作者简介:恒久从事PCB工艺维护、革新及技术研发事情,现任职于一家上市公司研发总监;对高端PCB制造颇有研究。PCB设计基础知识 印刷电路板(Printed circuit board,PCB)险些会泛起在每一种电子设备当中。如果在某样设备中有电子零件,那么它们也都是镶在巨细各异的PCB上。
除了牢固种种小零件外,PCB的主要功效是提供上头各项零件的相互电气毗连。随着电子设备越来越庞大,需要的零件越来越多,PCB上头的线路与零件也越来越麋集了。
尺度的PCB长得就像这样。裸板(上头没有零件)也常被称为「印刷线路板Printed Wiring Board(PWB)。
板子自己的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在外貌可以看到的细小线路质料是铜箔,原本铜箔是笼罩在整个板子上的,而在制造历程中部份被蚀刻处置惩罚掉,留下来的部份就酿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上零件的电路毗连。为了将零件牢固在PCB上面,我们将它们的接脚直接焊在布线上。
在最基本的PCB(单面板)上,零件都集中在其中一面,导线则都集中在另一面。这么一来我们就需要在板子上打洞,这样接脚才气穿过板子到另一面,所以零件的接脚是焊在另一面上的。因为如此,PCB的正反面划分被称为零件面(Component Side)与焊接面(Solder Side)。
如果PCB上头有某些零件,需要在制作完成后也可以拿掉或装回去,那么该零件安装时会用到插座(Socket)。由于插座是直接焊在板子上的,零件可以任意的拆装。下面看到的是ZIF(Zero Insertion Force,零拨插力式)插座,它可以让零件(这里指的是CPU)可以轻松插进插座,也可以拆下来。
插座旁的牢固杆,可以在您插进零件后将其牢固。如果要将两块PCB相互连结,一般我们都市用到俗称「金手指」的边讨论(edge connector)。金手指上包罗了许多裸露的铜垫,这些铜垫事实上也是PCB布线的一部份。
通常毗连时,我们将其中一片PCB上的金手指插进另一片PCB上合适的插槽上(一般叫做扩充槽Slot)。在盘算机中,像是显示卡,声卡或是其它类似的界面卡,都是借着金手指来与主机板毗连的。
PCB上的绿色或是棕色,是阻焊漆(solder mask)的颜色。这层是绝缘的防护层,可以掩护铜线,也可以防止零件被焊到不正确的地方。在阻焊层上另外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(大多是白色的),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legend)。
单面板(Single-Sided Boards) 我们刚刚提到过,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。因为导线只泛起在其中一面,所以我们就称这种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,布线间不能交织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。
双面板(Double-Sided Boards) 这种电路板的两面都有布线。不外要用上两面的导线,必须要在两面间有适当的电路毗连才行。这种电路间的「桥梁」叫做导孔(via)。
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毗连。因为双面板的面积比单面板大了一倍,而且因为布线可以相互交织(可以绕到另一面),它更适适用在比单面板更庞大的电路上。多层板(Multi-Layer Boards) 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。
多层板使用数片双面板,并在每层板间放进一层绝缘层后黏牢(压合)。板子的层数就代表了有几层独立的布线层,通常层数都是偶数,而且包罗最外侧的两层。大部门的主机板都是4到8层的结构,不外技术上可以做到近100层的PCB板。
大型的超级盘算机大多使用相当多层的主机板,不外因为这类盘算机已经可以用许多普通盘算机的集群取代,超多层板已经徐徐不被使用了。因为PCB中的各层都精密的联合,一般不太容易看出实际数目,不外如果您仔细视察主机板,也许可以看出来。
我们刚刚提到的导孔(via),如果应用在双面板上,那么一定都是打穿整个板子不外在多层板当中,如果您只想毗连其中一些线路,那么导孔可能会浪费一些其它层的线路空间。埋孔(Buried vias)和盲孔(Blind vias)技术可以制止这个问题,因为它们只穿透其中几层。
盲孔是将几层内部PCB与外貌PCB毗连,不须穿透整个板子。埋孔则只毗连内部的PCB,所以光是从外貌是看不出来的。在多层板PCB中,整层都直接毗连上地线与电源。
所以我们将各层分类为信号层(Signal),电源层(Power)或是地线层(Ground)。如果PCB上的零件需要差别的电源供应,通常这类PCB会有两层以上的电源与电线层。
零件封装技术插入式封装技术(Through Hole Technology) 将零件安置在板子的一面,并将接脚焊在另一面上,这种技术称为「插入式(Through Hole Technology,THT)」封装。这种零件会需要占用大量的空间,而且要为每只接脚钻一个洞。所以它们的接脚其实占掉两面的空间,而且焊点也比力大。
但另一方面,THT零件和SMT(Surface Mounted Technology,外貌黏着式)零件比起来,与PCB毗连的结构比力好,关于这点我们稍后再谈。像是排线的插座,和类。
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