PCB = Printed Circuit Board,因為PCB是用一塊基板 + 絕緣 + 銅箔構成的電路基板,然後用印刷與蝕刻的製程製造成電路,所以我們叫它為印刷電路板或電路板。美國和英國也稱它為PWB(Printed Wire Board,印刷線路板或線路板)。
PCB是重要的電子部件,既是PCBA板內電子組件的支撐體,也提供各類電子元件的電路連接。 電路板把需要工作的電容、電阻、電感、IC芯片等所有組件連接成一個整體,所以我們也稱印刷電路板為主板或母板。
幾乎每種電子設備,小到耳機、電池、小算盘、電燈、家電,大到電腦、通信設備、飛機、衛星,汽車、輪船、醫療設備等,只要用到電的產品幾乎都要使用PCB。
PCBA = PCB + Assembly,也就是Printed Circuit Board Assembly。也就是說未貼裝元器件的光板是PCB,而打件或者裝配了各類電子元器件的PCB就是PCBA。
PCB與PCBA
PCB的起源
1925年,美國的Charles Ducas(加成法的鼻祖)在絕緣的基板上印刷出線路圖案,再以電鍍的筦道,成功製成導體作為配線。
1936年,奧地利人保羅·愛斯勒(Paul Eisler)(减成法的鼻祖)首先在收音機裏採用了PCB。
1943年,美國人將PCB科技運用於軍用收音機。
1948年,美國正式認可PCB可用於商業用途。
20世紀50年代,由於CCL的和層壓板的粘合强度和耐焊性問題得到解决,效能穩定可靠,實現了工業化大生產,銅箔蝕刻法成為PCB製造技術的主流,Printed Circuit Board才開始被廣泛運用,如今PCB在電子工業中已佔據絕對統治地位。 開始生產單面板。
20世紀50年代,開始生產單面PCB。
20世紀60年代,實現了孔金屬化雙面PCB實現了大規模生產。
20世紀70年代,多層PCB迅速發展,並不斷向高精度、高密度、細線小孔、高可靠性、低成本和自動化連續生產方向發展。
20世紀80年代,表面裝貼科技(SMT)逐漸替代插裝式PCB,成為生產主流。 超高多層PCB與高密度互聯HDI 電路板迅速發展。
20世紀90年代,封裝技術進一步從扁平封裝(QFP)向球珊陣列封裝(BGA)發展,PCB開始往更小的線路發展。
進入21世紀後,高密度的BGA、晶片級封裝以及有機層壓板資料為PCB基板的IC封裝基板得到迅猛發展。
PCB從單層PCB發展到雙面PCB、多層PCB、撓性PCB、軟硬結合板-剛撓結合PCB、金屬PCB、陶瓷PCB等。 並且仍舊保持著各自的發展趨勢。 由於不斷地高密度、高精度、細孔徑、細導線、小間距、高可靠性、多層化、高速傳輸、輕質量、薄型化方向發展,不斷縮小體積、降低成本、提高效能。 同時在生產方面,向提高生產率,降低成本,減少污染,適應多品種、小批量生產方向發展。 使得PCB電路板在未來電子設備的發展工程中,仍然保持著强大的生命力。
PCB的作用
在電路板出現之前,電子元器件之間的互連都是通過電線直接連接而組成完整線路的。 PCB為固定和組裝集成電路等各種電子元件提供機械支撐。 在集成電路等各種電子元件之間實現佈線和電力連接(訊號傳輸)或電力絕緣。 提供所需的電力特性,如特性阻抗。
電子設備採用PCB後,由於同類Printed Circuit Board的一致性,從而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,保證了電子設備的質量,提高了勞動生產率、降低了成本,並便於維修。
電路板可以提供集成電路等各種電子元器件固定、裝配的機械支撐,完成集成電路等各種電子元器件之間的佈線和電力連接或電絕緣,提供所要求的電力特性,如特性阻抗等,可為自動錫焊提供阻焊圖形,為元器件插裝、檢查、維修提供識別字元和圖形。
PCB能够代替複雜的佈線,幫助實現電路各元件之間的電力連接。 這個作用不僅簡化了電子產品的裝配以及焊接工作。 還能够有效的减少傳統管道接線工作量,減輕工人勞動強度。
PCB縮小了整機的體積,並且降低產品的成本。 有效的提高了電子設備的質量以及可靠性。 PCB還可以實現標準化的實際管道,實現生產機械化以及自動化。
PCB的分類
1、按PCB的應用分類
民用PCB(消費類):玩具、照相機、電視機、音響設備、手機、電燈、家電、等使用的PCB。
工業用PCB(裝備類):安防、汽車、電腦、通信機、儀器、儀錶、工業控制器等使用的PCB。
軍用PCB:航天、太空、雷達、軍艦、軍用通訊設備等使用的PCB。
2、按PCB基板材質分類
紙基PCB:酚醛紙基PCB、環氧紙基PCB等。
玻璃布基PCB:環氧玻璃布基PCB、聚四氟乙烯玻璃布基PCB等。
合成纖維PCB:環氧合成纖維PCB等。
有機薄膜基材PCB:尼龍薄膜PCB等。
陶瓷基板PCB。
金屬芯基PCB,如鐵基板,鋁基板,銅基板。
碳氫化合物PCB。
陶瓷粉末PCB。
PTFE,Teflon、特氟隆、聚四氟乙烯PCB。
3、按PCB結構分類
按結構可分為剛性PCB、柔性PCB和剛柔結合板。
剛性PCB、柔性PCB和剛柔結合板
4、按PCB層數分類
按層數可分為單面板、雙面板、多層板和HDI板(高密度互連板)。
單面板 -1層板
單面板指只在電路板的其中一個面(焊接面)上進行佈線,而所有元器件以及元器件標號和文字標注等都在另一個面(元器件面)上放置的印刷電路板。
單面板最大的特點是價格低廉,制造技術簡單。 但是由於只能在一個面上進行佈線,佈線比較困難,容易出現布不通的情况,所以只適用於一些比較簡單的電路。
雙面板-雙層PCB
雙面板在絕緣板兩面進行佈線,其中一面作為頂層,另一面作為底層。 頂層和底層通過過孔進行電力連接。
通常,雙層PCB上的元器件被放置在頂層。 但是,有時為了縮小電路板體積,也可以在兩層都放元器件。 雙層板的特點是價格適中、佈線容易,是現時常規PCB中比較常用的類型。
多層PCB電路板
兩層以上的PCB統稱為多層電路板。多層板除了PCB的項層和底層有電路布線,在內層還有電路走線。目前常用的多層PCB通常是4層-20層以內。
HDI 電路板
HDI是高密度互聯的意思,HDI 電路板是指採用微盲也與埋孔技術的一種線路分佈密度比較高的PCB。目前手機主板使用的PCB幾乎為HDI 電路板。
PCB的結構
PCB電路板主要由覆銅板(Copper Clad Laminates,CCL)、半固化片(Prepreg,PP片)、銅箔(Copper Foil)、阻焊層(又稱阻焊膜)(Solder Mask)、字符層組成。 同時,為了保護走電路板的銅線裸露在外的銅箔,保證焊接效果,還需要對PCB進行表面處理,防止銅箔氧化。
覆銅板
覆銅箔層壓板(CCL),簡稱覆銅箔板或覆銅板,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。覆銅板是製造PCB的基礎材料,是由介電層(樹脂、玻璃纖維)及高純度的導體(銅箔)二者所構成的複合材料。
直到1960年才有專業製造廠以甲醛樹脂銅箔為基材製作單面PCB,並將其投入電唱機、答錄機、錄影機等市場,之後因雙面貫孔鍍銅製造技術興起,於是耐熱、尺寸安定的環氧玻璃基板大量被應用至今。 現在用得比較多的有FR4、FR1、CEM3、陶瓷板和鐵氟龍板等。
現時,應用最廣泛的採用蝕刻法制成的PCB是在覆銅箔板上有選擇地進行蝕刻,得到所需的線路圖形。 覆銅箔板在整個PCB板上主要提供導電、絕緣和支撐三個方面的功能。 PCB的效能、質量和製造成本,在很大程度上取決於覆銅箔板。
玻纖布是覆銅板的原材料之一,由玻纖紗紡織而成,約占覆銅板成本的40%(厚板)或25%(薄板)。 玻纖紗由矽砂等原料在窑中煆燒成液態,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。 窑的建設投資巨大,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。
半固化片(Prepreg)
半固化片又稱PP片,是多層板生產中的主要資料之一,主要由樹脂和增强資料組成,增强資料分為玻璃纖維布(簡稱玻璃布)、紙基和複合材料等幾種類型。
製作多層PCB所使用的半固化片(黏結片)大多採用玻璃布作為增强資料。 將經過處理的玻璃布浸漬上樹脂膠液,再經熱處理預烘製成的薄片資料被稱為半固化片。 半固化片在加熱加壓下會軟化,冷卻後會固化。
由於玻璃布在經向、緯向組織長度的紗股數不同,在剪切時需注意半固化片的經緯向,一般選取經向(玻璃布捲曲的方向)為生產板的短邊方向,緯向為生產板的長邊方向,以確保板面的平整,防止生產板受熱後扭曲變形。
PCB的結構
銅箔-電路層
銅箔是沉澱於電路板基底層上的一層薄的、連續的金屬箔,它作為PCB印刷電路板的導電體,容易被黏合在絕緣層上,經蝕刻後形成電路圖樣。
常見工業用銅箔可分為壓延銅箔(RA銅箔)與電解銅箔(ED銅箔)兩大類。
壓延銅箔具有較好的延展性等特性,是早期軟板制程所使用的銅箔。
電解銅箔則具有製造成本較壓延銅箔低的優勢。
銅箔:銅箔是占覆銅板成本比重最大的原材料,約占覆銅板成本的30%(厚板)或50%(薄板),囙此銅的漲價是覆銅板漲價的主要驅動力。
阻焊層
阻焊層是指PCB上有阻焊油墨的部分。
阻焊油墨通常是綠色的,有少數採用紅色、黑色和藍色等,所以在PCB行業常把阻焊油墨稱為綠油或綠漆,阻焊層是PCB的永久性保護層,能起到防潮、防腐蝕、防黴和機械擦傷等作用,同時也可以防止零件被焊到不正確的地方。
字符層
字符即文字層,在電路板印刷的阻焊層上面一層,可以沒有,一般用於注釋。
通常,為了方便PCBA的安裝和維修等,在PCB板的上下表面上印刷所需要的標誌圖案和文字代號等,例如,元器件標號和標稱值、元器件外廓形狀和廠家標誌、生產日期等。
PCB表面處理
這裡所說的“表面”是指PCB上為電子元器件或其他系統與PCB上的電路之間提供電力連接的連接點,如焊盤或接觸式連接的連接點。 裸銅本身的可焊性很好,但是暴露在空氣中很容易被氧化,而且容易受到污染,所以要在裸銅的表面覆蓋一層保護膜。
常見的PCB表面處理工藝有有鉛噴錫、無鉛噴錫、有機塗覆(Organic Solderability Preservatives,OSP)、沉金ENIG、沉銀、沉錫和鍍金手指等,隨著環保法規的不斷完善,有鉛噴錫工藝已經逐漸被禁用,目前PCB製造商生產的電路板幾乎都是符合RoHS製程,有部分印刷電路板符合無鹵PCB製程。
以上我們說明了什麼是PCB? 電子產品採用PCB後,由於PCB的一致性,可以避免人工佈線的錯誤,實現電子部品的自動插入或安裝、自動焊接和自動檢測,從而保證電子產品的質量,提高勞動生產率,降低成本,便於維護。因此PCB已經成為現今電子產品中不可少的部品。