产品设计｜印制电路板PCB的概述

PCB是电子元器件电气连接的提供者，采用电子印刷技术制作，故被称为“印刷”电路板。它几乎出现在每一种电子设备当中，从日常的手机、电脑，到工业、军事、航空等领域设备，只要有集成电路等电子元器件，为了它们之间的电气互联，都要使用PCB。PCB不仅缩小了整机体积，降低了成本，还提高了电子设备的质量与可靠性，是现代电子设备的重要部件。为了适应小型化、环保化、多功能化的需求，越来越多的PCB向着高密度化、无铅化和加成化的方向发展。本文线路板厂小编将带你了解了解电路板PCB的基本概述。

▎01. 印制电路板定义

按照预先设计的电路，利用印刷法，在绝缘基板的表面或其内部形成的用于元器件之间连接的导电图形技术，但不包括印制元器件的形成技术。把形成的印制线路的板叫做“印制线路板（PRINTED WIRING BOARD, PWB）”，把装配上元器件的印制线路板称为“印制电路板（PRINTED CIRCUIT BOARD, PCB）”。

印制线路板是所有电子产品的核心部件， 起着支撑、互连和信号传输的作用，即它的主要功能是集成电路等各种电子元器件固定、组装和机械支撑的载体； 并实现它们之间的电气或电绝缘连接。具体说来，就是将电子元器件或电子组合元器件（ 如芯片）放置在印制线路板的某固定位置上，然后将元器件的引线焊接在印制线路板表面上的焊盘上或利用球栅阵列等方式直接焊接在焊盘上，从而形成互连成为印制电路板。

一般来说，很少对印制线路板和印制电路板的概念进行严格区分，而是将它们统称为印制电路板。

▎02. 印制电路板结构和构造

PCB的基本构成包括绝缘基材（通常为玻璃纤维或环氧树脂）、导电层（铜箔）以及丝网印刷的焊盘和走线。这些导线通过光刻技术在绝缘基板上形成，并且按照预定的设计布局插入到非导体中。PCB根据层数和设计复杂度可以分为单面板、双面板和多层板，其中单面板结构简单但布线难度较大，而多层板适用于复杂的电路设计。

制造工艺大致涉及照相制版、图形转移、蚀刻、钻孔、孔金属化、表面金属涂覆或有机材料涂覆等工序。虽然加工方法种类繁多，但制作工艺基本上可分为两大类：＂减成法＂ 和＂ 加成法＂。

减成法的特点是通常包含两步：图形转移和蚀刻。即首先采用丝网印刷、电镀或光化学法将一定电路图形转移到覆铜板铜箱表面， 并在需要保留的部分作抗蚀保护，然后把不需要的部分用化学腐蚀法蚀刻掉，剩下的就是需要的电路图形。

以多层板的制造工艺为例，减成法就是在制作内层后再包上外层，再将外层以减成法处理，不断重复这一动作，可得到多层印制电路板。

加成法则是在绝缘基材表面有选择性地沉积导电金属而形成导电图形的方法。相比于传统的减成法工艺，加成法避免了大量的蚀刻工艺，节约了原料，并减少了由蚀刻产生的废液污染问题，还简化了PCB的制造工序，因此是一种节能环保的新工艺。加成法可分为全加成法、半加成法、部分加成法等多种工艺。

另外，PCB的每个子层都由不同的材料组成，以满足电路板的操作要求。对于双面板，从芯部到外边缘（或从下往上），这些层分别是：

L1: 一种两侧都有铜的薄玻璃纤维板，称为层压板或内层；

L2: 预浸料，一种树脂涂层玻璃纤维布，用于将各层粘合在一起;

L3: 通常由铜构成的电子通路，称为电路和通孔；

L4: 覆盖并保护外层电路免受短路和氧化的焊料掩膜；

L5: 术语是焊料掩膜顶部的白色字母，指示组件的放置位置，也称丝印层；

L6: 外层铜表面的最终抛光，保护铜免受氧化，促进组件的焊接组装，也称阻焊层。

下图为典型的1.6mm厚的六层板的构造：

? 过孔-Via:

能够让电流通过的圆孔，可以将不同层的走线进行连接。

另外过孔电阻的计算可参考下图：

? 丝印-SILK SCREEN:

元器件轮廓、方向、编号、备注信息，?便辨识；一般在Top overlay层和bottom overlay层；字体大小适中，不要放置在焊盘或过孔上导致阅读困难。

? 阻焊-SOLDER MASK:

在上下两层没有焊盘的地?上的一层用于绝缘的绿油层，防止焊锡将不同Net的两个连线短路。

▎03. 印制电路板材料

电路板材料必须根据应用的环境和电气要求以及原理图进行选择，原理图确定了连接所有所需组件所需的电路和布线。

为PCB选择材料有几个重要的考虑因素，因为每种材料都有不同的优缺点。一些常用的制造材料包括：

① FR4:

这种阻燃层压板包含一个带有环氧树脂粘合剂的底层玻璃纤维织物层。NEMA级材料具有已使用50多年，可承受高达180°C的连续工作温度。然而，它并不总是最优的材料选择，由于电路中相对较慢的信号传输速度和相对较高的热膨胀系数（CTE）。

② PI-聚酰亚胺

聚酰亚胺是用于PCB基底的合成大规模生产的聚合物，具有阻燃性、极高的耐温性和热稳定性。

③ 柔性聚酰亚胺

这种材料非常柔软，通常用于构建柔性和刚柔性印刷电路板。它具有热稳定性。具有优异的抗拉强度、耐用性和抗翘曲性。

④ MEGTRON和其他高速、低损耗材料

MEGTRON和类似材料专为具有更高信号完整性和更高速度要求的数字产品而设计，也可以承受极端温度范围。

⑤ PTFE（特氟龙）和PTFE复合材料

这种材料通常用于雷达应用、卫星天线或其他高速通信应用。它可以承受环境条件优于其他树脂材料如FR4。

▎04. 印制电路板的分类

根据 PCB 材质、层数、用途等的不同，可分类如下：

（1）以材质分类

A：有机材质板：酚醛树脂板、玻璃纤维板、环氧树脂板、聚酰亚胺树脂板等。

B：四轴飞行器材质板：铝基板、陶瓷板等。

（2）以结构分类

A：刚性板：由不易弯曲、具有一定强韧度的刚性基材制成，其优点是可以为附着其上的电子组件提供一定的支撑。

B：挠性板：由挠性基材制成，其优点是可以弯曲，便于电器部件的组装。

C：刚挠结合板：由刚性板和挠性板压在一起组成，其优点是既可以提供刚性板的支撑作用，又具有挠性板的弯曲特性，能够满足三维组装的要求。

（3）以层数分类

A：单面板：仅在绝缘基板一侧表面上形成导体图形，导线只出现在其中一面的PCB，此类PCB 因无法进行交叉布线，必须绕独自的线路，所有只有简单的电子产品才使用这类电路板。

B：双面板：在绝缘基板两面均有导电图形，由于两面都有导电图形，一般采用金属化孔使两面的导电图形连接起来，此类PCB 可以通过金属孔使布线绕到另一面而相互交错，因此可以用到较复杂的电路上。

C：多层板：有三层或以上的导电图形的PCB，其由内层导电图形与绝缘粘结片叠合压制而成，外层为敷箔板，经压制成为一个整体，可以用到更加复杂的电路上。

（4）以用途分类

A：民用印制板：主要包括电脑用印制板、LED 用印制板、手机通讯用印制板、电视机用印制板、音响设备用印制板、电子玩具用印制板、照相机用印制板和医疗器械用印制板等。

B：工业用印制板：主要包括大型计算机用印制板、通信机用印制板、仪器仪表用印制板和工业控制用印制板。

C：军用印制板及航空航天用印制板。

写在最后

经过几十年的发展，PCB行业已成为全球性大行业。近年来，全球PCB 产业产值占电子元件产业总产值的1/4 以上，是电子元件细分产业中比重最大的产业，占有独特地位。为了积极应对下游产品的发展需要，PCB 逐渐向高密度、高集成、细线路、小孔径、大容量、轻薄化的方向发展，技术含量和复杂程度不断提高。

在 2000 年以前，全球PCB 产值70%分布在欧洲、美洲（主要是北美）、日本等三个地区。进入21 世纪以来，PCB 产业重心不断向亚洲地区转移，形成了新的产业格局。亚洲地区PCB 产值接近全球的90%，是全球PCB 的主导，尤其是中国和东南亚地区增长最快。