印刷電路板
印刷電路板簡稱:PCB 印刷電路板的英文全稱: Printed Circuit Board
印刷電路板(Printed circuit board,PCB)幾乎會出現在每一種電子設備當中.如果在某樣設備中有電子零件,那么它們也都是鑲在大小各異的PCB上.除了固定各種小零件外,PCB的主要功能是提供上頭各項零件的相互電氣連接.隨著電子設備越來越復雜,需要的零件越來越多,PCB上頭的線路與零件也越來越密集了.
標準的PCB上頭沒有零件,也常被稱為“印刷線路板Printed Wiring Board(PWB)”.
板子本身的基板是由絕緣隔熱、并不易彎曲的材質所制作成.在表面可以看到的細小線路材料是銅箔,原本銅箔是覆蓋在整個板子上的,而在制造過程中部份被蝕刻處理掉,留下來的部份就變成網狀的細小線路了.這些線路被稱作導線(conductor pattern)或稱布線,并用來提供PCB上零件的電路連接.
為了將零件固定在PCB上面,我們將它們的接腳直接焊在布線上.在最基本的PCB(單面板)上,零件都集中在其中一面,導線則都集中在另一面.這么一來我們就需要在板子上打洞,這樣接腳才能穿過板子到另一面,所以零件的接腳是焊在另一面上的.因為如此,PCB的正反面分別被稱為零件面(Component Side)與焊接面(Solder Side).
如果PCB上頭有某些零件,需要在制作完成后也可以拿掉或裝回去,那么該零件安裝時會用到插座(Socket).由于插座是直接焊在板子上的,零件可以任意的拆裝.
如果要將兩塊PCB相互連結,一般我們都會用到俗稱「金手指」的邊接頭(edge connector).金手指上包含了許多裸露的銅墊,這些銅墊事實上也是PCB布線的一部份.通常連接時,我們將其中一片PCB上的金手指插進另一片PCB上合適的插槽上(一般叫做擴充槽Slot).在計算機中,像是顯示卡,聲卡或是其它類似的界面卡,都是借著金手指來與主機板連接的.??
PCB上的綠色或是棕色,是阻焊漆(solder mask)的顏色.這層是絕緣的防護層,可以保護銅線,也可以防止零件被焊到不正確的地方.在阻焊層上另外會印刷上一層絲網印刷面(silk screen).通常在這上面會印上文字與符號(大多是白色的),以標示出各零件在板子上的位置.絲網印刷面也被稱作圖標面(legend).
印刷電路板將零件與零件之間復雜的電路銅線,經過細致整齊的規劃后,蝕刻在一塊板子上,提供電子零組件在安裝與互連時的主要支撐體,是所有電子產品不可或缺的基礎零件。
印刷電路板以不導電材料所制成的平板,在此平板上通常都有設計預鉆孔以安裝芯片和其它電子組件。組件的孔有助于讓預先定義在板面上印制之金屬路徑以電子方式連接起來,將電子組件的接腳穿過PCB后,再以導電性的金屬焊條黏附在PCB上而形成電路。
依其應用領域PCB可分為單面板、雙面板、四層板以上多層板及軟板。一般而言,電子產品功能越復雜、回路距離越長、接點腳數越多,PCB所需層數亦越多,如高階消費性電子、信息及通訊產品等;而軟板主要應用于需要彎繞的產品中:如筆記型計算機、照相機、汽車儀表等。
印刷電路板的制造
印刷電路板是以絕緣材料輔以導體配線所形成的結構性元件。在制成最終產品時,其上會安裝集成電路、電晶體、二極管、被動元件(如:電阻、電容、連接器等)及其他各種各樣的電子零件。藉著導線連通,可以形成電子訊號連結及應有機能。因此,印制電路板是一種提供元件連結的平臺,用以承接聯系零件的基礎。
由于印刷電路板并非一般終端產品,因此在名稱的定義上略為混亂,例如:個人電腦用的母板,稱為主機板而不能直接稱為電路板,雖然主機板中有電路板的存在但是并不相同,因此評估產業時兩者有關卻不能說相同。再譬如:因為有集成電路零件裝載在電路板上,因而新聞媒體稱他為IC板,但實質上他也不等同于印刷電路板。
在電子產品趨于多功能復雜化的前題下,集成電路元件的接點距離隨之縮小,信號傳送的速度則相對提高,隨之而來的是接線數量的提高、點間配線的長度局部性縮短,這些就需要應用高密度線路配置及微孔技術來達成目標。配線與跨接基本上對單雙面板而言有其達成的困難,因而電路板會走向多層化,又由于訊號線不斷的增加,更多的電源層與接地層就為設計的必須手段,這些都促使從層印刷電路板(Multilayer Printed Circuit Board)更加普遍。
對于高速化訊號的電性要求,電路板必須提供具有交流電特性的阻抗控制、高頻傳輸能力、降低不必要的輻射(EMI)等。采用Stripline、Microstrip的結構,多層化就成為必要的設計。為減低訊號傳送的品質問題,會采用低介電質系數、低衰減率的絕緣材料,為配合電子元件構裝的小型化及陣列化,電路板也不斷的提高密度以因應需求。BGA (Ball Grid Array)、CSP (Chip Scale Package)、DCA (Direct Chip Attachment)等組零件組裝方式的出現,更促印刷電路板推向前所未有的高密度境界。
凡直徑小于150um以下的孔在業界被稱為微孔(Microvia),利用這種微孔的幾何結構技術所作出的電路可以提高組裝、空間利用等等的效益,同時對于電子產品的小型化也有其必要性。
對于這類結構的電路板產品,業界曾經有過多個不同的名稱來稱呼這樣的電路板。例如:歐美業者曾經因為制作的程序是采用序列式的建構方式,因此將這類的產品稱為SBU (Sequence Build Up Process),一般翻譯為“序列式增層法”。至于日本業者,則因為這類的產品所制作出來的孔結構比以往的孔都要小很多,因此稱這類產品的制作技術為MVP (Micro Via Process),一般翻譯為“微孔制程”。也有人因為傳統的多層板被稱為MLB (Multilayer Board),因此稱呼這類的電路板為BUM (Build Up Multilayer Board),一般翻譯為“增層式多層板”。