印刷電路板
印刷電路板簡稱:PCB 印刷電路板的英文全稱: Printed Circuit Board
印刷電路板(Printed circuit board,PCB)幾乎會出現(xiàn)在每一種電子設(shè)備當中.如果在某樣設(shè)備中有電子零件,那么它們也都是鑲在大小各異的PCB上.除了固定各種小零件外,PCB的主要功能是提供上頭各項零件的相互電氣連接.隨著電子設(shè)備越來越復(fù)雜,需要的零件越來越多,PCB上頭的線路與零件也越來越密集了.
標準的PCB上頭沒有零件,也常被稱為“印刷線路板Printed Wiring Board(PWB)”.
板子本身的基板是由絕緣隔熱、并不易彎曲的材質(zhì)所制作成.在表面可以看到的細小線路材料是銅箔,原本銅箔是覆蓋在整個板子上的,而在制造過程中部份被蝕刻處理掉,留下來的部份就變成網(wǎng)狀的細小線路了.這些線路被稱作導(dǎo)線(conductor pattern)或稱布線,并用來提供PCB上零件的電路連接.
為了將零件固定在PCB上面,我們將它們的接腳直接焊在布線上.在最基本的PCB(單面板)上,零件都集中在其中一面,導(dǎo)線則都集中在另一面.這么一來我們就需要在板子上打洞,這樣接腳才能穿過板子到另一面,所以零件的接腳是焊在另一面上的.因為如此,PCB的正反面分別被稱為零件面(Component Side)與焊接面(Solder Side).
如果PCB上頭有某些零件,需要在制作完成后也可以拿掉或裝回去,那么該零件安裝時會用到插座(Socket).由于插座是直接焊在板子上的,零件可以任意的拆裝.
如果要將兩塊PCB相互連結(jié),一般我們都會用到俗稱「金手指」的邊接頭(edge connector).金手指上包含了許多裸露的銅墊,這些銅墊事實上也是PCB布線的一部份.通常連接時,我們將其中一片PCB上的金手指插進另一片PCB上合適的插槽上(一般叫做擴充槽Slot).在計算機中,像是顯示卡,聲卡或是其它類似的界面卡,都是借著金手指來與主機板連接的.??
PCB上的綠色或是棕色,是阻焊漆(solder mask)的顏色.這層是絕緣的防護層,可以保護銅線,也可以防止零件被焊到不正確的地方.在阻焊層上另外會印刷上一層絲網(wǎng)印刷面(silk screen).通常在這上面會印上文字與符號(大多是白色的),以標示出各零件在板子上的位置.絲網(wǎng)印刷面也被稱作圖標面(legend).
印刷電路板將零件與零件之間復(fù)雜的電路銅線,經(jīng)過細致整齊的規(guī)劃后,蝕刻在一塊板子上,提供電子零組件在安裝與互連時的主要支撐體,是所有電子產(chǎn)品不可或缺的基礎(chǔ)零件。
印刷電路板以不導(dǎo)電材料所制成的平板,在此平板上通常都有設(shè)計預(yù)鉆孔以安裝芯片和其它電子組件。組件的孔有助于讓預(yù)先定義在板面上印制之金屬路徑以電子方式連接起來,將電子組件的接腳穿過PCB后,再以導(dǎo)電性的金屬焊條黏附在PCB上而形成電路。
依其應(yīng)用領(lǐng)域PCB可分為單面板、雙面板、四層板以上多層板及軟板。一般而言,電子產(chǎn)品功能越復(fù)雜、回路距離越長、接點腳數(shù)越多,PCB所需層數(shù)亦越多,如高階消費性電子、信息及通訊產(chǎn)品等;而軟板主要應(yīng)用于需要彎繞的產(chǎn)品中:如筆記型計算機、照相機、汽車儀表等。
印刷電路板的制造
印刷電路板是以絕緣材料輔以導(dǎo)體配線所形成的結(jié)構(gòu)性元件。在制成最終產(chǎn)品時,其上會安裝集成電路、電晶體、二極管、被動元件(如:電阻、電容、連接器等)及其他各種各樣的電子零件。藉著導(dǎo)線連通,可以形成電子訊號連結(jié)及應(yīng)有機能。因此,印制電路板是一種提供元件連結(jié)的平臺,用以承接聯(lián)系零件的基礎(chǔ)。
由于印刷電路板并非一般終端產(chǎn)品,因此在名稱的定義上略為混亂,例如:個人電腦用的母板,稱為主機板而不能直接稱為電路板,雖然主機板中有電路板的存在但是并不相同,因此評估產(chǎn)業(yè)時兩者有關(guān)卻不能說相同。再譬如:因為有集成電路零件裝載在電路板上,因而新聞媒體稱他為IC板,但實質(zhì)上他也不等同于印刷電路板。
在電子產(chǎn)品趨于多功能復(fù)雜化的前題下,集成電路元件的接點距離隨之縮小,信號傳送的速度則相對提高,隨之而來的是接線數(shù)量的提高、點間配線的長度局部性縮短,這些就需要應(yīng)用高密度線路配置及微孔技術(shù)來達成目標。配線與跨接基本上對單雙面板而言有其達成的困難,因而電路板會走向多層化,又由于訊號線不斷的增加,更多的電源層與接地層就為設(shè)計的必須手段,這些都促使從層印刷電路板(Multilayer Printed Circuit Board)更加普遍。
對于高速化訊號的電性要求,電路板必須提供具有交流電特性的阻抗控制、高頻傳輸能力、降低不必要的輻射(EMI)等。采用Stripline、Microstrip的結(jié)構(gòu),多層化就成為必要的設(shè)計。為減低訊號傳送的品質(zhì)問題,會采用低介電質(zhì)系數(shù)、低衰減率的絕緣材料,為配合電子元件構(gòu)裝的小型化及陣列化,電路板也不斷的提高密度以因應(yīng)需求。BGA (Ball Grid Array)、CSP (Chip Scale Package)、DCA (Direct Chip Attachment)等組零件組裝方式的出現(xiàn),更促印刷電路板推向前所未有的高密度境界。
凡直徑小于150um以下的孔在業(yè)界被稱為微孔(Microvia),利用這種微孔的幾何結(jié)構(gòu)技術(shù)所作出的電路可以提高組裝、空間利用等等的效益,同時對于電子產(chǎn)品的小型化也有其必要性。
對于這類結(jié)構(gòu)的電路板產(chǎn)品,業(yè)界曾經(jīng)有過多個不同的名稱來稱呼這樣的電路板。例如:歐美業(yè)者曾經(jīng)因為制作的程序是采用序列式的建構(gòu)方式,因此將這類的產(chǎn)品稱為SBU (Sequence Build Up Process),一般翻譯為“序列式增層法”。至于日本業(yè)者,則因為這類的產(chǎn)品所制作出來的孔結(jié)構(gòu)比以往的孔都要小很多,因此稱這類產(chǎn)品的制作技術(shù)為MVP (Micro Via Process),一般翻譯為“微孔制程”。也有人因為傳統(tǒng)的多層板被稱為MLB (Multilayer Board),因此稱呼這類的電路板為BUM (Build Up Multilayer Board),一般翻譯為“增層式多層板”。