PCB电路板基础知识解析

PCB( Printed Circuit Board)，中文名称为印制电路板，又称印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的载体。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。

其主要功能是使各种电子元器组件通过电路进行连接，起到导通和传输的作用，是电子产品的关键电子互连件。几乎每种电子设备都离不开印制电路板，因为其提供各种电子元器件固定装配的机械支撑、实现其间的布线和电气连接或电绝缘、提供所要求的电气特性，其制造品质直接影响电子产品的稳定性和使用寿命，并且影响系统产品整体竞争力，有“电子产品之母”之称。

PCB 产业的发展水平一定程度上反映一个国家或地区电子产业的发展速度与技术水准。目前，PCB 应用领域已经覆盖几乎全部电子类产品，涉及消费电子、新能源汽车、通信设备、工业控制、医疗等多个行业，市场需求十分旺盛。PCB 行业是全球电子元件细分产业中最重要的产业之一，按板材的材质可以分为柔性线路板(FPC)、刚性线路板和刚柔结合线路板。

一、PCB概念

PCB，即印制电路板(Printed Circuit Board)，是电子元器件的支撑体，也是电子元器件电气相互连接的载体。它采用多层堆叠设计，将复杂的电路布局压缩到一个紧凑的空间中，节省了设备体积，增加了集成度。PCB以其高可靠性、低成本和便捷性，在现代电子设备中扮演着至关重要的角色。

PCB的主要功能是使各种电子元器件形成预定电路，起中继传输的作用，是电子产品的关键电子互连件，被誉为“电子产品之母”。它是现代电子设备中不可或缺的组成部分，其重要性不言而喻。

PCB硬件工程师是负责电路板(PCB)设计、分析、调试和维护的专业人员。根据客户需求及产品要求进行电路设计，进行电路分析，确保电路的功能和性能都符合要求。通过原理图设计，包括元器件的选择、符号的标注以及线路的连接等，并根据电路的特点进行PCB的布局和设计，确保线路的稳定性和可靠性。

PCB(PrintedCircuitBoard)，中文名称为印制电路板，又称印刷电路板、印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板。

二、PCB在各种电子设备中作用和功能

1.焊盘：提供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支撑。

2.走线：实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接(信号传输)或电绝缘。提供所要求的电气特性，如特性阻抗等。

3.绿油和丝印：为自动装配提供阻焊图形，为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。

三、PCB技术发展概要

从1903年至今,若以PCB组装技术的应用和发展角度来看,可分为三个阶段

1 通孔插装技术(THT)阶段PCB

1.金属化孔的作用：

(1).电气互连---信号传输

(2).支撑元器件---引脚尺寸限制通孔尺寸的缩小

a.引脚的刚性

b.自动化插装的要求

2.提高密度的途径

(1)减小器件孔的尺寸，但受到元件引脚的刚性及插装精度的限制，孔径≥0.8mm

(2)缩小线宽/间距：0.3mm—0.2mm—0.15mm—0.1mm

(3)增加层数：单面—双面—4层—6层—8层—10层—12层—64层

2 表面安装技术(SMT)阶段PCB

1.导通孔的作用：仅起到电气互连的作用，孔径可以尽可能的小，堵上孔也可以。

2.提高密度的主要途径

①.过孔尺寸急剧减小：0.8mm—0.5mm—0.4mm—0.3mm—0.25mm

②.过孔的结构发生本质变化：

a.埋盲孔结构优点：提高布线密度1/3以上、减小PCB尺寸或减少层数、提高可靠性、改善了特性阻抗控制，减小了串扰、噪声或失真(因线短，孔小)

b.盘内孔(hole in pad)消除了中继孔及连线

③薄型化：双面板：1.6mm—1.0mm—0.8mm—0.5mm

④PCB平整度：

a.概念：PCB板基板翘曲度和PCB板面上连接盘表面的共面性。

b.PCB翘曲度是由于热、机械引起残留应力的综合结果

c.连接盘的表面涂层：HASL、化学镀NI/AU、电镀NI/AU…

3 芯片级封装(CSP)阶段PCB

CSP开始进入急剧的变革于发展之中,推动PCB技术不断向前发展， PCB工业将走向激光时代和纳米时代.

PCB，全称为Printed Circuit Board，中文名称为印刷电路板，是一种用于连接和支持电子组件的导电板。它是电子产品中不可或缺的一部分，被广泛应用于计算机、手机、电视、汽车等各种电子设备中。

PCB的制作采用层叠的方式，通常包括一层导电层、一层绝缘层和一层焊接层。导电层上通过印刷或蚀刻的方法形成了电路图案，其中包括电子元器件的引脚和电路连接线。绝缘层用于隔离和支撑导电层，常用的绝缘材料有玻璃纤维层和环氧树脂。焊接层是用来连接电子元件和主板的接触点，常用的方法是通过热熔焊接或表面贴装技术。

PCB具有以下几个主要特点：

1.导电性：PCB通过导电层将电子元件连接在一起，实现电路的导电功能。

2.可靠性：PCB制作过程中采用严格的工艺和材料，确保电路的可靠性和稳定性。

3.可重复性：通过标准化的制作流程，大量生产的PCB具有相同的性能和规格。

4.紧凑性：PCB可以实现高集成度的电路设计，使得电子设备更加紧凑和轻便。

5.可扩展性：PCB的结构设计可以容易地进行修改和扩展，方便适应不同的电路需求。

PCB在电子领域中的应用非常广泛。首先，PCB在计算机领域中起到了关键的作用，如主板、显卡等几乎所有计算机硬件都需要使用PCB。其次，PCB在通讯设备中也是不可或缺的，如手机、路由器等。再者，PCB还广泛应用于消费电子产品，如电视、音响、相机等。此外，PCB在医疗设备、汽车电子、航空航天等领域也有重要的应用。

随着科技的不断进步，PCB也在不断演化和创新。目前，越来越多的电子元器件被集成在更小、更多层次的PCB中，以满足高性能和小型化的需求。另外，新材料、新工艺以及先进的生产技术也在推动PCB的发展，带来更高的性能、更稳定的电路和更低的成本。

总之，PCB作为电子产品的基础组件之一，起着连接和支持电子元器件的重要作用。通过不断的创新和进步，PCB为电子设备的高性能、小型化和可靠性提供了坚实的基础。

PCB的种类

PCB根据使用的材料、结构和制作工艺的不同，可以分为多种不同的类型。以下是几种常见的PCB类型：

1. 单面板(Single-sided PCB)：最简单的PCB类型，只有一层导电层和一层绝缘层。导电层上仅有一面的电路图案，大多数用于简单电路和低成本产品。

2. 双面板(Double-sided PCB)：有两层导电层和一层绝缘层，导电层上有上下两面的电路图案，通过通过孔连接两层电路。双面板比单面板具有更高的密度和更复杂的电路设计，适用于中等复杂度的电子产品。

3. 多层板(Multilayer PCB)：通过在两个导电层之间添加多层绝缘层来形成多层结构。多层板具有更高的集成度和更丰富的电路设计，可以容纳大量的电子元件和复杂的信号路径。多层板常用于高端电子产品和大规模集成电路。

4. 刚性板(Rigid PCB)：由刚性材料制成，如玻璃纤维与环氧树脂(FR-4)组成的板材。刚性板结构牢固，适用于需要支撑和稳定电子元件的应用。

5. 柔性板(Flexible PCB)：使用柔性基材制成，如聚酰亚胺(PI)等。柔性板具有良好的可弯曲性和可折叠性，适用于对形状和尺寸要求较高的产品，如折叠手机、柔性显示屏等。

6. 刚柔性板(Rigid-flex PCB)：结合刚性板和柔性板的特点，使用刚性材料和柔性材料组合而成。刚柔性板在满足电路需求的同时，可以适应产品的复杂形状和尺寸要求，常见于需要折叠或弯曲的电子产品中。

除了上述常见的PCB类型，还有一些特殊类型的PCB，如高频PCB、厚铜PCB、高TG(玻璃化温度)PCB等，它们在特定的应用环境和需求下具有特殊的性能和特点。这些不同类型的PCB能够满足不同产品的设计要求，提供了丰富的选择和灵活性。

PCB的制造流程

PCB的制造流程通常包括以下几个主要步骤：

1. 原材料准备：准备好所需的基材、导电层材料、绝缘层材料、焊接层材料等。

2. 图纸设计：根据电路设计需求，使用电子设计自动化(EDA)软件创建PCB的电路图和布局图，并生成相应的准确图纸和生产文件。

3. 板材切割：将基材切割成所需的尺寸和形状，通常使用机械切割或数控切割机进行切割。

4. 清洗处理：将板材进行表面处理，去除污垢、油脂等，以便后续涂布和蚀刻处理。

5. 涂布：将导电层材料(一般为铜)均匀地涂布在基材上，可以采用浸涂、喷涂或印刷等方法。

6. 曝光和显影：在涂布的导电层上使用光刻胶，并通过曝光机将电路图案投影到光刻胶上，再通过显影去除未曝光的光刻胶，形成所需的电路图案。

7. 电镀：在导电层上进行电镀，通过电化学方法在电路图案上镀上一层铜，增强导电层的厚度和维护电路的连通性。

8. 蚀刻：使用化学蚀刻液去除未被光刻胶保护的铜层，形成电路图案中所需的逐渐蚀刻掉的铜。

9. 清洗和去除光刻胶：将PCB进行清洗，去除残留的光刻胶和化学蚀刻液，确保电路板表面干净。

10. 钻孔：通过机械钻或激光钻等手段在PCB上钻孔，以便于后续元件的安装和连接。

11. 镀金：给导电层表面进行镀金，以提高其防腐蚀性能和焊接性能。

12. 焊接：在PCB上焊接元件，可以使用贴片式焊接或波峰焊接技术。

13. 测试和质检：对PCB进行电路连通性、功能和性能的测试，进行质量检查和筛选不合格品。

14. 装配和包装：将已经通过测试的PCB进行组装和包装，以满足最终产品的要求。

PCB应用场景

1、在医疗设备中的应用

医学的飞快进步与电子行业快速发展是息息相关的，很多医疗设备都是单独做基础PCB，如pH计、心跳传感器、温度测量、心电图机、脑电图机、核磁共振成像仪、X射线机、CT扫描仪、血压机、血糖水平测量设备等。

2、在工业设备中的应用

PCB板广泛的使用于制造业，特别是那些拥有高功率机械设备的行业;这些设备靠高功率运行且需要高电流的电路驱动。如电弧焊、大型伺服电机驱动器、铅酸电池充电器、服装棉花机等。

3、在照明中的应用

LED灯和高强度LED，是安装在基于铝基板的PCB上;铝具有吸收热量并在空气中消散的特性。

4、在汽车和航空航天工业中的应用

其产品广泛应用于通讯、电源、计算机网络、数码产品、工业控制、科教、航空航天和国防等高新科教领域。

需要注意的是，以上的制造流程是一个常见的流程，具体的步骤和流程可能会因制造厂家和产品类型的不同而有所差异。同时，制造PCB需要高度的专业技术和严格的质量控制，确保最终产品的可靠性和性能。

PCB板的功能

1.电气连接

PCB板上设计的铜线轨迹能够连接各种电子元件，如电阻、电容和集成电路，形成完整的电路系统。这种高效的连接方式简化了电路设计，提升了电路的可靠性。

元器件支撑

PCB板为元器件提供了稳定的支撑，确保它们能够紧凑排列。通过焊接等方式，元器件可以稳固地安装在PCB板上，提升设备的结构完整性和便携性。

电路保护

PCB板的绝缘材料能有效隔离电磁干扰，保护电路免受外界环境(如湿气、灰尘等)的影响。这样的保护设计延长了电子设备的使用寿命，尤其在恶劣的工业环境中表现尤为突出。

散热功能

在高性能、高功耗的电子设备中，散热问题尤为突出。PCB板上的金属层，尤其是铜箔，经过精心设计，成为了有效的散热通道。它们能够迅速吸收并分散电路工作时产生的热量，防止元件因过热而损坏。设计中可以增加铜箔厚度、优化铜箔布局等，进一步提升了PCB板的散热效率。此外，还可以引入创新的散热结构，如散热孔、散热片等，这些设计不仅增强了散热效果，还保持了PCB板的紧凑性和美观性，为打造高性能、长寿命的电子设备提供了坚实的技术支持。

PCB的功能与应用

PCB在电子设备中具有多种功能。一方面，它提供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支承，实现各元器件之间的布线和电气连接或电绝缘，提供所要求的电气特性;另一方面，还为自动焊接提供阻焊图形，为元器件插装、检查、维修提供识别字符和图形。

并且，在采用PCB后，同类印制板的一致性避免了人工接线的差错，可实现电子元器件自动插装或贴装、自动焊锡、自动检测，保证电子产品的质量，提高劳动生产率、降低成本，并便于维修。

如今，PCB被广泛应用于各行各业：

在LED照明领域，由于LED灯泡在使用时会产生较少的热量，金属芯PCB板被广泛应用。

在汽车行业，PCB用于引擎控制系统、音响系统、变速箱传感器、数字显示器等，确保汽车的正常运行。

在航空航天领域，PCB需要能够承受极端温度和大量湍流的组件，要求轻质且抗氧化。

在医疗行业，心脏监护仪、耳鼻喉科诊断设备、CT扫描系统等都需要PCB的支持。

在军事领域，PCB在极端条件下需要高度耐用且可靠，通过严格的测试过程以确保设计满足高性能要求。