什么是印刷電路板？

打開電子設(shè)備的任何人都可以看到印刷電路板，也稱為PCB。它們是薄的，扁平的且通常是綠色的矩形基板，上面覆蓋著迷宮的細銅線和銀墊，是大多數(shù)電子設(shè)備的心臟和靈魂。了解電路板需要了解它們是什么，存在的不同類型的電路板，這些電路板上使用的組件以及PCB制造方法或過程。起點是了解印刷電路板如何演變。1950年代，印刷電路板取代了大多數(shù)電子產(chǎn)品中的點對點結(jié)構(gòu)。點對點結(jié)構(gòu)是將電線焊接到端子排，印有金屬環(huán)的板上。在點對點操作的設(shè)備中，小型電子元件及其電線直接焊接到端子上，大型設(shè)備（例如變壓器）的電線也直接焊接到端子上。就像您想象的那樣，該系統(tǒng)涉及混亂的電線纏結(jié)。由于每條電線和零件都必須套圈并焊接到端子板上的正確零件上，因此也很難用于批量生產(chǎn)。

1960年代流行的另一種電路板制造方法是繞線。電子組件安裝在絕緣板上，并通過導(dǎo)線相互連接，導(dǎo)線圍繞導(dǎo)線或插座引腳纏繞數(shù)次。

進入PCB，該PCB幾乎消除了點對點構(gòu)造和繞線中使用的所有布線，從而促進了批量生產(chǎn)。PCB制造過程可以在很大程度上實現(xiàn)自動化，從而降低了可能導(dǎo)致原型故障或電路板故障的工程缺陷風險。PCB制造商可以將規(guī)格輸入軟件，該軟件可以進行廣泛的設(shè)計檢查，以確保甚至在制造電路板之前都能獲得最佳性能。自動化生產(chǎn)還意味著比其他施工方法更低的成本。

本文研究了印刷電路板的類型，板上使用的組件，不同的PCB制造方法以及PCB制造的注意事項。

PCB類型

今天有幾種類型的電路板在使用。印刷電路板的特征在于其構(gòu)造方法，包括單面，雙面和多層板配置。

單面PCB

單面PCB僅具有一層基板?；宓囊粋?cè)覆蓋有一層金屬薄層。通常，由于銅的高導(dǎo)電性而使用銅。該層為各種電子組件之間的電源和信號創(chuàng)建導(dǎo)電路徑。接下來是保護性阻焊層，可以在最后一層添加絲網(wǎng)印刷涂層以標記電路板的各個部分。單面PCB用于簡單的電子產(chǎn)品，并且比其他類型的PCB成本更低。

雙面印刷電路板

雙面印刷電路板比單面印刷電路板更常用，因為雙面電路板允許引入更復(fù)雜的電路。像單面PCB一樣，它們只有一層基板，但是兩面都覆蓋有導(dǎo)電金屬和電路組件。然后使用通孔安裝或表面安裝來連接組件。

通孔技術(shù)有時被稱為“通孔”，它使用稱為引線的細線，這些細線穿過電路板上的孔以連接組件。引線的每一端都焊接到確切的組件或電路上。這可以手動完成，也可以通過自動插入式安裝機完成。通孔安裝繼續(xù)用于必須承受更大壓力的電路，因為穿過電路板的引線和焊接的組合可建立更牢固的連接。通孔PCB通常用于軍事和航空航天產(chǎn)品。

表面安裝不需要在板上鉆洞。組件直接安裝在PCB上。此方法使用較小的引線或根本不使用引線。表面貼裝印刷電路板比通孔更受歡迎，因為處理和加工成本要低得多。組件可以批量或手工焊接到板上。

多層PCB

多層PCB具有多層基板，絕緣材料將各層隔開。它們使用與雙面PCB相同的技術(shù)，通過通孔或表面安裝連接多層板上的組件。多層板通常有四到十層，但如果產(chǎn)品需要，可以增加更多層。它們通常用于計算機，服務(wù)器，并經(jīng)常用于專門用途，例如醫(yī)療規(guī)格PCB。

焊接技術(shù)

焊接技術(shù)可以包括手工焊接，該手工焊接使用鐵，焊料，焊芯和助焊劑來加熱低熔點溫度的合金（通常是錫或鉛合金），該合金用于將組件機械連接到電路板上，同時還提供組件的引腳或引線與電路板上的電路焊盤或走線之間的導(dǎo)電路徑。 波峰焊是批量焊接過程。在電路板的底面涂上一層焊劑，然后將其緩慢預(yù)熱以防止熱沖擊。然后將PCB通過一鍋熔融焊料。鍋中的泵在板上清洗焊料，以將所有組件熔合到板上。選擇性焊接與波峰焊相似，但助焊劑僅應(yīng)用于需要焊接的某些組件。而不是然后在板上漂洗一波焊料，而是使用一個小氣泡或焊錫來融合特定的組件。

PCB元件

互連設(shè)備

互連設(shè)備通常用于將一個印刷電路板連接到另一塊印刷電路板，或者有時用于將該板連接到電子設(shè)備。它們還可以用于將集成電路芯片（一個小平板（或芯片）上的一組電子電路）連接到印刷電路板上。

邊緣連接器用于PCB的邊緣，并插入設(shè)備的匹配插座中。邊緣連接器的側(cè)面或金屬跡線可將電信號從PCB上的電路跡線傳輸?shù)竭B接器插座。插座包含一個在一側(cè)開口的塑料盒，并且在內(nèi)部包含不同數(shù)量的引腳，這取決于電路的特定I / O需求。連接器通常是帶鍵的，并且可能包含凸耳或凹口，以確保正確的極性并確保只能插入正確的配對連接器。

D連接器（也稱為D超微型）的名稱來自其大致D形的金屬屏蔽層。它們由兩排或多排平行的插座或插針組成，并由D形金屬屏蔽罩包圍，該金屬屏蔽罩支撐連接器和屏蔽電磁干擾的屏蔽層。與PCB一起使用時，這些引腳直接焊接到印刷電路板上，而不是導(dǎo)線上。D型連接器通常與PCB成直角安裝，以便可以將電纜插入PCB組件的邊緣。

帶狀電纜連接器是扁平的細電纜，由多根彼此平行放置的較小電纜組成。這種多芯電纜布置使絕緣位移連接器（也稱為IDC）易于通過一排尖銳的叉形觸點連接到一端。端接通常在帶狀電纜連接器的兩端進行，盡管有時只有一端是IDC端接的。

顧名思義，矩形連接器為矩形。它們通常由安裝在PCB上的公頭連接器組成，可容納母頭插座或外殼。

IC插座用于集成電路芯片需要成為PCB的可拆卸部分的情況。通常，這些芯片被焊接到板上，但是對于諸如原型之類的應(yīng)用，其中需要快速移除和重新編程芯片而無需拆焊和重新焊接的連接，則使用IC插座。幾種IC插座是雙列直插式插座，轉(zhuǎn)銷雙列直插式插座和零插入力插座。

電路元件

印刷電路板上可以裝有各種各樣的電子和電氣組件，用于實現(xiàn)所需的電路功能。從廣義上講，這些設(shè)備及其最終的電路板設(shè)計可分為模擬電路，數(shù)字電路或RF（射頻）。下面列出的是一些常用組件。

電池是任何電路的基本組件。它們提供了在電源不工作的情況下電路起作用或維持電路中的電源所需的DC電壓。所用電池的類型取決于PCB的應(yīng)用和電路設(shè)計。

電阻是PCB的關(guān)鍵元素之一。它們是具有兩個端子的小型電子設(shè)備，可用于調(diào)節(jié)電流或產(chǎn)生電壓降。電阻器限制電流流動，并且通常用條紋進行顏色編碼，以識別其電阻和公差級別，或者在其上印刷歐姆值。

電容器類是本質(zhì)上將能量存儲為靜電場的電子設(shè)備，由放置在兩個導(dǎo)電板之間的絕緣材料組成。在PCB中，它們可以阻止直流電流動，同時允許交流電或時變電流流動。當將直流電壓施加到電容器時，電荷由每個導(dǎo)電板存儲。電流在電容器存儲能量時流動—當電容器充滿電時，電流停止流動。用作絕緣材料的材料（介電材料）的類型決定了電容器的類型。常見的絕緣體材料包括陶瓷，聚碳酸酯和銀云母。在PCB中，電路板本身通常會創(chuàng)建一個電容器，并在金屬導(dǎo)電區(qū)域，接地導(dǎo)體和電源導(dǎo)體的交替層之間形成一個穩(wěn)定的電容器。在PCB中，可以找到電容器，這些電容器可用于減少或過濾噪聲并通過將這種噪聲路由通過電容器或?qū)⑵洳⒙?lián)到地面來提供隔離。

二極管是僅在一個方向上傳輸電流的電氣設(shè)備，并且由兩個端子之間的半導(dǎo)體材料組成（兩端分別為p型和n型半導(dǎo)體材料）。二極管在一個方向上啟用電流時，二極管在相反方向上阻止電流。LED是發(fā)光二極管。當電流流過時，它們會產(chǎn)生可見光。

晶體管是可以放大或切換電流的半導(dǎo)體器件。晶體管具有連接到電路的三個端子。施加到一對端子上的電流控制電流流過另一對端子的方式，可以切換其方向或?qū)ζ溥M行放大。

電感器（也稱為線圈，扼流圈或電抗器）由通常由鐵磁材料芯包裹的線圈組成。電流通過導(dǎo)線并產(chǎn)生磁場，該磁場然后存儲能量并阻止電流的任何變化。它們用于抵抗交流電流的變化，而直流電流則流過它們。

開關(guān)是允許電流流過還是阻止電流，具體取決于它們是斷開還是閉合。

電路元件封裝樣式

有許多不同的集成電路封裝類型，使用的類型取決于IC和PCB的類型。它們與眾不同的主要方式之一是通過通孔，表面安裝或插座將它們安裝到PCB的方式。這些是一些較常見的類型：

雙列直插式封裝（DIP）是最常見的IC通孔封裝，但也可以與插座一起使用。它們具有兩排平行的電氣連接銷，這些銷連接到矩形外殼上。

單列直插式封裝（SIP）具有一排連接引腳。它們不如DIP常見，但通常用于RAM芯片和具有共享引腳的多個電阻器。

表面貼裝封裝或SMD / SMT封裝 有許多不同的品種。三種較流行的類型是小外形IC封裝，方形扁平封裝和小型柵格陣列。小外形IC（SOIC）封裝就像較小的DIP，其引腳向外彎曲。它們被認為是最容易焊接的。四方扁平封裝的IC引腳的四個側(cè)面都向外張開，通常用于封裝微處理器，傳感器和其他現(xiàn)代IC。球柵陣列是復(fù)雜的封裝，其中焊料球以網(wǎng)格圖案排列在IC的底部。

PCB制造方法

雖然PCB的設(shè)計和制造通常是外包的，但了解制造方法可能有助于選擇制造商。盡管電路板制造是一個不斷發(fā)展的過程，但PCB制造通常依賴于一組基本技術(shù)，包括機械加工，成像，電鍍，蝕刻和層壓。這些方法中的每一種都有其自身的優(yōu)點和局限性，并且它們的功能有些重疊。

設(shè)計

印刷電路板組件制造起來相對便宜，特別是在長時間生產(chǎn)中。如您所料，PCB最昂貴和最具挑戰(zhàn)性的部分不是其制造，而是PCB設(shè)計。迷宮式設(shè)計操作（PCB工程）有許多因素。必須正確映射組件，保持銅板比例，甚至可以減少浪費和防止翹曲，走線與組件之間的距離要避免串擾或耦合，走線寬度必須與信號頻率和電流相符。換句話說，PCB工程是高度專業(yè)化的功能，電路板布局通常是PCB生產(chǎn)中最昂貴的方面。當電路板設(shè)計涉及RF（射頻）組件時，

加工

印刷電路板制造的加工階段圍繞精確地大批量鉆孔的能力展開，直徑的測量單位為百分之一和千分之一英寸。如此小的尺寸以前由于孔壁破裂或變形的風險而阻止了多個板的堆疊，但是當前的技術(shù)允許在不損壞的情況下同時鉆多個堆疊的板。在小于約0.0135英寸直徑的比例尺上，鉆頭往往更昂貴且抗操作磨損性更差。另外，當板厚度與孔直徑的比率增加時，鍍覆可靠性可能受到負面影響。通常使用機械或激光鉆孔來打孔，而較薄的板往往更容易鉆孔至嚴格的公差。激光切割電路板更受歡迎。

影像學

絲網(wǎng)印刷是為電路板成像開發(fā)的首批技術(shù)之一，由于其對材料的要求低，相對較低的資本投資成本以及大批量生產(chǎn)的能力而一直在使用。但是，在較小的空間和線條尺寸下，其效率會降低，需要使用專用的絲網(wǎng)來處理較短的線條寬度和更密集的間距限制。對于多層和細線電路應(yīng)用而言，光成像技術(shù)是一種更為普遍的技術(shù)，它涉及通過液體輥涂，浸涂或旋涂，熱輥層壓和電泳生產(chǎn)薄膜。這是用于將電路圖像對準到板上的高精度過程，并且由于相同的工具系統(tǒng)負責成像和孔至引腳對齊，因此簡化了該過程。盡管有優(yōu)勢，

?應(yīng)力松弛，可能發(fā)生在內(nèi)層中，從而導(dǎo)致設(shè)備面板內(nèi)部以及各個面板之間意外移動。

?如果工具系統(tǒng)因重復(fù)使用而磨損，則會發(fā)生工具磨損。破舊的工具可能會形成過大的針孔，從而導(dǎo)致零件松動，從而威脅電路板的完整性。

?分層循環(huán)，其中高溫和熱循環(huán)會增加被蝕刻特征從板上指定區(qū)域拉出的風險。

?內(nèi)層準備很重要，因為在機械擦洗過程中施加太大壓力會導(dǎo)致層壓板拉伸或膨脹。

? 聚酯成像膠片可能會根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境的溫度和濕度水平而膨脹或收縮。

可以采取措施減輕這些變量帶來的風險。微觀修飾可以擴大膠片的各個方面以改善成像配準，而膠片拉伸可以擴展打印的圖像以補償將來的收縮，這是保持打印精度的兩種常用方法。此外，在潔凈室環(huán)境中工作可以減少污染物影響成像質(zhì)量的機會。

覆膜

層壓方法既用于多層電路設(shè)計，又用于生產(chǎn)實際的電路板。液壓熱壓層壓是最初使用的最常用技術(shù)之一，但是由于其制造能力強，因此最近開發(fā)的替代方法（例如結(jié)合了熱或冷過程和真空輔助功能的液壓機變型）已被廣泛應(yīng)用。高層板。這些方法還可以更好地控制電路板材料的介電常數(shù)和阻抗。高壓釜層壓可提供計算機控制的精度，并且可以更好地控制層壓樹脂系統(tǒng)中使用的熱量，并且能夠生產(chǎn)三維形狀。

電鍍

PCB電鍍涉及將金屬表面處理應(yīng)用于印刷電路板上，有幾種將金屬固定到電路板基板上的常用方法，包括：

?電解電鍍經(jīng)常用于大批量的精加工項目，因為它提供了相對較快的運行速度。電解過程依靠電流從溶液中鍍出金屬，通常采用鍍浴來完成沉積。

?化學鍍使用催化劑和自還原鍍液或原電池反應(yīng)的組合，以在不依賴電源的情況下完成表面處理。它通常用于模制電路應(yīng)用，尤其是在三維電路路徑的金屬化中。

?等離子鍍（也稱為干鍍）通過部分真空沉積金屬，采用惰性氣體等離子體從帶電靶材上去除金屬顆粒，以將其重新沉積在基板上。該方法通常用于細線電路生產(chǎn)中，并且產(chǎn)生的廢物相對較少。

刻蝕

蝕刻是從印刷電路板表面去除多余的金屬以建立均勻性，這對于某些類型的電路設(shè)備（例如細線電路）至關(guān)重要。標準蝕刻方法的功能范圍從浸漬罐到垂直和水平工藝，但大多數(shù)技術(shù)都適用于電路板生產(chǎn)中常見的印版蝕刻順序。常見的蝕刻化學品包括硝酸，過氧化氫和氯化銅，它們的特征尺寸受銅厚的限制。可以使用諸如添加劑和粘合劑之類的技術(shù)來減少這些限制并增強細線電路蝕刻。

保形涂層

保形涂層是保護PCB組件的薄膜。聚合物膜遵循電路板的輪廓，以防止灰塵，濕氣，極端溫度和其他刺激性。傳統(tǒng)的保形涂料通常具有樹脂基底并且是半滲透性的。它們的使用方式多種多樣，包括刷涂，手動或自動噴涂和浸涂。涂層通常很薄，以免增加PCB的重量，并最大程度地減少熱量滯留。

制作注意事項

印刷電路板原型在PCB制造過程中非常有幫助，因為它們提供了一種在批量生產(chǎn)之前測試設(shè)計組件多個方面的方法。尋找具有原型能力的車間將有助于整體PCB組裝。

選擇PCB制造和組裝的合同制造商時，請確保制造車間能夠滿足周轉(zhuǎn)時間和技術(shù)要求。車間通常專門生產(chǎn)一種類型的PCB或一種類型的安裝件，因此找到適合您的生產(chǎn)運行需求的車間很重要。

例如，在制造小尺寸PCB時，需要使用較小的鉆頭或激光技術(shù)。制造車間可能會提供其他PCB特殊程序，例如深度鉆孔和順序?qū)訅?，但是如果需要特殊工藝，請?wù)必事先檢查。順序?qū)訅盒枰獙逡淮螌訅簝纱?，而不是一次大批量層壓。當需要在不打穿電路板另一?cè)的情況下將孔鉆到特定深度時，可以使用深度鉆削。根據(jù)其應(yīng)用，電路板可能還需要特殊的材料，因此找到可以獲取這些材料的制造商非常重要。柔性和剛性-柔性PCB使用可彎曲和移動的材料（例如塑料）來減輕重量，以及用于航空航天和醫(yī)療應(yīng)用的PCB。制造商還可以專門從事特定行業(yè)。
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