PCB印刷電路板

什么是PCB？  

PCB，printed circuit board的縮寫，是一種由覆銅板和非導電材料組成的印刷電路板，其中所有電氣和電子元件都連接在一個板上，并為所有元件提供物理支撐和板基。PCB問世前，所有組件都通過電線連接，這增加了復雜性并降低了電路的可靠性，因此，我們無法制作出像主板那樣的非常精密的電路。在PCB中，所有元件都沒有電線連接，所有元件都在內(nèi)部通過印刷電路連接，所以會降低整體電路設(shè)計的復雜度。PCB用于在組件之間提供電力和連接，從而使其按照設(shè)計的方式運行。PCB制造商可以根據(jù)用戶要求定制任何規(guī)格的PCB。印刷電路板可以在許多電子設(shè)備中找到，例如；電視、手機、數(shù)碼相機、電腦、顯卡、主板等。它也用于許多領(lǐng)域，如；醫(yī)療器械、工業(yè)機械、汽車工業(yè)、照明等。

PCB的類型

PCB電路板由于屬于定制類產(chǎn)品，沒有統(tǒng)一的規(guī)格和尺寸，因此，我們必須根據(jù)我們的應(yīng)用選擇合適的 PCB 類型。

常規(guī)的PCB分類方法如下：

• 單層PCB

• 雙層PCB

• 多層板

• 柔性印刷電路板

• 鋁基PCB

• 軟硬PCB

1）單層PCB：

單層PCB也稱為單面PCB。這種類型的PCB是簡單且最常用的PCB，因為這些PCB易于設(shè)計和制造。該PCB的一側(cè)涂有一層任何導電材料。PCB一般采用銅作為導電材料，因為銅具有很好的導電特性。一層阻焊層用于保護PCB免受氧化，然后絲印以標記PCB上的所有組件。在這種類型的PCB中，只有PCB的一側(cè)用于連接不同類型的電氣或電子元件，如電阻器、電容器、電感器等。這些元件被焊接。這些PCB用于低成本和批量制造應(yīng)用，如計算器、收音機、打印機和固態(tài)驅(qū)動器。

單層線路板

2）雙層PCB：

雙層PCB又稱雙面PCB。顧名思義，在這種類型的PCB中，一層薄薄的導電材料（如銅）應(yīng)用于電路板的頂部和底部。在PCB中，在板的不同層上，由通孔組成，通孔在不同層的相應(yīng)位置有兩個焊盤。它們通過穿過電路板的孔進行電氣連接，如圖2b所示。更靈活，成本相對較低，這種類型的PCB板最重要的優(yōu)點是尺寸減小，使電路緊湊。這種類型的PCB主要用于工業(yè)控制、轉(zhuǎn)換器、UPS系統(tǒng)、HVAC應(yīng)用、電話、放大器和電源監(jiān)控系統(tǒng)。

雙面印刷電路板

3）多層PCB：

多層PCB有兩層以上。這意味著，這種類型的PCB至少具有三層導電銅層。為了固定電路板，膠水夾在絕緣層之間，以確保多余的熱量不會損壞電路的任何組件。這種類型的PCB設(shè)計非常復雜，用于在非常小空間和緊湊電路中非常復雜和大的電氣任務(wù)。這種類型的 PCB 用于大型應(yīng)用，如 GPS 技術(shù)、衛(wèi)星系統(tǒng)、醫(yī)療設(shè)備、文件服務(wù)器和數(shù)據(jù)存儲。

多層印刷電路板結(jié)構(gòu)

4）柔性PCB：

柔性印刷電路板也稱為柔性電路。這種類型的PCB使用柔性塑料材料，如聚酰亞胺、PEEK（聚醚醚酮）或透明導電聚酯薄膜。電路板一般以折疊或扭曲的方式放置。這是一種非常復雜的PCB，它還包含不同范圍的層，如單面柔性電路、雙面柔性電路和多邊柔性電路。柔性電路用于有機發(fā)光二極管、LCD 制造、柔性太陽能電池、汽車工業(yè)、手機、相機和筆記本電腦等復雜電子設(shè)備。

柔性印刷電路板

5）剛性PCB：

剛性PCB 由不允許 PCB 扭曲的固體材料制成。與柔性 PCB 一樣，剛性 PCB 也有不同的層配置，如單層、雙層和多層剛性 PCB。此 PCB 的形狀在安裝后不會改變。該PCB不能根據(jù)底座的形狀彎曲，這就是該 PCB被稱為剛性PCB的原因。這種PCB的使用壽命非常長，因此它被用于計算機的許多部件，如RAM、GPU和CPU。設(shè)計簡單，最常用和制造最多的PCB是單面剛性PCB。多層剛性PCB可以通過包含9-10層更緊湊。

6）軟硬PCB：

柔性電路和剛性電路的結(jié)合是最重要的板。Flex-rigid 板由多層柔性PCB 連接到多個剛性PCB 層組成。軟硬板如圖所示。用于手機、數(shù)碼相機、汽車等。

軟硬結(jié)合印刷電路板

根據(jù)后期PCB裝配方式的不同，PCB的類型可以分為：

• 通孔PCB

• 表面貼裝PCB

1) 通孔PCB：

通孔PCB

在這種類型的PCB中，我們必須在PCB上使用鉆頭鉆孔。在這些孔中，元件的引線安裝并焊接到位于PCB另一側(cè)的焊盤上。這項技術(shù)最有用，因為它為電氣元件提供了更多的機械支持，而且元件安裝技術(shù)非常可靠，但在 PCB 上鉆孔使其更昂貴。在單層PCB中，這種安裝技術(shù)很容易實現(xiàn)，但在雙層和多層PCB的情況下打孔就比較困難。

2）表面貼裝PCB：

表面貼裝PCB

在這種類型的 PCB 中，元件的尺寸很小，因為這些元件的引線非常小，或者不需要引線來安裝在板上。此處，在這項技術(shù)中，SMD組件直接安裝在電路板上，而無需在電路板上打孔。

PCB的組成部分

PCB印刷電路板的構(gòu)成

PCB印刷電路板的結(jié)構(gòu)

焊盤：焊盤不過是一塊銅，上面安裝了元件的引線并進行了焊接。墊為組件提供機械支撐。

布線：在PCB中，元件不是借助導線連接的。所有組件都與銅等導電材料相連。PCB 的銅部分，用于連接所有組件，稱為走線。跟蹤如下圖所示。

層數(shù)：根據(jù)應(yīng)用，電路的成本和可用空間，用戶可以選擇PCB的層數(shù)。結(jié)構(gòu)最簡單、設(shè)計容易且在日常生活中最有用的是單層PCB。但是對于非常大和復雜的電路，與單層 PCB 相比，雙層 PCB 或多層 PCB 是最優(yōu)選的?，F(xiàn)在一天，在多層PCB中，可以連接10-12層，最關(guān)鍵的是不同層的組件之間的通信。

絲印層：絲印層用于在PCB表面印刷線條、文字或任何裝飾。通常，絲網(wǎng)印刷使用環(huán)氧樹脂油墨。根據(jù)用戶要求，可以在PCB的頂層和/或底層中使用絲印層，這就是所謂的絲印TOP和絲印BOTTOM。

頂層和底層：在PCB的頂層，所有元件都安裝在該層PCB中。通常，該層是綠色的。在PCB底層，所有元件都通過孔焊接，元件的引線稱為PCB底層。有時，在頂層和/或底層PCB上涂有綠色層，這被稱為阻焊層。

阻焊層：在銅層頂部還有一層稱為阻焊層。該層通常具有綠色，但它可以是任何顏色。該絕緣層用于防止焊盤與 PCB 上的其他導電材料意外接觸。

印刷電路板材料

主要元素是剛性或柔性的介電基板。該介電基板與導電材料（如銅）一起使用。作為介電材料，使用玻璃環(huán)氧樹脂層壓板或復合材料。

1）FR4

FR 代表 FIRE RETARDENT。對于所有類型的 PCB 制造，最常見的玻璃層壓材料是 FR4?；诰幙棽ＡЛh(huán)氧樹脂化合物，F(xiàn)R4 是一種最有用的復合材料，因為它提供了非常好的機械強度。

2) FR-1 和 FR-2

這種材料由紙和酚類化合物制成，這種材料僅用于單層PCB。FR1和FR2具有相似的特性，唯一的區(qū)別是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。與FR2相比，F(xiàn)R1具有更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。這些材料還細分為標準材料、無鹵素材料和非疏水材料。

3) CEM-1

這些材料由紙和兩層編織玻璃環(huán)氧樹脂和酚類化合物制成，這種材料僅用于單面 PCB。CEM-1可以代替FR4使用，但CEM1的價格比FR4高。

4）CEM-3

這種材料是白色的玻璃環(huán)氧化合物，主要用于雙層 PCB。CEM-3的機械強度比FR4低，但比FR4便宜。所以，這是 FR4 的一個很好的替代品。

5) 聚酰亞胺

這種材料用于柔性PCB。這種材料是由kekedon、rogers、dupont制成的。這種材料具有良好的電性能、適用性、寬溫度范圍和高耐化學性。該材料的工作溫度為 -200 ?C 至 300 ?C。

6）預浸料

預浸料是指預浸漬。它是用樹脂浸漬的玻璃纖維。這些樹脂經(jīng)過預干燥，因此在加熱時會流動、粘連并完全浸沒。預浸料具有粘合層，其強度類似于FR4。這種材料根據(jù)樹脂含量有多種版本，SR-標準樹脂、MR-中樹脂和HR-高樹脂。這是根據(jù)所需的厚度、層結(jié)構(gòu)和阻抗來選擇的。這種材料也可用于高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和無鹵素。

PCB設(shè)計軟件

以下是一些最流行的 PCB 設(shè)計軟件。您可以在此處了解有關(guān)這些PCB 設(shè)計軟件的更多信息。

鷹-EAGLE

EAGLE 是最流行和最簡單的 PCB 設(shè)計軟件。EAGLE 代表 Easy Applicable Graphical Layout Editor，之前由 CadSoft Computer 開發(fā)，目前 Autodesk 是該軟件的開發(fā)商。為了設(shè)計電路圖，EAGLE 有一個原理圖編輯器。EAGLE 文件擴展名為 .SCH，不同的零部件定義在 .LBR 擴展名中。電路板文件擴展名為 .BRD。

Multisim

Multisim也是非常強大且易于學習的軟件。最初由ElectronicsWorkbench開發(fā)，現(xiàn)在是美國國家儀器(NI)的一個部門。它包括微控制器仿真(MultiMCU)和PCB布局軟件的集成導入導出功能。該軟件廣泛用于學術(shù)界和工業(yè)界的電路教育。

EasyEDA

EasyEDA是一款用于設(shè)計和仿真電路的軟件。該軟件是基于Ngspice和PCB布局的原理圖捕獲、SPICE電路仿真的集成工具。該軟件最重要的優(yōu)點是，它是基于Web的軟件，可在瀏覽器窗口中使用。因此，該軟件獨立于操作系統(tǒng)。

Altium Designer

該軟件由澳大利亞軟件公司 Altium Limited 開發(fā)。該軟件的主要功能是原理圖捕獲、3D PCB 設(shè)計、FPGA 開發(fā)和發(fā)布/數(shù)據(jù)管理。這是第一個直接從 PCB 編輯器提供 PCB 3D 可視化和間隙檢查的軟件。

KiCad

這個軟件是由讓-皮埃爾·查拉斯開發(fā)的。該軟件具有可以創(chuàng)建PCB以及電路中使用的所有組件的BoM（物料清單）、圖稿和3D視圖的工具。該軟件的庫中提供了許多組件，并且具有用戶可以添加自定義組件的功能。該軟件支持多種人類語言。

CircuitMaker

該軟件也是由 Altium 開發(fā)的。該軟件的原理圖編輯器包括基本的元件放置，該軟件用于設(shè)計高級多通道和分層原理圖。所有原理圖都上傳到服務(wù)器，任何人都可以查看這些文件，前提是您需要一個 CircuitMaker 帳戶。