PCB线路板 (Printed Circuit Board)

PCB线路板 图


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PCB线路板 (Printed Circuit Board),中文名称为印制线路板,简称印制板,是电子工业的重要部件之一。以绝缘板为基材,切成一定尺寸,其上至少附有一个导电图形,并布有孔(如元件孔、紧固孔、金属化孔等),用来代替以往装置电子元器件的底盘,并实现电子元器件之间的相互连接。由于这种板是采用电子印刷术制作的,故被称为“印刷”电路板。


几乎每种电子设备,小到电子手表、计算器,大到计算机,通讯电子设备,军用武器系统,只要有集成电路等电子元器件,为了它们之间的电气互连,都要使用PCB线路板。在较大型的电子产品研究过程中,最基本的成功因素是该产品的PCB线路板的设计、文件编制和制造。PCB线路板的设计和制造质量直接影响到整个产品的质量和成本,甚至导致商业竞争的成败。


我们通常说的PCB线路板是指裸板-即没有上元器件的PCB线路板。


 目录 

  1. PCB线路板功能

  2. PCB线路板来源

  3. PCB线路板发展

  4. PCB线路板分类

  5. PCB线路板组成

  6. PCB线路板外观

  7. PCB线路板优点

  8. PCB线路板特点

  9. PCB线路板软硬区别


 1  PCB线路板功能


电子设备采用PCB线路板后,由于同类PCB线路板的一致性,从而避免了人工接线的差错,并可实现电子元器件自动插装或贴装、自动焊锡、自动检测,保证了电子设备的质量,提高了劳动生产率、降低了成本,并便于维修。


 2  PCB线路板来源


PCB线路板的创造者是奥地利人保罗·爱斯勒(Paul Eisler),1936年,他首先在收音机里采用了PCB线路板。1943年,美国人多将该技术运用于军用收音机,1948年,美国正式认可此发明可用于商业用途。自20世纪50年代中期起,PCB线路板才开始被广泛运用。


在PCB线路板出现之前,电子元器件之间的互连都是依托电线直接连接完成的。而如今,电线仅用在实验室做试验应用而存在;PCB线路板在电子工业中已肯定占据了绝对控制的地位。


 3  PCB线路板发展


PCB线路板从单层发展到双面、多层和挠性,并且仍旧保持着各自的发展趋势。由于不断地向高精度、高密度和高可靠性方向发展,不断缩小体积、减少成本、提高性能,使得PCB线路板在未来电子设备的发展工程中,仍然保持着强大的生命力。


综述国内外对未来PCB线路板生产制造技术发展动向的论述基本是一致的,即向高密度,高精度,细孔径,细导线,细间距,高可靠,多层化,高速传输,轻量,薄型方向发展,在生产上同时向提高生产率,降低成本,减少污染,适应多品种、小批量生产方向发展。印制电路的技术发展水平,一般以PCB线路板上的线宽,孔径,板厚/孔径比值为代表。


 4  PCB线路板分类


据电路层数分类:分为单面板、双面板和多层板。常见的多层板一般为4层板或6层板,复杂的多层板可达几十层。


单面板(Single-Sided Boards) 在最基本的PCB线路板上,零件集中在其中一面,导线则集中在另一面上(有贴片元件时和导线为同一面,插件器件再另一面)。因为导线只出现在其中一面,所以这种PCB线路板叫作单面板(Single-sided)。因为单面板在设计线路上有许多严格的限制(因为只有一面,布线间不能交叉而必须绕独自的路径),所以只有早期的电路才使用这类的板子。


双面板(Double-Sided Boards) 这种PCB板的两面都有布线,不过要用上两面的导线,必须要在两面间有适当的电路连接才行。这种电路间的“桥梁”叫做导孔(via)。导孔是在PCB板上,充满或涂上金属的小洞,它可以与两面的导线相连接。因为双面板的面积比单面板大了一倍,双面板解决了单面板中因为布线交错的难点(可以通过孔导通到另一面),它更适合用在比单面板更复杂的电路上。


多层板(Multi-Layer Boards) 为了增加可以布线的面积,多层板用上了更多单或双面的布线板。用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层的印刷线路板,通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印刷线路板就成为四层、六层印刷电路板了,也称为多层印刷线路板。板子的层数并不代表有几层独立的布线层,在特殊情况下会加入空层来控制板厚,通常层数都是偶数,并且包含最外侧的两层。大部分的主机板都是4到8层的结构,不过技术上理论可以做到近100层的PCB板。大型的超级计算机大多使用相当多层的主机板,不过因为这类计算机已经可以用许多普通计算机的集群代替,超多层板已经渐渐不被使用了。因为PCB板中的各层都紧密的结合,一般不太容易看出实际数目,不过如果仔细观察主机板,还是可以看出来。


 5  PCB线路板组成


线路与图面(Pattern):线路是做为原件之间导通的工具,在设计上会另外设计大铜面作为接地及电源层。线路与图面是同时做出的。

介电层(Dielectric):用来保持线路及各层之间的绝缘性,俗称为基材。

孔(Through hole / via):导通孔可使两层次以上的线路彼此导通,较大的导通孔则做为零件插件用,另外有非导通孔(nPTH)通常用来作为表面贴装定位,组装时固定螺丝用。

防焊油墨(Solder resistant /Solder Mask) :并非全部的铜面都要吃锡上零件,因此非吃锡的区域,会印一层隔绝铜面吃锡的物质(通常为环氧树脂),避免非吃锡的线路间短路。根据不同的工艺,分为绿油、红油、蓝油。

丝印(Legend /Marking/Silk screen):此为非必要之构成,主要的功能是在电路板上标注各零件的名称、位置框,方便组装后维修及辨识用。

表面处理(Surface Finish):由于铜面在一般环境中,很容易氧化,导致无法上锡(焊锡性不良),因此会在要吃锡的铜面上进行保护。保护的方式有喷锡(HASL),化金(ENIG),化银(Immersion Silver),化锡(Immersion Tin),有机保焊剂(OSP),方法各有优缺点,统称为表面处理。


 6  PCB线路板外观


裸板(上头没有零件)也常被称为"印刷线路板Printed Wiring Board(PWB)"。板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在表面可以看到的细小线路材料是铜箔,原本铜箔是覆盖在整个板子上的,而在制造过程中部份被蚀刻处理掉,留下来的部份就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线(conductor pattern)或称布线,并用来提供PCB板上零件的电路连接。


通常PCB板的颜色都是绿色或是棕色,这是阻焊(solder mask)的颜色。是绝缘的防护层,可以保护铜线,也防止波焊时造成的短路,并节省焊锡之用量。在阻焊层上还会印刷上一层丝网印刷面(silk screen)。通常在这上面会印上文字与符号(大多是白色的),以标示出各零件在板子上的位置。丝网印刷面也被称作图标面(legend)。


在制成最终产品时,其上会安装集成电路、电晶体、二极管、被动元件(如:电阻、电容、连接器等)及其他各种各样的电子零件。借着导线连通,可以形成电子讯号连结及应有机能。


 7  PCB线路板优点


由于图形具有重复性(再现性)和一致性,减少了布线和装配的差错,节省了设备的维修、调试和检查时间;

设计上可以标准化,利于互换;

布线密度高,体积小,重量轻,利于电子设备的小型化;

利于机械化、自动化生产,提高了劳动生产率并降低了电子设备的造价。

特别是FPC软性板的耐弯折性,精密性,更好的应到高精密仪器上.(如相机,手机.摄像机等.)


 8  PCB线路板特点


PCB板之所以能得到越来越广泛地应用,因为它有很多独特优点,概栝如下。

可高密度化。数十年来,印制板高密度能够随着集成电路集成度提高和安装技术进步而发展着。

高可靠性。通过一系列检查、测试和老化试验等可保证PCB长期(使用期,一般为20年)而可靠地工作着。

可设计性。对PCB各种性能(电气、物理、化学、机械等)要求,可以通过设计标准化、规范化等来实现印制板设计,时间短、效率高。

可生产性。采用现代化管理,可进行标准化、规模(量)化、自动化等生产、保证产品质量一致性。

可测试性。建立了比较完整测试方法、测试标准、各种测试设备与仪器等来检测并鉴定PCB产品合格性和使用寿命。

可组装性。PCB产品既便于各种元件进行标准化组装,又可以进行自动化、规模化批量生产。同时,PCB和各种元件组装部件还可组装形成更大部件、系统,直至整机。

可维护性。由于PCB产品和各种元件组装部件是以标准化设计与规模化生产,因而,这些部件也是标准化。所以,一旦系统发生故障,可以快速、方便、灵活地进行更换,迅速恢服系统工作。当然,还可以举例说得更多些。如使系统小型化、轻量化,信号传输高速化等。


 9  PCB线路板软硬区别


分为刚性电路板和柔性电路板、软硬结合板。


刚性PCB板与柔性PCB板的直观上区别是柔性PCB板是可以弯曲的。刚性PCB板的常见厚度有0.2mm,0.4mm,0.6mm,0.8mm,1.0mm,1.2mm,1.6mm,2.0mm等。柔性PCB板的常见厚度为0.2mm,要焊零件的地方会在其背后加上加厚层,加厚层的厚度0.2mm,0.4mm不等。了解这些的目的是为了结构工师设计时提供给他们一个空间参考。刚性PCB板的材料常见的包括:酚醛纸质层压板,环氧纸质层压板,聚酯玻璃毡层压板,环氧玻璃布层压板;柔性PCB板的材料常见的包括:聚酯薄膜,聚酰亚胺薄膜,氟化乙丙烯薄膜。


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