Làm thế nào để trở thành một nhà thiết kế PCB trong thế giới ngày nay

Ngành điện tử đang đối mặt với khoảng trống nhân lực. Khi các nhà thiết kế kỳ cựu nghỉ hưu, các công ty đang gấp rút tìm kiếm những chuyên gia lành nghề hiểu rõ quy trình phát triển phần cứng hiện đại. Công việc này không chỉ là vẽ các đường mạch; mà còn là kiến tạo hệ thần kinh vật lý cho các thiết bị AI, EV và IoT.

Dù bạn đang tìm phần mềm thiết kế PCB 3D tải miễn phí để bắt đầu học, hay là một kỹ sư phần cứng giàu kinh nghiệm muốn chuyên môn hóa, con đường trở thành nhà thiết kế bố trí PCB hiện nay nhanh hơn và mang lại thu nhập tốt hơn bao giờ hết.

Kinh nghiệm và lộ trình nghề nghiệp của nhà thiết kế PCB

Mạch in bắt đầu trở nên phổ biến vào những năm 1950 và ban đầu được xem là một nghề mang tính thủ công kỹ thuật. Các nhà thiết kế PCB thời kỳ đầu thường dựng bản thiết kế bo mạch trên các tấm ván ép và bakelite trên bàn vẽ, với kích thước gấp bốn hoặc thậm chí gấp mười lần kích thước thực, bằng băng dán, dao, nhãn dán và một bàn tay thật vững. Khi hoàn tất, các bản vẽ đó sẽ được chụp lại lên phim bằng máy ảnh thu nhỏ, và tấm phim đó sẽ được dùng để tạo bộ dụng cụ chế tạo PCB tại xưởng sản xuất. Nhà thiết kế PCB khi ấy vừa là một nghệ sĩ, vừa là một kỹ sư đang trưởng thành cần nắm vững các nguyên lý cơ bản của lý thuyết điện.

Ngày nay, việc bố trí và đi dây PCB được thực hiện trên các hệ thống thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD) tiên tiến, và các tệp đầu ra của chúng được dùng để tạo dữ liệu chế tạo cho bảng mạch in. Một nhà thiết kế PCB tạo ra mọi thứ, từ mô hình linh kiện riêng lẻ (ký hiệu sơ đồ nguyên lý và footprint PCB) đến các kết nối đồng xuất hiện trên bo mạch hoàn chỉnh. Khi tất cả các footprint cần thiết đã được đặt lên bo mạch, họ sẽ nối tất cả các kết nối điện bằng các đường đại diện cho kim loại trong một quy trình gọi là đi dây trace. Các nhà thiết kế PCB cũng phải xác định mọi khía cạnh cấu trúc khác của bo mạch, chẳng hạn như:

• Cấu trúc sắp xếp các lớp (hay PCB layer stack)
• Vật liệu bo mạch dùng để xây dựng chồng lớp
• Những vị trí đồng sẽ lộ ra qua lớp solder mask bên ngoài
• Tất cả chú thích và ký hiệu in trên lớp silkscreen overlay
• Thiết kế via được dùng để định tuyến tín hiệu giữa các lớp
• Cách tất cả những yếu tố này được thể hiện trong các tệp bàn giao cho nhà sản xuất

Từ danh sách trên, có thể thấy rằng nhà thiết kế PCB cần hiểu cách sử dụng công cụ CAD, cũng như cách các linh kiện điện tử hoạt động, đồng thời họ cũng cần hiểu quy trình sản xuất PCB tiêu chuẩn, bao gồm chế tạo bo trần và lắp ráp PCB. Đây chỉ là một số khía cạnh cơ bản mà một nhà thiết kế cần thành thạo. Khi nhà thiết kế có nhiều kinh nghiệm hơn và quen thuộc hơn với quy trình thiết kế PCB, họ thường đảm nhận nhiều vai trò kỹ thuật hơn và trở thành một phần quan trọng trong quá trình phát triển sản phẩm. Điều này bao gồm thiết kế mạch và lựa chọn linh kiện, cũng như bố trí trong layout PCB để đảm bảo sản phẩm cuối cùng hoạt động đúng như mong muốn.

Một số nhà thiết kế PCB cũng là nhà phát triển hệ thống nhúng. Trên thực tế, đây là một cách rất tốt để bước vào lĩnh vực thiết kế PCB đồng thời học thêm kỹ năng lập trình. Nhiều sản phẩm hiện đại hoạt động với một ứng dụng nhúng (dưới dạng firmware) hoặc với một hệ điều hành nhúng. Các nhà thiết kế PCB thường phải làm việc với lập trình viên và nhà phát triển để bảo đảm rằng các yêu cầu thiết kế vật lý được chuyển hóa thành các yêu cầu lập trình.

Kỹ sư phần cứng và nhà thiết kế PCB: Khác nhau ở điểm nào?

Trong các công ty nhỏ, một người có thể làm tất cả. Nhưng trong các đội ngũ doanh nghiệp lớn, đây là những vai trò tách biệt với trọng tâm khác nhau.

• Kỹ sư phần cứng: Tập trung vào kiến trúc hệ thống. Họ lựa chọn linh kiện (bộ xử lý, cảm biến), xác định các ràng buộc thiết kế PCB và quản lý việc xây dựng sơ đồ nguyên lý. Mục tiêu của họ là bảo đảm logic hoạt động đúng.
   
• Nhà thiết kế layout PCB: Tập trung vào khả năng sản xuất và tính toàn vẹn vật lý. Họ tiếp nhận sơ đồ nguyên lý và thực hiện thiết kế layout PCB. Chuyên môn của họ nằm ở việc lập kế hoạch stackup lớp, định tuyến cặp vi sai và bảo đảm bo mạch vượt qua các kiểm tra thiết kế EMI PCB layout.

Mẹo nghề nghiệp: Nhiều kỹ sư bắt đầu bằng cách cung cấp dịch vụ thiết kế layout PCB theo hình thức freelancer để xây dựng hồ sơ năng lực trước khi chuyển sang các vai trò nhà thiết kế phần cứng toàn thời gian.

Mức lương kỳ vọng & nhu cầu thị trường

Nhu cầu đối với các nhà thiết kế lành nghề đã đẩy mức lương tăng lên. Tại Mỹ, các vị trí nhà thiết kế layout PCB ở cấp độ đầu vào thường bắt đầu trong khoảng $75,000 - $90,000, trong khi các nhà thiết kế phần cứng cấp cao có kỹ năng chuyên sâu về thiết kế PCB tần số cao hoặc thiết kế PCB rigid-flex thường đạt mức lương trên $130,000.

Vì các công cụ quy trình thiết kế PCB như Altium đã chuyển lên đám mây, lộ trình nghề nghiệp này hiện mang lại nhiều cơ hội đáng kể cho làm việc từ xa và làm việc tự do.

Cần nền tảng học vấn nào để trở thành nhà thiết kế PCB?

Mọi lộ trình nghề nghiệp đều bắt đầu từ giáo dục, đặc biệt trong một lĩnh vực kỹ thuật như thiết kế PCB. Ngày nay, thiết kế PCB không phải là môn học thường được giảng dạy chính quy trong môi trường đại học, và chất lượng đào tạo có thể khác nhau giữa các cơ sở. Dù vậy, vẫn có những lựa chọn để học thiết kế PCB trong khuôn khổ chương trình kỹ sư, và cũng có các khóa học cấp độ ngành mà nhà thiết kế có thể theo học để xây dựng bộ kỹ năng của mình. Phần lớn các công ty yêu cầu bằng kỹ sư 4 năm, ngay cả đối với các vị trí thiết kế PCB.

Trước đây, thiết kế PCB là một kỹ năng bạn có thể chủ động học được vì nó mang tính nghề thủ công và tập trung vào vẽ kỹ thuật bằng bản vẽ tỷ lệ hoặc mô hình. Ngày nay, do phạm vi và chiều sâu kỹ năng cần thiết đã tăng lên đáng kể, các nhà thiết kế PCB được khuyến nghị nên có bằng kỹ sư điện, hoặc có thể là bằng kỹ sư máy tính. Nếu bạn muốn làm việc trong sản xuất hoặc phát triển quy trình, bằng khoa học vật liệu hoặc hóa học sẽ phù hợp hơn. Điều này sẽ giúp các nhà thiết kế tiếp cận được phạm vi kỹ năng rộng mà bản mô tả công việc thiết kế PCB hiện đại đòi hỏi.

Một số môn học bạn có thể cần học để nắm được thiết kế PCB trong chương trình kỹ sư gồm có:

• Thiết kế và mô phỏng mạch
• Các lớp học về layout PCB, hiện có tại một số trường cao đẳng cộng đồng
• Các môn cơ bản về điện từ học
• Các môn về thiết kế RF và anten
• Các môn về hệ thống nguồn

Còn các khóa học thiết kế PCB trong ngành thì sao?

Đối với những người chuyên làm layout PCB, hiện không có một chương trình bằng cấp nào chuyên biệt riêng cho thiết kế PCB hay tạo bảng mạch in. Tuy nhiên, trong khuôn khổ chương trình học của bạn, có những khóa học cấp độ ngành có thể giúp thu hẹp khoảng cách giữa chương trình kỹ sư đại học điển hình và các yêu cầu thực tế của ngành đối với nhà thiết kế chuyên nghiệp. Hai khóa học thiết kế cấp độ ngành là khóa IPC Certified Interconnect Designer (CID), và khóa PCE-EDU course của Printed Circuit Engineering Association.

Cuối cùng, nếu bạn muốn trở thành nhà thiết kế PCB, bạn sẽ cần học cách sử dụng một công cụ CAD! Nếu bạn đang ở giai đoạn đầu trong lộ trình học tập của mình, phần mềm thiết kế PCB mã nguồn mở là một lựa chọn tốt để học quy trình làm việc trong thiết kế PCB. Tuy nhiên, nếu bạn muốn làm việc trong bất kỳ môi trường chuyên nghiệp nào, bạn sẽ nhanh chóng nhận ra rằng các chương trình CAD mã nguồn mở không được sử dụng và cần đến một công cụ CAD mạnh hơn. Các khóa học về công cụ CAD trả phí có sẵn cùng giấy phép giáo dục, vì vậy nếu bạn dự định theo đuổi thiết kế như một nghề nghiệp, hãy xem xét một lựa chọn như Altium Education, nơi bạn có thể nhận giấy phép miễn phí và tài nguyên đào tạo để chuẩn bị cho các khóa học cấp độ ngành nâng cao hơn, như CID hoặc PCE-EDU.

Tương lai của nhà thiết kế PCB sẽ ra sao?

Nhu cầu thiết kế các công nghệ PCB hiện tại và đang phát triển ngày càng tăng. Khi ngày càng nhiều thiết bị điện tử như IoT trở nên nổi bật trong đời sống hằng ngày, tương lai của thiết kế điện tử là rất sáng sủa. Tuy nhiên, lực lượng các nhà thiết kế PCB và nhân sự sản xuất giàu kinh nghiệm đang thu hẹp khi nhiều người đang đến tuổi nghỉ hưu. Các nỗ lực đưa sản xuất trở lại trong nước cùng làn sóng tuyển dụng việc làm thiết kế mới khiến thiết kế PCB trở thành một nghề nghiệp hấp dẫn.

Bạn có đam mê tạo ra sản phẩm và khiến chúng hoạt động hiệu quả không? Nếu có, thì việc thiết kế layout bảng mạch in có thể chính là điều bạn đang tìm kiếm. Nếu bạn đã sẵn sàng bắt đầu sự nghiệp với vai trò nhà thiết kế PCB, hãy tìm hiểu Altium. Altium Designer, được bao gồm trong Altium Develop, là ứng dụng phần mềm thiết kế PCB phổ biến nhất trong ngành, được tạo ra để kỹ sư và nhà thiết kế PCB tạo nên những thiết kế PCB đẳng cấp thế giới. Không chỉ phần mềm hỗ trợ bạn trong mọi khía cạnh của thiết kế, Altium còn cung cấp đào tạo về phần mềm của mình để giúp bạn nhanh chóng bắt nhịp công việc.

Dù bạn cần xây dựng hệ thống điện tử công suất đáng tin cậy hay các hệ thống số tiên tiến, Altium Develop kết nối mọi chuyên môn thành một lực lượng cộng tác thống nhất. Không còn chia cắt. Không còn giới hạn. Đây là nơi các kỹ sư, nhà thiết kế và nhà đổi mới làm việc như một thể thống nhất để sáng tạo không rào cản. Hãy trải nghiệm Altium Develop ngay hôm nay!

FAQ: Bắt đầu sự nghiệp thiết kế PCB

Hỏi: Tôi có cần bằng kỹ sư điện không?

Dù bằng cấp có ích, nhưng không phải lúc nào cũng bắt buộc. Nhiều nhà thiết kế hàng đầu bắt đầu từ vị trí kỹ thuật viên. Các chương trình chứng chỉ (như IPC CID) và một hồ sơ năng lực mạnh thể hiện khả năng thực hiện thiết kế layout PCB thường có thể thay thế cho bằng đại học 4 năm.

Hỏi: Tôi nên học phần mềm nào đầu tiên?

Hãy bắt đầu với một công cụ chuyên nghiệp. Nhiều sinh viên tìm các lựa chọn phần mềm thiết kế PCB 3D tải miễn phí; Altium cung cấp giấy phép giáo dục cho phép bạn học trên cùng các công cụ PCB CAD mà các chuyên gia tại Tesla và NASA đang sử dụng.

Hỏi: Thiết kế PCB có phải là một nghề đang dần biến mất không?

Hoàn toàn không. Khi thiết bị điện tử ngày càng nhỏ hơn và nhanh hơn, nhu cầu về chuyên môn của con người trong phân tích tính toàn vẹn tín hiệu và thiết kế EMI PCB layout đang tăng lên. AI có thể hỗ trợ, nhưng không thể thay thế khả năng ra quyết định dựa trên nguyên lý vật lý của một nhà thiết kế giàu kỹ năng.