PCB

PCB(printed circuit board)即印製線路板，簡稱印製板，是電子工業的重要部件之一。幾乎每種電子設備，小到電子手錶、計算器，大到計算機、通信電子設備、軍用武器系統，只要有集成電路等電子元件，為了使各個元件之間的電氣互連，都要使用印製板。印製線路板由絕緣底板、連接導線和裝配焊接電子元件的焊盤組成，具有導電線路和絕緣底板的雙重作用。它可以代替複雜的佈線，實現電路中各元件之間的電氣連接，不僅簡化了電子產品的裝配、焊接工作，減少傳統方式下的接線工作量，大大減輕工人的勞動強度；而且縮小了整機體積，降低產品成本，提高電子設備的質量和可靠性。印製線路板具有良好的產品一致性，它可以採用標準化設計，有利於在生產過程中實現機械化和自動化。同時，整塊經過裝配調試的印製線路板可以作為一個獨立的備件，便於整機產品的互換與維修。目前，印製線路板已經極其廣泛地應用在電子產品的生產製造中。 ^[2] 

印製線路板最早使用的是紙基覆銅印製板。自半導體晶體管於20世紀50年代出現以來，對印製板的需求量急劇上升。特別是集成電路的迅速發展及廣泛應用，使電子設備的體積越來越小，電路佈線密度和難度越來越大，這就要求印製板要不斷更新。目前印製板的品種已從單面板發展到雙面板、多層板和撓性板；結構和質量也已發展到超高密度、微型化和高可靠性程度；新的設計方法、設計用品和制板材料、制板工藝不斷湧現。近年來，各種計算機輔助設計(CAD)印製線路板的應用軟件已經在行業內普及與推廣，在專門化的印製板生產廠家中，機械化、自動化生產已經完全取代了手工操作。 ^[2] 

PCB之所以能受到越來越廣泛的應用，是因為它有很多獨特的優點，大致如下： ^[2] 

多年來，印製板的高密度一直能夠隨着集成電路集成度的提高和安裝技術的進步而相應發展。 ^[2] 

通過一系列檢查、測試和老化試驗等技術手段，可以保證PCB長期(使用期一般為20年)而可靠地工作。 ^[2] 

對PCB的各種性能(電氣、物理、化學、機械等)的要求，可以通過設計標準化、規範化等來實現。這樣設計時間短、效率高。 ^[2] 

PCB採用現代化管理，可實現標準化、規模(量)化、自動化生產，從而保證產品質量的一致性。 ^[2] 

建立了比較完整的測試方法、測試標準，可以通過各種測試設備與儀器等來檢測並鑑定PCB產品的合格性和使用壽命。 ^[2] 

PCB產品既便於各種元件進行標準化組裝，又可以進行自動化、規模化的批量生產。另外，將PCB與其他各種元件進行整體組裝，還可形成更大的部件、系統，直至整機。 ^[2] 

由於PCB產品與各種元件整體組裝的部件是以標準化設計與規模化生產的，因而，這些部件也是標準化的。所以，一旦系統發生故障，可以快速、方便、靈活地進行更換，迅速恢復系統的工作。 ^[2] 

PCB還有其他的一些優點，如使系統小型化、輕量化，信號傳輸高速化等。 ^[2] 

PCB的創造者是奧地利人保羅·愛斯勒( Paul eisler)，1936年，他首先在收音機裏採用了印刷電路板。1943年，美國人多將該技術運用於軍用收音機，1948年，美國正式認可此發明可用於商業用途。自20世紀50年代中期起，印刷線路板才開始被廣泛運用。印刷電路板幾乎會出現在每一種電子設備當中。如果在某樣設備中有電子零件，那麼它們也都是鑲在大小各異的PCB上。PCB的主要功能是使各種電子零組件形成預定電路的連接，起中繼傳輸的作用，是電子產品的關鍵電子互連件，有“電子產品之母”之稱。 ^[3] 

PCB在電子設備中具有如下功能。 ^[4] 

(1)提供集成電路等各種電子元器件固定、裝配的機械支承，實現集成電路等各種電子元器件之間的佈線和電氣連接或電絕緣，提供所要求的電氣特性。 ^[4] 

(2)為自動焊接提供阻焊圖形，為元器件插裝、檢查、維修提供識別字符和圖形。 ^[4] 

(3)電子設備採用印製板後，由於同類印製板的一致性，避免了人工接線的差錯，並可實現電子元器件自動插裝或貼裝、自動焊錫、自動檢測，保證了電子產品的質量，提高了勞動生產率、降低了成本，並便於維修。 ^[4] 

(4)在高速或高頻電路中為電路提供所需的電氣特性、特性阻抗和電磁兼容特性。 ^[4] 

(5)內部嵌入無源元器件的印製板，提供了一定的電氣功能，簡化了電子安裝程序，提高了產品的可靠性。 ^[4] 

(6)在大規模和超大規模的電子封裝元器件中，為電子元器件小型化的芯片封裝提供了有效的芯片載體。 ^[4] 

根據電路層數分類：分為單面板、雙面板和多層板。常見的多層板一般為4層板或6層板，複雜的多層板可達幾十層。PCB板有以下三種主要的劃分類型： ^[5] 

單面板（Single-Sided Boards） 在最基本的PCB上，零件集中在其中一面，導線則集中在另一面上（有貼片元件時和導線為同一面，插件器件在另一面）。因為導線只出現在其中一面，所以這種PCB叫作單面板（Single-sided）。因為單面板在設計線路上有許多嚴格的限制（因為只有一面，佈線間不能交叉而必須繞獨自的路徑），所以只有早期的電路才使用這類的板子。 ^[5] 

雙面板（Double-Sided Boards） 這種電路板的兩面都有佈線，不過要用上兩面的導線，必須要在兩面間有適當的電路連接才行。這種電路間的“橋樑”叫做導孔（via）。導孔是在PCB上，充滿或塗上金屬的小洞，它可以與兩面的導線相連接。因為雙面板的面積比單面板大了一倍，雙面板解決了單面板中因為佈線交錯的難點（可以通過孔導通到另一面），它更適合用在比單面板更復雜的電路上。 ^[5] 

多層板（Multi-Layer Boards） 為了增加可以佈線的面積，多層板用上了更多單或雙面的佈線板。用一塊雙面作內層、二塊單面作外層或二塊雙面作內層、二塊單面作外層的印刷線路板，通過定位系統及絕緣粘結材料交替在一起且導電圖形按設計要求進行互連的印刷線路板就成為四層、六層印刷電路板了，也稱為多層印刷線路板。板子的層數並不代表有幾層獨立的佈線層，在特殊情況下會加入空層來控制板厚，通常層數都是偶數，並且包含最外側的兩層。大部分的主機板都是4到8層的結構，不過技術上理論可以做到近100層的PCB板。大型的超級計算機大多使用相當多層的主機板，不過因為這類計算機已經可以用許多普通計算機的集羣代替，超多層板已經漸漸不被使用了。因為PCB中的各層都緊密的結合，一般不太容易看出實際數目，不過如果仔細觀察主機板，還是可以看出來。 ^[5] 

分為剛性電路板和柔性電路板、軟硬結合板。一般把下面第一幅圖所示的PCB稱為剛性(Rigid)PCB﹐第二幅圖圖中的黃色連接線稱為柔性(或擾性Flexible)PCB。剛性PCB與柔性PCB的直觀上區別是柔性PCB是可以彎曲的。剛性PCB的常見厚度有0.2mm，0.4mm，0.6mm，0.8mm，1.0mm，1.2mm，1.6mm，2.0mm等。柔性PCB的常見厚度為0.2mm﹐要焊零件的地方會在其背後加上加厚層﹐加厚層的厚度0.2mm﹐0.4mm不等。瞭解這些的目的是為了結構工師設計時提供給他們一個空間參考。剛性PCB的材料常見的包括﹕酚醛紙質層壓板﹐環氧紙質層壓板﹐聚酯玻璃氈層壓板﹐環氧玻璃布層壓板 ﹔柔性PCB的材料常見的包括﹕聚酯薄膜、聚酰亞胺薄膜、氟化乙丙烯薄膜。 ^[6] 

要使電子電路獲得最佳性能，元器件的佈局及導線的佈設是很重要的。為了設計質量好、造價低的PCB．應遵循以下一般原則： ^[7] 

首先，要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大，印製線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；過小，則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。在確定PCB尺寸後，再確定特殊元件的位置。最後，根據電路的功能單元，對電路的全部元器件進行佈局。 ^[7] 

在確定特殊元件的位置時要遵守以下原則： ^[7] 

①儘可能縮短高頻元器件之間的連線，設法減少它們的分佈參數和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互捱得太近，輸入和輸出元件應儘量遠離。 ^[7] 

②某些元器件或導線之間可能有較高的電位差，應加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應儘量佈置在調試時手不易觸及的地方。 ^[7] 

③重量超過15 g的元器件、應當用支架加以固定，然後焊接。那些又大又重、發熱量多的元器件，不宜裝在印製板上，而應裝在整機的機箱底板上，且應考慮散熱問題。熱敏元件應遠離發熱元件。 ^[7] 

④對於電位器、可調電感線圈、可變電容器、微動開關等可調元件的佈局應考慮整機的結構要求。若是機內調節，應放在印製板上方便於調節的地方；若是機外調節，其位置要與調節旋鈕在機箱面板上的位置相適應。 ^[7] 

根據電路的功能單元，對電路的全部元器件進行佈局時，要符合以下原則： ^[7] 

①按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使佈局便於信號流通，並使信號儘可能保持一致的方向。

②以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行佈局。元器件應均勻、整齊、緊湊地拉剜在PCB上，儘量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。 ^[7] 

③在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分佈參數。一般電路應儘可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀，而且裝焊容易，易於批量生產。 ^[7] 

④位於電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小於2 mm。電路板的最佳形狀為矩形。長寬比為3：2或4：3。電路板面尺寸大於200 mm✖150 mm時，應考慮電路板所受的機械強度。 ^[7] 

其原則如下： ^[7] 

①輸入輸出端用的導線應儘量避免相鄰平行。最好加線間地線，以免發生反饋耦合。 ^[7] 

②印製板導線的最小寬度主要由導線與絕緣基板間的粘附強度和流過它們的電流值決定。 ^[7] 

當銅箔厚度為0.05 mm、寬度為1～15 mm時，通過2 A的電流，温度不會高於3℃，因此導線寬度為1.5 mm可滿足要求。對於集成電路，尤其是數字電路，通常選0.02～0.3 mm導線寬度。當然，只要允許，還是儘可能用寬線，尤其是電源線和地線。 ^[7] 

導線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對於集成電路，尤其是數字電路，只要工藝允許，可使間距小至5～8 um。 ^[7] 

③印製導線拐彎處一般取圓弧形，而直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能。此外，儘量避免使用大面積銅箔，否則，長時間受熱時，易發生銅箔膨脹和脱落現象。必須用大面積銅箔時，最好用柵格狀，這樣有利於排除銅箔與基板間粘合劑受熱產生的揮發性氣體。 ^[7] 

焊盤中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤太大易形成虛焊。焊盤外徑D一般不小於d+1.2 mm，其中d為引線孔徑。對高密度的數字電路，焊盤最小直徑可取d+1.0 mm。 ^[7] 

常用的PCB設計軟件的提供商有Altium、Cadence、Mentor等。其中Altium（前稱Protel國際）公司先後推出的Protel 99 SE、Pi‘otel DXP、AltiumDesigner等在我國應用比較廣泛，目前Altium Designer每年都有新版本發佈，對於PCB設計軟件，學會使用一個，其餘的學習起來就比較容易了，因為這類軟件的功能都是很接近的。 ^[8] 

按產業鏈上下游來分類，可以分為原材料、覆銅板、印刷電路板、電子產品應用等，其關係簡單如下： ^[5] 

玻纖布：玻纖布是覆銅板的原材料之一，由玻纖紗紡織而成，約佔覆銅板成本的40%（厚板）或25%（薄板）。玻纖紗由硅砂等原料在窯中煅燒成液態，通過極細小的合金噴嘴拉成極細玻纖，再將幾百根玻纖纏絞成玻纖紗。窯的建設投資巨大，一般需上億資金，且一旦點火就必須24小時不間斷生產，進入退出成本巨大。 ^[5] 

銅箔：銅箔是佔覆銅板成本比重最大的原材料，約佔覆銅板成本的30%（厚板）或50%（薄板），因此銅的漲價是覆銅板漲價的主要驅動力。 ^[5] 

覆銅板：覆銅板是以環氧樹脂等為融合劑將玻纖布和銅箔壓合在一起的產物，是印刷電路板的直接原材料，在經過刻蝕、電鍍、多層板壓合之後製成印刷電路板。 ^[5]