什么是印刷电路板 (PCB)?

发表于 2023-4-28 13:52:06
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所有电子产品都必须使用印刷电路板(PCB)来固定集成电路(IC)和其他电子元件,并且所有具有不同功能的集成电路和电子元件都通过细铜线连接,以提供稳定的工作环境,以便电子信号可以在不同的电子元件之间循环。

什么是印制电路板?
印刷电路板(PCB),又称印刷线路板(PWB),是用于组装电子元器件的基板,是电子元器件非常重要的支撑元件。电路板上层层金属铜箔电路设计用于连接相关元器件,实现电路的有效运行。

早期电子产品的各个元器件都是通过导线连接起来,形成一条完整的通路。后来,为了简化电子产品制造的程序,降低成本,发展出印刷法来制作电路,用基板上的铜箔代替原来的导线连接,从而提高了生产效率。各元器件之间主要通过电路板上的金属铜箔线路连接,通过各层的设计来连接导通相关元器件。

传统的电路板构造方法是使用印刷抗蚀剂来制作电路和电路的图形,因此被称为印刷电路板。由于电子产品尺寸不断小型化和精细化,目前的电路板大多采用抗蚀剂(湿膜或干膜)覆盖,曝光显影后,将不需要的铜箔蚀刻掉,制成电路板。

什么是PCB基板?
基板通常根据基板的绝缘性、材料成分或阻燃特性进行分类。常见的原材料有玻璃纤维,以及各类塑料板。PCB基板制造商一般采用由玻璃纤维无纺布材料和环氧树脂组成的绝缘半固化片,然后将铜箔压制成铜箔基板使用。

什么是PCB表面处理?
由于PCB的铜面在环境中很容易被氧化,因此需要在未被阻焊层覆盖的裸露区域重新加工并覆盖一层涂层,以保护该区域不被氧化。针对各种后续加工需要,开发了各种不同材质、不同价格、不同防护等级的表面处理方法。

常见的PCB表面处理有以下几种:裸铜板、喷锡板、无铅喷锡板、化学金板、电镀金、化学银板、OSP板。

PCB结构的种类和应用有哪些?
单层PCB:

电路板只有一面有铜箔线,另一面完全没有铜箔线。早期的电子产品线路简单,只需要一面连接导通,另一面不用铜箔就可以放置零件。
以玻璃纤维包覆单面铜箔为底板,一面集中集成电路(IC)等电子元器件,另一面集中铜线。一块面板上能做的铜线数量很少,只有早期的电路板才会用到。

双层PCB:
电路板两面都有铜箔走线,正面(Top layer)和背面(Bottom layer)的通路可以通过孔连接。由于双面均可布线,可用面积是单面板的2倍,更适合电路复杂的产品。在设计中,零件放置在正面,而背面是零件脚的焊接面。
底板采用玻璃纤维包覆双面铜箔,底板正反面分别制作铜线。钻“过孔”,让铜线从板前向后穿过,连接前后铜线。双层 PCB 用于比单面板更复杂的电路中。

多层板:多层板
是采用多块蚀刻双面板,板与板之间堆叠绝缘层(Prepreg),最外层两面铺铜箔,压合而成。由于采用多块双面板压合,层数通常为偶数。压在里面的铜箔层可以是导电的,可以是信号层,也可以是电源层,也可以是接地层。理论上,多层板可以达到50层以上,但实际应用目前在30层左右。

目前电脑使用的主板由于元器件太多,多为八层板。小型电子产品,如手机、平板电脑等,由于体积小,一般至少需要八层板。对于产品尺寸较小的电子元件,通常需要更多的PCB层数。

PCB制造工艺取决于结构:
单面板:
工程→切割→钻孔→贴合→铜腐蚀→阻焊→文字→表面处理→成型→电测→质检

双面板:工程→切板→钻孔→PTH→一次铜→层压→曝光显影→二次铜锡铅→除膜→铜腐蚀→锡铅剥离→阻焊→文字→表面处理→成型→电测→ 产品检查

多层板:工程→镶板→内层压膜→内层铜蚀刻→内层去膜→压合→钻孔→PTH→一次铜→层压→曝光显影→二次铜锡铅→去膜→铜蚀刻→剥锡和铅→阻焊→文字→表面处理→成型→电气测试→质量检验

PCB制造取决于工艺:
干法工艺:

面板切割、层压、曝光、压制、钻孔、成型

湿法工艺:
刷涂、内层显影、内层蚀刻、内层除膜、黑/棕氧化、除渣、镀通孔、全板镀铜、外层显影、线路镀铜、镀锡铅、外层去膜、外层蚀刻、剥锡铅、阻焊印刷、文字印刷、表面处理质量。

元器件贴装焊接技术
印刷电路板完成后,必须将集成电路(IC)和其他电子元件连接并固定到印刷电路板上。

通孔技术(THT):
电子元件放置在电路板的正面,引脚焊接在背面。通常使用波峰焊。首先切割引脚以靠近电路板并稍微弯曲以固定组件。然后移动电路板,让电路板底部接触助焊剂,以去除底部引脚上的氧化物。然后将电路板加热并移到熔化的焊料上。当焊料冷却时,连接完成。这种方法会占用大量空间,因为需要为每个销钉钻一个孔。由于引脚占用电路板两侧的空间,焊点比较大,但固定效果较好。

表面贴装技术 (SMT):
电子元件和引脚放置在电路板的正面。通常使用过回流焊。含有助焊剂和焊料的焊膏首先印刷在电路板上,准备连接到电子元件引脚上。然后将电子元件放置在电路板上,使引脚与电路板上的焊膏接触。然后对电路板施加热量以熔化焊膏并与电子元件引脚接合。冷却后,电子元件引脚将固定在电路板上。电子元器件可以更密集地贴附在电路板上,减小印刷电路板的总尺寸,因此目前大多数电子产品都采用SMT技术取代THT技术。

特殊PCB材料及用途
在PCB行业中,PCB根据其性能可分为刚性PCB、柔性PCB(FPCB)和刚柔结合PCB(RFPCB)。以计算机的内部部件为例。硬纸板是计算机主板等的主要基板。称为印制电路板或PCB,多指硬质板。软板是用来连接元器件的板。例如在手机中,一般需要天线软板来连接天线和主板。一般需要软板连接,因为它可以弯曲、凹陷、薄。当空间较小,元器件距离较远时,常采用柔性板连接。

1、柔性印刷电路板(FPC):
柔性板由柔性塑料基膜、铜箔和粘合剂集成而成。可自由弯曲、灵活、轻薄、精度高。它可以有多层电路,可以使用 SMT 将芯片连接到板上。一般称为柔性印制电路板,简称柔性板、软板或软膜。

FPC与其他基板一样,也在不断追求更高的线密度和层数,以提高FPC性能,降低传输功耗。但是FPC的制造工艺非常复杂,对电子元器件制造的技术能力要求也比较高。

软板的应用非常广泛。软板最常用于智能手机等通讯产品。智能手机软板的使用约占整体软板的40%。此外,软板还用于笔记本电脑、汽车电子、医疗、军事和可穿戴设备。在现代产品追求轻、薄、小的过程中,软板变得非常重要。软板在终端设备中的应用包括:天线软板、背光模组软板、相机镜头软板、触摸屏软板、Touch ID软板、sim卡软板、笔记本电脑屏幕连接软板、汽车图像传感软板、车灯组软板等,由此可见软​​板的重要性及其应用范围。

使用的软板材料包括聚酰亚胺 (PI)、改性 PI (MPI) 和液晶聚合物 (LCP)。PI 现在已经很少使用了,因为它的性能很差。现在软板主要使用的材料是MPI和LCP。与LCP相比,MPI相对便宜,而且近几年性能有了很大提高,有取代LCP的威胁。一些厂商为了降低成本,将LCP软板换成了MPI软板。使用这三类软板最大的考虑因素是传输损耗。在低频传输的情况下,三者的损耗没有显着差异。但是随着频率的增加,PI的损失逐渐变大,而MPI的损失更大。随着频率越高,LCP的优势越发明显。随着5G时代的发展,

2、Rigid-Flex Printed Circuit Board (RFPCB):
RF PCB被称为软硬复合板。一般来说,在PCB中,在两块硬板之间,将软板串联压在一起形成印刷电路板,形成Rigid-Flex PCB。由于目前结合HDI技术和高频信号的发展趋势,软硬结合板的使用也更加广泛​​。

软板与硬板结合的传统方法通常是使用连接器或热压焊接(HotBar)工艺,并使用软板连接两块硬板。刚柔结合板以刚性板→软板→硬板的组合方式传输信号。缩短了传输距离,提高了速度,可有效提高可靠性。RFPCB 可以有效节省电路板上的空间并消除对连接器或 HotBar 的需要,从而简化产品组装。虽然价格比较高,但是用途极其广泛,可以针对很多行业的应用进行量身定制。由于它们的高可靠性,这些电路被设计用于航空航天、医疗和军事应用等要求苛刻的领域。它们通常用于智能手机板,

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