什么是PCB？

印刷电路板（PCB）是电子设备的基础构件。PCB是所有其他电子元件的组装基础。它通过导电的**焊盘、焊盘**以及从层压在非导电基板层内和层间的一个或多个铜片上蚀刻出的其他特征，来机械地支撑和电连接电子元件。

元件通常焊接在PCB上，以**电气**连接并**机械**固定在PCB上。它们也用于某些电器产品，如无源开关盒。

PCB需要额外的设计工作来布局电路，但制造和组装是自动化的。电子计算机辅助设计软件可以完成大部分布局工作。通过PCB批量生产电路比其他接线方法**更便宜**、**更快**。大量PCB可以同时制造，并且布局只需要完成一次。PCB也可以手工制造少量。

PCB可以是单面、双面或多层。多层PCB允许更高的元件密度，因为内层的电路走线会占用元件之间表面空间。

随着表面贴装技术的普及，多层PCB（具有两个以上，特别是四个以上铜平面）的数量也随之增加。然而，多层PCB使得电路的维修、分析和现场修改更加困难，通常不切实际。

2014年，裸PCB的世界市场超过602亿美元，预计到2024年将达到790亿美元。

PCB的结构

结构是多层PCB中导电层和绝缘层的排列。有交替的由不同材料组成的层，它们通过热和粘合剂层压在一起。下图显示了四层板的结构。

1. 基板

基材或基板通常是玻璃纤维。最常见的这种玻璃纤维的标识符是**FR4**。这种实心芯为PCB提供了刚性和厚度。还有用柔性高温塑料制成的柔性PCB。

你会发现不同厚度的PCB。SparkFun产品最常见的厚度是1.6毫米。我们的一些产品，如**LilyPad**和**Arduino Pro Micro板**，使用的是0.8毫米厚的板。

更便宜的PCB和洞洞板会使用其他材料，如**环氧树脂**或**酚醛树脂**，它们缺乏FR4的耐用性，但价格便宜得多。

2. 铜

下一层是薄铜箔，通过热和粘合剂层压在板上。在成本较低的电子设备中，PCB可能只有一面有铜。当我们提到**双面**时，我们指的是铜应用在基板的两面。这可以少至1层，多至16层或更多。

铜的厚度可以变化，并以盎司/平方英尺为单位指定。绝大多数PCB每平方英尺有1盎司的铜，但一些处理高功率的PCB可能使用2或3盎司的铜。每盎司/平方英尺的铜厚度约为35微米或1.4千分之一英寸。

3. 阻焊层

覆盖在铜箔上的层称为阻焊层。这一层赋予PCB绿色。

它覆盖在铜层上，以绝缘铜走线，防止与其他金属、焊料或导电碎屑意外接触。这一层有助于用户焊接到正确的位置，并防止焊料桥接。

阻焊层最常见的颜色是绿色，但几乎任何颜色都可以。我们几乎所有的**SparkFun**板都使用红色，**IOIO**板使用白色，**LilyPad**板使用紫色。

4. 丝印

白色的丝印层覆盖在阻焊层之上。丝印添加了字母、数字和符号到PCB上，以便于组装，并为人类提供指示，以便理解板。我们经常使用丝印标签来指示每个引脚或LED的功能。

丝印最常见的是白色，并且有黑色、灰色、红色和黄色等各种油墨颜色可供选择。

PCB术语

以下是一些在PCB结构中使用的术语，例如：

• 焊盘环（Annular ring）：PCB中金属化通孔周围的铜环。
• DRC（设计规则检查）：软件检查您的设计，确保设计不包含错误，如走线错误接触、走线过细或钻孔过小。
• 钻孔点（Drill hit）：设计中应在板上钻孔的位置。由钻头钝导致的不准确钻孔是一个常见的制造问题。
• 指（Finger）：板边缘暴露的金属焊盘，用于连接两个电路板。常见的例子是计算机扩展板或内存板的边缘和旧款卡带式电子游戏。
• 鼠标咬痕（Mouse bites）：一种替代V型槽用于将板从面板上分离的方法。许多钻孔点密集地聚集在一起，形成一个薄弱点，板可以在事后轻松断开。以SparkFun Protosnap板为例。
• 焊盘（Pad）：板表面暴露的金属部分，元件焊接到上面。
• 面板（Panel）：一个由许多小板组成的大电路板，在使用前会分开。自动电路板处理设备经常难以处理小板，将多个板聚合在一起，可以大大加快处理速度。
• 焊膏模板（Paste stencil）：一个薄的金属（有时是塑料）模板，放在板上，允许在组装过程中将焊膏沉积到特定区域。
• 贴片机（Pick-and-place）：将元件放置在电路板上的机器或过程。
• 铺铜（Plane）：电路板上连续的铜块，由边框定义而非路径。也常被称为“铺铜”。
• 金属化通孔（Plated through-hole）：板上的一个孔，带有一个焊盘环并金属化贯穿板。可能是通过孔元件的连接点、用于传递信号的过孔，或安装孔。
• 弹簧探针（Pogo pin）：弹簧加载触点，用于进行测试或编程目的的临时连接。
• 回流焊接（Reflow）：熔化焊料以创建焊盘和元件引脚之间的焊点。
• 丝印（Silkscreen）：电路板上的字母、数字、符号和图像。通常只有一种颜色可用，并且分辨率通常相对较低。
• 槽（Slot）：板上任何非圆形的孔。槽可能金属化也可能不金属化。槽有时会增加板的成本，因为它们需要额外的切割时间。
• 焊膏（Solder paste）：在将元件放置在PCB的表面贴装焊盘之前，将悬浮在凝胶介质中的小焊球通过焊膏模板施加到焊盘上。在回流焊接过程中，焊膏中的焊料会熔化，在焊盘和元件之间形成电气和机械连接。
• 焊锡锅（Solder pot）：用于快速手工焊接带通孔元件的板的锅。通常包含少量熔化的焊锡，将板快速浸入其中，在所有暴露的焊盘上留下焊点。
• 阻焊层（Soldermask）：覆盖在金属上的保护层，以防止短路、腐蚀和其他问题。有时也称为“抗蚀剂”。
• 焊料桥（Solder jumper）：连接电路板上元件两个相邻引脚的小焊锡块。根据设计，焊料桥用于连接两个焊盘或引脚。它也可能导致不必要的短路。
• 表面贴装（Surface mount）：一种允许元件放置在板上，而无需穿过板孔的构造方法。这是当今占主导地位的组装方法，允许快速轻松地填充板。
• 热连接（Thermal）：用于将焊盘连接到铺铜的小走线。如果焊盘没有进行热处理，就很难将焊盘加热到足够高的温度以形成良好的焊点。处理不当的热处理焊盘在尝试焊接时会感觉“粘滞”，并且需要异常长的时间才能回流。
• 吸铜（Thieving）：在板上没有铺铜或走线存在的区域留下的铜网格线或点。通过减少去除未用铜所需的时间，降低了蚀刻的难度。
• 走线（Trace）：电路板上连续的铜路径。
• V型槽（V-score）：在板上切割的半截，允许沿线快速撕开板。
• 过孔（Via）：板上的一个孔，用于将信号从一层传递到另一层。阻焊层覆盖了被遮盖的过孔，以防止它们被焊接到。需要连接器和元件的过孔通常不被覆盖，以便于焊接。
• 波峰焊（Wave solder）：一种用于带通孔元件的板的焊接方法，其中板经过熔融焊料的驻波，焊料附着在暴露的焊盘和元件引脚上。

PCB类型

有几种不同类型的印刷电路板，每种都有其特殊的制造规范、材料类型和用途。

1. 单层PCB

单层或单面PCB由单层基材或基板制成。基材的一面覆盖一层薄金属。铜是最常见的涂层，因为它作为导电体功能良好。在应用了铜基镀层后，通常会应用一层保护性的阻焊层，最后是丝印，以标记板上的所有元素。

由于单层PCB的各种电路和元件仅焊接在一面，因此易于设计和制造。它们的成本低廉，特别是对于大批量订单。它们常用于各种应用，包括**计算器、相机、收音机、音响设备、固态硬盘、打印机**和**电源**。

2. 双层PCB

双层或双面PCB具有基材，并在板的两面都涂有一层薄的导电金属，如**铜**。穿过板的孔允许一面的电路连接到另一面的电路。

双层PCB板的电路和元件通常以两种方式之一连接：一种是使用通孔，另一种是使用表面贴装。

双面PCB通常用于需要中等复杂度的电路的应用，如**工业控制、电源、仪器仪表、HVAC系统、LED照明、汽车仪表盘、放大器和自动售货机**。

3. 多层PCB

多层PCB由一系列三个或更多双层PCB组成。然后将这些板用特种胶水固定在一起，并夹在绝缘片之间，以确保过多的热量不会熔化任何元件。

多层PCB有各种尺寸，从四层到十层或十二层不等。有史以来建造的最大多层PCB是50层厚。

通过多层PCB，设计人员可以制作非常厚重、复杂的电路板，适用于各种复杂的电气任务。多层PCB有益的应用包括文件服务器、数据存储、GPS技术、卫星系统、天气分析和医疗设备。

4. 刚性PCB

刚性PCB由坚固的基板材料制成，可防止板变形。最常见的刚性PCB示例是计算机主板。刚性PCB占PCB制造的绝大部分。

刚性PCB可用于任何需要PCB本身固定成形并在设备剩余寿命内保持的场合。

所有刚性PCB都具有单层、双层或多层结构，因此它们共享相同的应用。

5. 柔性PCB

与使用玻璃纤维等不可移动材料的刚性PCB不同，柔性印刷电路板由可以弯曲和移动的材料制成，例如塑料。与刚性PCB一样，柔性PCB有单层、双层或多层格式。由于它们需要在柔性材料上打印，柔性PCB的制造成本更高。

柔性PCB相比刚性PCB具有许多优势。它们可以折叠在边缘上，并绕过角落。它们的柔性可以带来成本和重量的节省，因为一块柔性PCB可以覆盖多个刚性PCB可能覆盖的区域。

6. 刚柔结合PCB

刚柔结合板由多层柔性PCB和多层刚性PCB组成。

与传统的刚性或柔性板相比，刚柔结合板的零件数量更少，因为两者的布线选项可以合并到一块板上。将刚性和柔性板合并到一块刚柔结合板中还可以实现更精简的设计，从而减小整体板尺寸和封装重量。

刚柔结合PCB最常用于对空间或重量有严格要求的应用，包括手机、数码相机、心脏起搏器和汽车。

7. 高频PCB

高频PCB是指一般的PCB设计元素，而不是像前面模型那样的PCB结构。高频PCB设计用于传输超过1 GHz的信号。

高频PCB材料通常包括FR4级玻璃增强环氧层压板、聚苯醚（PPO）树脂和Teflon。Teflon是最昂贵的选择之一，因为其介电常数小而稳定、介电损耗小以及整体吸水性低。

8. 铝基PCB

铝基PCB的设计方式与其铜基的对应物非常相似。然而，大多数PCB板类型中使用的普通玻璃纤维不同，铝制电路板使用铝或铜基板。

铝背衬衬有隔热材料，旨在具有低热阻，这意味着从绝缘材料到背衬的热量传递更少。一旦施加了绝缘层，就施加了从一盎司到十盎司的铜电路层。