印制电路板基础知识解析

作者:科技产品

在电子整机设备中由于采用了印制线路板,避免了人工接线的差错,实现了自动插装、焊接和检测。从而保证了电子整机产品的质量和可靠性,还提高了劳动生产率,降低了生产成本,方便了维修。

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按照线路板层数可分为单面板、双面板、四层板、六层板以及其他多层线路板。

电路板的名称有:陶瓷电路板,氧化铝陶瓷电路板,氮化铝陶瓷电路板,线路板,PCB板,铝基板,高频板,厚铜板,阻抗板,PCB,超薄线路板,超薄电路板,印刷电路板等。电路板使电路迷你化、直观化,对于固定电路的批量生产和优化用电器布局起重要作用。

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多层板

印制电路板是现代电子设备中必不可少的配件凡是电子设备,无论是大型机械或是个人电脑、通信基站或手机、家用电器或电子玩具均会用到印制电路板。

回答:

元件排列的方向和疏密程度应有利于空气的对流。考虑组装工艺,元件方向尽可能一致。

印制电路板在电子整机设备中的作用有:为晶体管、集成电路、电阻、电容、电感等元器件提供了固定和装配的机械支撑;实现晶体管、集成电路、电阻、电容、电感等元件之间的布线和电气连接、电绝缘来满足其电气特性;为电子装配工艺中元件的检查、维修提供了识别字符和图形,为波峰焊接提供了阻焊图形。

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热磁兼顾

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(注释:单面板、双面板与多层板。)

⑴宽度

印制电路板的构成主要是绝缘基材与导体两类材料,在电子设备中起到支撑、互连和部分电路元件的作用。集成路与电阻、电容等电子元件作为单个的个体是无法发挥作用的,只有在印制电路板上有了立足之地并有导结将其连通,在这整体中才能发挥其功能。印制电路板是支撑元器件的骨架,连通电信号的管道。另外,有的印制电路板中附有电阻、电容、电感等元器件,成为功能性电路,起到器管作用。

保·埃斯讷发明了印刷电路工艺,使得人们后来大批量化生产电子产品的过程变得更简便易行,为人们实现机械化和自动化生产电子产品奠定了坚实的工艺基础。从二十世纪50年代至今,人们能在研制通信设备和计算机等电子产品的过程中持续取得进展,显然与人们不断改进并运用印刷电路工艺生产电路板有很大的关联。一方面,随着印刷电路工艺水平逐步提高,人们生产出的印刷电路板已经可以达到相当高的精度。另一方面,人们运用印刷电路工艺,已可制造出面积更小,线路更复杂,可靠性却又很高的电子线路板,这即为人们开发出集成电路,是奠定了必要的技术基础的。过往的事实向人们一而再、再而三地表明,如果人们没有发明出印刷电路工艺,不能规模化量产高精度、高可靠性和更复杂的电子线路板,那么网络通信、计算机、航空航天、原子能和家电等行业(软件行业 硬件行业)便不会有今天这般的发达和繁荣。

双面板

印刷电路板按适用的范围可分为低频印制板和高频印制板。通信设备等电子产品高频化是一大发展趋势。当然,现今还出现了碳膜印制电路板、表面安装印制电路板和金属芯印制电路板等特殊印刷电路板。

这种电路板的两面都有布线,不过要用上两面的导线,必须要在两面间有适当的电路连接才行。这种电路间的“桥梁”叫做导孔。导孔是在PCB上,充满或涂上金属的小洞,它可以与两面的导线相连接。因为双面板的面积比单面板大了一倍,双面板解决了单面板中因为布线交错的难点(可以通过导孔通到另一面),它更适合用在比单面板更复杂的电路上。

图片 5网上有种说法是:一个国家的半导体技术有多先进,往往体现的是该国的现代化工业水平有多高。半导体的电气互联与装配则必须基于线路板上。而印刷电路板(印制电路板)作为一类重要的电子部件,是电子元件的支撑体(载体),于是人们将之形象地称作“电子航母”。到目前为止,通信设备和计算机等几乎所有的电子产品均用到了印刷电路板。印刷电路板的英文全称为Printed Circuit Board,简称为PCB。

过孔,一般被使用在多层PCB中,它的最小可用直径是与板基的厚度相关,通常板基的厚度与过孔直径比是6:1。高速信号时,过孔产生nH的电感和pF的电容的路径。因此,当铺设高速信号通道时,过孔应该被保持到绝对的最小。对于高速的并行线,如果层的改变是不可避免,应该确保每根信号线的过孔数一样。并且应尽量减少过孔数量,必要时需设置印制导线保护环或保护线,以防止振荡和改善电路性能。

问题:PCB板是什么呢?

在印制电路板的设计中,元器件布局和电路连接的布线是关键的两个环节。

如果细分的话,还可以分为PCB和PCBA,PCB就如上图,只有线路和焊盘,是空板,而PCBA则是已经焊接好的板子。

随着电子技术的快速发展,印制电路板广泛应用于各个领域,几乎所有的电子设备中都包含相应的印制电路板。为保证电子设备正常工作,减少相互间的电磁干扰,降低电磁污染对人类及生态环境的不利影响,电磁兼容设计不容忽视。本文介绍了印制电路板的设计方法和技巧。

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裸板也常被称为“印刷线路板Printed Wiring Board”。板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在表面可以看到的细小线路材料是铜箔,原本铜箔是覆盖在整个板子上的,而在制造过程中部份被蚀刻处理掉,留下来的部份就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线(conductor pattern)或称布线,并用来提供PCB上零件的电路连接。

二十世纪30年代中期,奥地利有位名叫保·埃斯讷的电气工程师率先发明出了印刷电路工艺。保·埃斯讷早年在维也纳工程学院学的是电气工程专业。1930年,保·埃斯讷从该校毕业后,又去学习并钻研过印刷技术。保·埃斯讷在研究电子线路板的同时,常常会进图书馆里查阅有关印刷技术的书籍资料。再后来,保·埃斯讷在自己的脑子里就萌生出了一个大胆的想法。这个想法就是,如果人们能像印刷书籍和报纸那样,把电子设备的电路也一次性地印刷在线路板上,那么人们便不用再通过手工的方式一块一块地制作出线路板,更不必在每块线路板上一根一根地焊接线路了,人们生产电子产品的效率及电子产品的可靠性均可大幅度地提升。

⑶间距

回答:

布局

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按电路流程安排各个功能电路单元的位置,输入和输出信号、高电平和低电平部分尽可能不交叉,信号传输路线最短。

PCB板是EDA工具设计出来的,现在主要设计工具有:99SE、AD、PADS和allegro,99SE和AD一般是元件较少的板子才用,而pin脚在2000以上的绝大部分都会使用爬到死(PADS)和阿里狗(allegro),现在阿里狗占据大部分的高端手机设计市场,现在手机PCB板几乎都是用阿里狗画的。

⑶方向

PCB板画出来后,还要生成gerben等文件,交给板厂,板厂拿到生产资料后开始切割铜板或铝板,腐蚀、拼板,这些都是机器自动化完成,板厂完成制作PCB板后,发给SMT厂贴片,按照位号来贴片,需要过炉,需要注意的是有些物料是塑料制品如耳机座子、USB座等是不可以过炉的,高温会将其融化,这些需要后焊。

功能区分

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目前的电路板,主要由以下组成

印刷电路板按基材的性质可分为刚性印制板和柔性印制板。刚性印制板有一定的机械强度,一般的电子产品中都有用到刚性印刷电路板。柔性印制电路板是以软层状塑料或者其他软质绝缘材料作为基材。柔性印制板往往有着特别的用途,如手机的显示屏和按键。柔性印制板的优势是能够弯曲、卷曲、折叠,能连接刚性印制板与活动部件,从而实现立体布线,三维空间互联的效果。柔性印制板的体积小,重量轻,装配方便,适用于内部空间小且组装密度高的电子产品。

⑶双层板可以使用地线面,地线面的目的是提供一个低阻抗的地线。

PCB中文叫做印刷电路板,是承载电子元器件的主体。在设计端根据客户要求,使用Layout 软件对板子进行设计。设计完成的资料交由PCB板厂制作,制作完成后的PCB会在贴片长上锡贴上各类元器件及芯片,贴完件的整机会被组装进相应的产品中!我们生活中大部分电子产品中都有PCB的存在,如手机,电脑,电视,甚至连我们现在流行的共享单车中也有PCB的存在!应该说PCB是现在电子消费时代中不可或缺的一部分!

⑷多层印制电路板中,可设置接地层,接地层设计成网状。地线网格的间距不能太大,因为地线的一个主要作用是提供信号回流路径,若网格的间距过大,会形成较大的信号环路面积。大环路面积会引起辐射和敏感度问题。另外,信号回流实际走环路面积小的路径,其他地线并不起作用。

回答:

优点

印刷电路板按结构可分为单面板、双面板和多层板三种。单面板仅有一面印制电路,制造工艺较简便,装配起来较方便,适用于一般要求的电子产品,如收音机、电视机。双面板的两面都有印制电路。由于双面板的布线密度比单面高,所以双面板在电子产品中可占用更小的空间,如电子计算机、电子仪器、仪表。多层板指的是在绝缘基板上印制3层及其以上印制电路的线路板,多层板是由几层较薄的单面板或者双面板组成。多层板与集成电路配合使用,可使整机更小型化,并减少整机重量。多层板有助提高布线密度,缩小元件间距,缩短信号传输路径。多层板有助减少元器件焊接点降低电子产品故障率。多层板因增设了屏蔽层,电路信号失真得以减少。多层板引入了接地散热层,可减少局部过热现象,进而提升电子产品在工作时的可靠性。

分类

当时,在书籍和报纸印刷行业中,人们通常运用照相制版技术来印制书籍和报纸,亦即人们通过照相的方式,把拍摄下来的图片底版,蚀刻于铜版或者锌版上,之后人们再用这种铜版或者锌版印制出书籍和报纸。保·埃斯讷在尝试着研制电子线路板的过程中,也运用了与之类似的方法。保·埃斯讷先是画出电子线路图,后再把该电子线路图蚀刻在覆盖有一层铜箔的绝缘板之上(只留下导通的线路)。如此一来,电子元件之间,便通过该绝缘板上的铜箔所形成的电路相互连接了起来。

设计

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,相比人工,可以避免错误降低报废率。

外观

回答:

3、地线设计

手机、电视里绿色或蓝色的板子就是PCB板,小到电阻电容,达到CPU\GPU,都是焊接在PCB板上,可以说PCB板是电子产品的硬件载体。

布线

PCB,英文全称为Printed Circuit Board,中文全称为印制电路板,是现在电子产品的基础,现在稍微复杂的电子产品都会用到PCB板,几乎可以说只要是有电的地方就会有电路板。

防焊油墨(Solder resistant /Solder Mask) :并非全部的铜面都要吃锡上零件,因此非吃锡的区域,会印一层隔绝铜面吃锡的物质,避免非吃锡的线路间短路。根据不同的工艺,分为绿油、红油、蓝油。

⑸地线面能够使辐射的环路最小。

由于印刷电路板并非一般终端产品,因此在名称的定义上略为混乱,例如:个人电脑用的母板,称为主板,而不能直接称为电路板,虽然主机板中有电路板的存在,但是并不相同,因此评估产业时两者有关却不能说相同。再譬如:因为有集成电路零件装载在电路板上,因而新闻媒体称他为IC板,但实质上他也不等同于印刷电路板。我们通常说的印刷电路板是指裸板-即没有上元器件的电路板。

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表面处理(Surface Finish):由于铜面在一般环境中,很容易氧化,导致无法上锡,因此会在要吃锡的铜面上进行保护。保护的方式有喷锡,化金,化银(Immersion Silver),化锡(Immersion Tin),有机保焊剂,方法各有优缺点,统称为表面处理。

单面板

⑵距离

贴装元件尽可能在一面,简化组装工艺。

为了增加可以布线的面积,多层板用上了更多单或双面的布线板。用一块双面作内层、二块单面作外层或二块双面作内层、二块单面作外层的印刷线路板,通过定位系统及绝缘粘结材料交替在一起且导电图形按设计要求进行互连的印刷线路板就成为四层、六层印刷电路板了,也称为多层印刷线路板。板子的层数并不代表有几层独立的布线层,在特殊情况下会加入空层来控制板厚,通常层数都是偶数,并且包含最外侧的两层。大部分的主机板都是4到8层的结构,不过技术上理论可以做到近100层的PCB板。大型的超级计算机大多使用相当多层的主机板,不过因为这类计算机已经可以用许多普通计算机的集群代替,超多层板已经渐渐不被使用了。因为PCB中的各层都紧密的结合,一般不太容易看出实际数目,不过如果仔细观察主机板,还是可以看出来。

印制板的制造方法可分为减去法和添加法两个大类。目前,大规模工业生产还是以减去法中的腐蚀铜箔法为主。

在制成最终产品时,其上会安装集成电路、电晶体、二极管、被动元件(如:电阻、电容、连接器等)及其他各种各样的电子零件。借着导线连通,可以形成电子讯号连结及应有机能。

通常PCB的颜色都是绿色或是棕色,这是阻焊(solder mask)的颜色。是绝缘的防护层,可以保护铜线,也防止波焊时造成的短路,并节省焊锡之用量。在阻焊层上还会印刷上一层丝网印刷面(silk screen)。通常在这上面会印上文字与符号,以标示出各零件在板子上的位置。丝网印刷面也被称作图标面。

⒈由于图形具有重复性和一致性,减少了布线和装配的差错,节省了设备的维修、调试和检查时间;

⒉设计上可以标准化,利于互换;3.布线密度高,体积小,重量轻,利于电子设备的小型化;

介电层(Dielectric):用来保持线路及各层之间的绝缘性,俗称为基材。

元器件之间距离的最小限制根据元件外形和其他相关性能确定,目前元器件之间的距离一般不小于0.2 mm~0.3mm,元器件距印制板边缘的距离应大于2mm。

⑴层面

⒋利于机械化、自动化生产,提高了劳动生产率并降低了电子设备的造价。

孔(Through hole / via):导通孔可使两层次以上的线路彼此导通,较大的导通孔则做为零件插件用,另外有非导通孔通常用来作为表面贴装定位,组装时固定螺丝用。

元件安装孔的直径应该与元件的引线直径较好的匹配,使安装孔的直径略大于元件引线直径的mm。通常DIL封装的管脚和绝大多数的小型元件使用0.8mm的孔径,焊盘直径大约为2mm。对于大孔径焊盘为了获得较好的附着能力,焊盘的直径与孔径之比,对于环氧玻璃板基大约为2,而对于苯酚纸板基应为。

具体布线时应注意以下几点:

布局,是把电路器件放在印制电路板布线区内。布局是否合理不仅影响后面的布线工作,而且对整个电路板的性能也有重要影响。在保证电路功能和性能指标后,要满足工艺性、检测和维修方面的要求,元件应均匀、整齐、紧凑布放在PCB上,尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接,以得到均匀的组装密度。

线路与图面:线路是做为原件之间导通的工具,在设计上会另外设计大铜面作为接地及电源层。线路与图面是同时做出的。

相邻导线之间的距离应满足电气安全的要求,串扰和电压击穿是影响布线间距的主要电气特性。为了便于操作和生产,间距应尽量宽些,选择最小间距至少应该适合所施加的电压。这个电压包括工作电压、附加的波动电压、过电压和因其它原因产生的峰值电压。当电路中存在有市电电压时,出于安全的需要间距应该更宽些。

印制导线的最小宽度,主要由导线和绝缘基板间的粘附强度和流过它们的电流值决定。印制导线可尽量宽一些,尤其是电源线和地线,在板面允许的条件下尽量宽一些,即使面积紧张的条件下一般不小于1mm。特别是地线,即使局部不允许加宽,也应在允许的地方加宽,以降低整个地线系统的电阻。对长度超过80mm的导线,即使工作电流不大,也应加宽以减小导线压降对电路的影响。

采用印制板的主要优点是:

公用地线串联一点接地方式比较简单,各个电路接地引线比较短,其电阻相对小,这种接地方式常用于设备机柜中的接地。独立地线并联一点接地,只有一个物理点被定义为接地参考点,其他各个需要接地的点都直接接到这一点上,各电路的地电位只与本电路的地电流基地阻抗有关,不受其他电路的影响。

在最基本的PCB上,零件集中在其中一面,导线则集中在另一面上。因为导线只出现在其中一面,所以这种PCB叫作单面板(Single-sided)。因为单面板在设计线路上有许多严格的限制(因为只有一面,布线间不能交叉而必须绕独自的路径),所以只有早期的电路才使用这类的板子。

组成

⑵公共地线应尽量布置在印制电路板边缘部分。电路板上应尽可能多保留铜箔做地线,可以增强屏蔽能力。

⒌特别是FPC软性板的耐弯折性,精密性,更好的应用到高精密仪器上。(如相机,手机。摄像机等。)

⑵长度

丝印(Legend /Marking/Silk screen):此为非必要之构成,主要的功能是在电路板上标注各零件的名称、位置框,方便组装后维修及辨识用。

印制电路板{PCB线路板},又称印刷电路板,是电子元器件电气连接的提供者。它的发展已有100多年的历史了;它的设计主要是版图设计;采用电路板的主要优点是大大减少布线和装配的差错,提高了自动化水平和生产劳动率。

元器件的位置应按电源电压、数字及模拟电路、速度快慢、电流大小等进行分组,以免相互干扰。

1、导线

工艺性

2、孔径和焊盘尺寸

不合理的地线设计会使印制电路板产生干扰,达不到设计指标,甚至无法工作。地线是电路中电位的参考点,又是电流公共通道。地电位理论上是零电位,但实际上由于导线阻抗的存在,地线各处电位不都是零。因为地线只要有一定长度就不是一个处处为零的等电位点,地线不仅是必不可少的电路公共通道,又是产生干扰的一个渠道。

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⑴走线长度尽量短,以便使引线电感极小化。在低频电路中,因为所有电路的地电流流经公共的接地阻抗或接地平面,所以避免采用多点接地。

一点接地是消除地线干扰的基本原则。所有电路、设备的地线都必须接到统一的接地点上,以该点作为电路、设备的零电位参考点。一点接地分公用地线串联一点接地和独立地线并联一点接地。

要极小化布线的长度,布线越短,干扰和串扰越少,并且它的寄生电抗也越低,辐射更少。特别是场效应管栅极,三极管的基极和高频回路更应注意布线要短。

⑷路径

资料

发热元件与热敏元件尽可能远离,要考虑电磁兼容的影响。

电路板上同时安装数字电路和模拟电路时,两种电路的地线和供电系统完全分开,有条件时将数字电路和模拟电路安排在不同层内。电路板上需要布置快速、中速和低速逻辑电路时,应安放在紧靠连接器范围内;而低速逻辑和存储器,应安放在远离连接器范围内。这样,有利于减小共阻抗耦合、辐射和交扰的减小。时钟电路和高频电路是主要的骚扰辐射源,一定要单独安排,远离敏感电路。

信号路径的宽度,从驱动到负载应该是常数。改变路径宽度对路径阻抗(电阻、电感、和电容)产生改变,会产生反射和造成线路阻抗不平衡。所以,最好保持路径的宽度不变。在布线中,最好避免使用直角和锐角,一般拐角应该大于90°。直角的路径内部的边缘能产生集中的电场,该电场产生耦合到相邻路径的噪声,45°路径优于直角和锐角路径。当两条导线以锐角相遇连接时,应将锐角改成圆形。

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