càng đẹp. Sau khi đã căn đúng vị trí thì giữ cố định, rồi bóc lớp bảo vệ của băng keo hai mặt. Như vậy chúng ta đã hoàn thành việc ghép hai tấm phim. Tiếp theo chúng ta sẽ sang công đoạn xử lý tấm PCB cảm quang.
Tiếp theo chúng ta sẽ tiến hành phơi sáng. Trước tiên mở nắp trên của máy phơi sáng, sau đó mở luôn lớp màng phía trên. Tiếp theo bóc lớp băng bảo vệ trên tấm PCB cảm quang. Khi bóc cần chú ý không chạm tay vào lớp màng cảm quang vì chúng ta sử dụng tấm PCB cảm quang hai mặt. Sau đó đặt tấm PCB cảm quang vào giữa hai tấm phim, chú ý căn chỉnh vị trí một chút. Được rồi. Tiếp theo đưa vào máy phơi sáng rồi phủ lớp màng phía trên lại. Bên trái thiết bị có một bơm hút chân không. Chúng ta bật bơm để hút cho lớp màng ép sát vào tấm PCB, sau đó đóng nắp máy lại. Tiếp theo bật đèn UV ở cả mặt trên và mặt dưới để tiến hành phơi sáng. Chúng ta cài đặt thời gian là 110 giây, sau đó chờ đủ 110 giây. Được rồi, quá trình phơi sáng đã hoàn tất. Chúng ta tắt đèn (OFF), tắt bơm hút chân không, mở nắp máy và lấy tấm PCB cảm quang đã được phơi sáng ra. Tiếp theo chúng ta sẽ tiến hành hiện ảnh.
Tiếp theo chúng ta sẽ tiến hành hiện ảnh. Chúng ta chuẩn bị nước sạch và một khay đủ để đặt tấm PCB cảm quang. Đây là dung dịch hiện ảnh của chúng ta. Vì tôi đang làm PCB hai mặt nên trước tiên sẽ đổ một ít dung dịch hiện ảnh vào khay. Sau đó đặt tấm PCB cảm quang vào, rồi tiếp tục đổ thêm dung dịch hiện ảnh. Chỉ cần dung dịch ngập toàn bộ tấm PCB là được. Tiếp theo chỉ cần chờ phản ứng diễn ra. Nếu muốn quá trình nhanh hơn thì có thể lắc nhẹ khay để dung dịch tiếp xúc đều và giúp hiện ảnh từ từ. Nói chung, nhiệt độ càng cao thì phản ứng càng nhanh, còn nếu nhiệt độ thấp thì sẽ mất khá nhiều thời gian. Chúng ta cùng quan sát, có vẻ các đường mạch đã bắt đầu hiện ra rồi. Tiếp theo, vì dung dịch hiện ảnh là dung dịch có tính kiềm nên chúng ta sẽ đeo găng tay để kiểm tra xem quá trình hiện ảnh đã hoàn thành hay chưa. Có thể dùng tay xoa nhẹ bề mặt tấm PCB, đồng thời kiểm tra cả mặt sau để quan sát tình trạng hiện ảnh. Đây là một công đoạn rất quan trọng. Nếu hiện ảnh đạt yêu cầu thì sau này khi ăn mòn chúng ta mới thu được mạch hoàn chỉnh. Chỉ còn một chút nữa thôi. Nếu có chỗ nào hiện ảnh chưa đều thì có thể dùng tay xoa nhẹ thêm một chút. Bây giờ có thể nhấc tấm PCB lên kiểm tra, quá trình hiện ảnh gần như đã hoàn tất. Sau đó rửa sơ bằng nước sạch. Sau khi hiện ảnh xong, phần đồng được để lộ ra sẽ được ăn mòn ở công đoạn tiếp theo để loại bỏ lớp đồng đó. Tiếp theo chúng ta sẽ sang công đoạn ăn mòn.
Tiếp theo chúng ta sẽ tiến hành ăn mòn. Đây là máy ăn mòn và dung dịch ăn mòn chúng ta sử dụng là sắt(III) clorua (FeCl₃). Trước tiên bật nguồn thiết bị để máy vận hành một lúc. Sau đó đưa tấm PCB vào máy ăn mòn. Được rồi, tấm PCB đã đi ra. Chúng ta lấy ra rồi rửa lại bằng nước sạch. Tiếp theo sẽ chuẩn bị sang công đoạn khoan lỗ.
Đây là máy khoan tự động của chúng ta. Trước tiên đặt tấm PCB đã rửa sạch lên bàn máy rồi dùng băng keo cố định lại. Sau khi cố định xong, chúng ta sẽ mở file khoan để bắt đầu quá trình khoan. Tiếp theo mở phần mềm, mở file khoan rồi bật camera. Bây giờ chúng ta kiểm tra khoảng cách giữa camera và điểm A. Hiện tại tôi đang dùng bước di chuyển 5 cm để đưa camera đến vị trí cần thiết. Được rồi, thêm một lần nữa, chúng ta đã thấy điểm A. Điểm A nằm ở đây. Tiếp theo chuyển sang bước di chuyển 1 mm, còn đây là bước 0,1 mm, rồi điều chỉnh để điểm A nằm chính giữa tâm ngắm của camera càng chính xác càng tốt. Trong quá trình ăn mòn luôn có một chút sai số, vì vậy cần căn chỉnh lại cho phù hợp. Đường mạch này chạy theo góc 45 độ nên có thể quan sát bằng mắt để căn chỉnh. Giả sử điểm A đã đúng vị trí thì chúng ta thiết lập. Được rồi, điểm A đã định vị xong. Tiếp theo camera sẽ tự động di chuyển đến gần điểm B. Đây chính là điểm B. Bây giờ tiếp tục điều chỉnh để điểm B nằm đúng giữa tâm camera. Chú ý căn sao cho khoảng cách trên dưới, trái phải càng cân đối càng tốt. Việc căn chỉnh đôi khi khá khó vì trong lúc ăn mòn mép mạch thường bị ăn nhiều hơn một chút, nhưng cứ cố gắng căn chính xác nhất có thể. Giả sử điểm B đã định vị xong thì nhấn thiết lập và chọn định vị điểm B. Sau đó hệ thống sẽ hỏi có thực hiện định vị điểm C hay không. Thông thường tôi đều sử dụng phương pháp định vị ba điểm. Đây chính là điểm C. Sau khi định vị điểm C xong, camera sẽ quay trở lại điểm A. Chúng ta chọn chức năng khoan rồi kiểm tra lại xem mũi khoan có đúng ngay tâm lỗ hay chưa. Sau khi xác nhận, nếu mũi khoan đã được lắp thì nhấn OK, còn nếu chưa thì kiểm tra và lắp lại trước. Nhấn OK, xác nhận thêm một lần nữa rồi bắt đầu khoan. Lúc này máy sẽ tự động thực hiện toàn bộ quá trình khoan. Tấm PCB này có hai kích thước lỗ khác nhau. Hệ thống đã hoàn thành việc khoan với mũi khoan thứ nhất, bây giờ chúng ta sẽ thay mũi khoan có đường kính khác. Tháo mũi khoan thứ nhất ra, lắp mũi khoan thứ hai vào, sau đó nhấn OK để xác nhận đã lắp xong. Khi hoàn tất, hệ thống sẽ hiển thị màn hình kết thúc. Chúng ta nhấn OK, đưa camera lùi về phía sau rồi lấy tấm PCB ra. Đây chính là tấm PCB đã được khoan hoàn chỉnh.
Đây là máy khoan mini. Khi khoan thủ công chúng ta sẽ sử dụng máy này. Trước tiên lắp mũi khoan có kích thước phù hợp. Chú ý trên bàn máy có một lỗ tròn ở giữa, mũi khoan phải đi xuống đúng lỗ này thì mới có thể khoan xuyên qua tấm PCB. Bây giờ chúng ta cùng xem cách khoan. Trước hết đặt tấm PCB lên bàn máy. Nếu chưa có kinh nghiệm thì trước khi căn chỉnh nên ngắt nguồn điện. Gạt công tắc về phía sau là ngắt điện, gạt về phía trước là cấp điện, các bạn có thể thử trước. Người mới có thể ngắt điện trước, sau đó từ từ hạ mũi khoan xuống và căn cho đầu mũi khoan nằm đúng giữa pad hàn. Không chỉ nhìn trái phải mà còn phải quan sát cả trước sau để mũi khoan nằm chính giữa pad hàn. Sau khi căn gần đúng thì mới cấp điện. Trong lúc khoan phải giữ chặt tấm PCB, không để rung lắc vì chúng ta sử dụng mũi khoan hợp kim tungsten carbide, nếu bị rung rất dễ gãy. Được rồi, như vậy là đã khoan xong một lỗ. Sau đó cứ lần lượt khoan hết tất cả các lỗ còn lại. Các bạn đã hiểu chưa?
Tiếp theo chúng ta sẽ loại bỏ lớp màng cảm quang. Đây là cồn. Chúng ta cho tấm PCB đã khoan vào ngâm khoảng mười giây. Được rồi, như vậy là đủ. Lấy tấm PCB ra rồi dùng miếng chà rửa chà nhẹ để loại bỏ hoàn toàn lớp màng cảm quang. Chà cho thật sạch. Sau khi chà xong, dùng khăn vải lau lại một lần nữa. Như vậy chúng ta đã loại bỏ sạch lớp màng cảm quang. Tiếp theo sẽ bắt đầu công đoạn hàn linh kiện.
Tấm PCB này có tổng cộng mười lỗ xuyên (via), bây giờ chúng ta sẽ làm các lỗ xuyên theo phương pháp thủ công. Lấy một đoạn dây đồng trần đường kính 0,3 mm rồi luồn qua các lỗ giống như đang khâu quần áo vậy. Vì lỗ khá nhỏ nên khi luồn dây đừng kéo quá căng, để hơi chùng một chút cũng không sao, vì sau khi hàn xong chúng ta sẽ cắt phần dây thừa đi. Sau khi luồn qua thì bẻ dây xuống rồi tiếp tục luồn sang lỗ tiếp theo, giống như đang khâu vải. Sau khi hoàn thành sẽ được như thế này, tất cả các lỗ xuyên đều đã được luồn dây. Sau khi luồn xong, chúng ta sẽ bắt đầu hàn các lỗ xuyên. Sử dụng thiếc hàn có đường kính phù hợp. Quy trình hàn cơ bản là làm nóng trước rồi mới đưa thiếc vào. Không cần dùng quá nhiều thiếc, chỉ cần đủ để mối hàn bám chắc là được. Tiếp tục hàn lần lượt tất cả các lỗ xuyên. Làm nóng trước, đưa thiếc vào, sau đó rút dây thiếc ra trước rồi mới nhấc mỏ hàn lên thì mối hàn sẽ sáng và đẹp. Tiếp tục, làm nóng trước, đưa thiếc vào, rút dây thiếc ra rồi mới nhấc mỏ hàn. Nếu đầu mỏ hàn quá nóng thì chạm nhẹ lên miếng bọt biển để hạ nhiệt. Chúng ta tiếp tục thực hiện theo đúng các bước đó. Sau khi hàn xong một mặt thì lật sang mặt còn lại và tiếp tục hàn các lỗ xuyên. Khi hoàn thành, dựng các đoạn dây đồng lên rồi dùng kìm cắt chéo cắt bỏ toàn bộ phần dây thừa. Như vậy là chúng ta đã hoàn thành mười lỗ xuyên này.
Tiếp theo chúng ta sẽ hàn linh kiện. Nguyên tắc cơ bản là hàn linh kiện thấp trước rồi mới đến linh kiện cao; trong nhóm linh kiện thấp thì hàn từ loại nhỏ đến loại lớn. Tấm PCB này có tổng cộng mười hai linh kiện SMD, bây giờ chúng ta sẽ bắt đầu hàn chúng. Trước tiên lấy linh kiện ra. Chiếc nhíp này sẽ giúp bóc lớp băng đóng gói. Vì linh kiện rất nhỏ nên khi hàn cần dùng nhíp để gắp. Đây là điện trở nên không có cực tính. Mặt màu đen là mặt đặt linh kiện. Vì linh kiện có hai chân nên trước tiên chúng ta sẽ tráng thiếc lên một pad hàn trước. Dùng dây thiếc loại nhỏ, đưa một lượng thiếc vừa đủ, không cần quá nhiều. Sau khi tráng thiếc xong thì bắt đầu hàn linh kiện SMD. Cách cầm nhíp tùy theo thói quen của mỗi người, có thể cầm kiểu này hoặc kiểu khác miễn là thuận tay. Bây giờ tôi sẽ làm mẫu. Gắp linh kiện lên vì quá nhỏ nên không thể cầm bằng tay. Sau đó làm nóng pad hàn, đồng thời đẩy linh kiện vào đúng vị trí. Khi linh kiện đã được cố định thì chuyển sang linh kiện tiếp theo. Đặt linh kiện lên, rồi tiếp tục với linh kiện thứ ba. Chúng ta luôn mong muốn linh kiện nằm sát mặt PCB, tuy nhiên điều này không dễ vì chúng ta không phải kỹ sư hàn làm việc mỗi ngày. Muốn linh kiện nằm sát thì có thể dùng nhíp ép nhẹ linh kiện xuống, sau đó làm nóng lại mối hàn và lớp thiếc. Khi ép như vậy, linh kiện sẽ áp sát mặt PCB và không bị dựng lên. Các bạn có thể thử cách này. Sau đó hàn chân còn lại. Cũng giống như trước, làm nóng pad hàn trước rồi mới đưa thiếc vào, chỉ cần lượng thiếc vừa đủ. Các bạn có thể quan sát xem linh kiện đã được hàn chắc lên PCB chưa.
Sau khi hàn xong các linh kiện SMD, tiếp theo chúng ta sẽ minh họa cách hàn linh kiện DIP. Đây là mặt lắp linh kiện của PCB. Trước tiên chúng ta sẽ hàn đèn LED. LED có cực tính nên không được lắp sai chiều. Chân dài tương ứng với pad vuông, còn chân ngắn tương ứng với pad tròn. Bây giờ lắp linh kiện vào. Đối với người mới học, chúng tôi khuyên nên dùng một đoạn băng keo giấy để cố định linh kiện, giúp các chân đứng thẳng thì việc hàn sẽ dễ hơn. Sau khi cố định, bắt đầu hàn. Quy trình vẫn giống như trước: làm nóng đồng thời pad hàn và chân linh kiện, sau đó đưa thiếc vào, rút dây thiếc ra trước rồi mới nhấc mỏ hàn lên thì mối hàn sẽ đều và đẹp. Tiếp tục thực hiện: làm nóng, đưa thiếc vào, rút dây thiếc ra, nhấc mỏ hàn lên. Sau khi hàn xong có thể cắt bớt phần chân thừa. Như vậy là chúng ta đã hoàn thành việc hàn LED đầu tiên. Tiếp tục với các LED còn lại. Vì đây là mạch đèn giao thông nên chúng ta chuẩn bị LED đỏ, LED vàng và LED xanh lá. Các LED này cũng có cực tính nên không được lắp sai. Pad vuông tương ứng với chân dài. Chúng tôi vẫn khuyến nghị dùng băng keo để cố định linh kiện trước khi hàn. Khi hàn, quy trình vẫn là làm nóng trước, đưa thiếc vào, rút dây thiếc ra rồi mới nhấc mỏ hàn; tiếp tục lặp lại như vậy cho từng chân. Các bạn đã nắm được quy trình hàn chưa?
Đây là thành phẩm sau khi hàn xong. Tiếp theo chúng ta sẽ kiểm tra chức năng hoạt động. Bên trái là đầu cấp nguồn, chúng ta kết nối nguồn vào. Trên mạch có sử dụng một vi điều khiển để lập trình hệ thống đèn giao thông. Bây giờ chúng ta sẽ thử vận hành tấm PCB vừa hàn. Kết nối mạch vào và quan sát hoạt động của các đèn LED. Sau khi kiểm tra, mạch hoạt động bình thường, thử nghiệm thành công. Các bạn đã hiểu chưa?
Sau khi xem xong hai video này, các bạn sẽ có khái niệm cơ bản về cách chế tạo PCB mềm, đồng thời hiểu được các khái niệm như phơi sáng là gì, hiện ảnh là gì, ăn mòn là gì, liên kết kim loại là gì và kiểm tra là gì. Tất nhiên, quy trình sản xuất chip phức tạp hơn rất nhiều. Những gì tôi trình bày ở trên chỉ là phiên bản đơn giản hóa để giúp mọi người dễ hình dung. Quy trình chi tiết có thể xem trong video dưới đây. Video này đã có phụ đề tiếng Việt bằng tính năng dịch tự động nên tôi cũng lười sắp xếp và dịch lại. Nếu các bạn hiểu rõ và sử dụng thành thạo tám công đoạn chính gồm phơi sáng/quang khắc, ăn mòn, lắng đọng màng mỏng, cấy ion/pha tạp, xử lý nhiệt, mài đánh bóng, liên kết kim loại và kiểm tra thì việc sản xuất chip thực sự cũng giống như một người trong chủ đề này từng nói, chỉ là đưa tấm wafer vào máy rồi nhấn vài nút. Điều khó không phải là thao tác vận hành máy, mà là khi sản phẩm bị lỗi thì phải biết lỗi xảy ra ở công đoạn nào và làm thế nào để tránh lặp lại cùng một lỗi trong lần sản xuất tiếp theo.
Ngay cả tôi cũng không ngờ lại có ngày mình lên Voz để hướng dẫn người Việt cách chế tạo PCB mềm và chip bán dẫn. Sau này nếu các bạn có cơ hội làm việc trong nhà máy sản xuất chip thì sẽ thường xuyên phải viết những tài liệu kiểu như tôi đang viết, gọi là Know-how. Nhiều khi chỉ đơn giản là tổng hợp, dịch và chỉnh lý tài liệu có sẵn, việc đó cũng được xem là viết “báo cáo kỹ thuật”. Khi viết và tích lũy ngày càng nhiều tài liệu như vậy thì sẽ hình thành KM (Knowledge Management). Nếu đọc lại các bài viết cũ của tôi, các bạn sẽ thấy trước đây tôi từng tranh luận với một người Việt về việc học tiếng Trung có thực sự quan trọng hay không. Người đó cho rằng biết tiếng Trung sẽ giúp tăng lương, còn tôi thì cho rằng đó không phải yếu tố quan trọng nhất. Theo tôi, điều quan trọng hơn là biết tận dụng AI để thu thập các báo cáo kỹ thuật nằm rải rác trên khắp thế giới, sau đó đánh giá xem thông tin nào đúng, thông tin nào sai. Đó cũng chính là phần Research trong hoạt động R&D. Thực tế, khi tuyển dụng, một số doanh nghiệp Đài Loan còn coi trọng năng lực này hơn khả năng sử dụng tiếng Trung. Việc biết hay không biết tiếng Trung chỉ là yếu tố phụ, vì chúng tôi cũng có thể học tiếng Việt hoặc sử dụng tiếng Anh để trao đổi với các bạn.
)
![[VN]newbie](https://data.voz.vn/avatars/s/1795/1795429.jpg?1787474130){kind=avatar}
