PCB部落格 - 什麼是pcb和pcb設計過程

什麼是pcb？ PCB，全稱印刷電路板，是構建現代電子產品的基石和血脈，起著不可或缺的作用。 從日常佩戴的電子手錶，學生離不開小算盘，到辦公室不可或缺的電腦，再到連接世界的通信電子設備，甚至是象徵國家軍事力量的軍事武器系統，這些看似不同、功能不同的電子設備，在其內部結構中，都無一例外地嵌入了一個複雜的pcb板中。

印刷電路板可分為三大類：柔性印刷電路板（FPC）、剛性電路板和剛柔PCB（剛柔PCB）。

FPC或柔性印刷電路板因其高密度佈線、重量輕、超薄和優异的彎曲效能而得到廣泛認可。 例如，我們現時的一款產品使用FPC作為佈線，因其重量輕、易彎曲的特點而受到重視。

剛性-柔性pcb（剛性-柔性印刷電路板）是通過一系列工藝（如層壓）將柔性pcb與剛性電路板結合而製成的。 這種電子板的優點是它結合了FPC和PCB板各自的優點，但其缺點同樣明顯：生產工藝複雜，產量相對較低，生產困難，生產週期相對較長。

pcb的分類

根據層數和銅箔分佈進行分類

根據銅箔的層數，電路板可分為單面板、雙面板和多層板。

單層板：僅在一側提供電線。 由於佈線僅限於一側，囙此存在許多設計約束。 這些電路板在早期電路中更為常見，但現在主要用於結構簡單、成本要求嚴格的產品中。

雙層板：板的兩側都有接線。 得益於雙面佈線，可以解决單個面板中交錯佈線造成的問題，從而實現更優化的佈局。 雙面板通常用於電路相對簡單、晶片引脚分佈不密集的場合。

多層板（Multi-layer boards）：為了擴大佈線面積，多層板採用多層單面或雙面板，並通過絕緣材料粘合。 常用的多層板通常在4到8層之間。

按基材分類

常見的基材分類包括：酚醛紙層壓板、環氧紙層壓板，聚酯玻璃氈層壓板和環氧玻璃布層壓板。

根據通孔的類型，pcb電路板可分為：

通孔：這種類型的孔完全穿透整個電子電路板，每一端位於電路板的最外層。

盲孔：盲孔從電子電路板的一個外表面開始，但不會穿透整個電路板，而是在內層的某個地方結束。

埋孔：埋孔完全位於電子電路板內部，兩端均不接觸電路板外層，僅用於連接電路板內部的不同層。

PCB板可以根據通孔是否含有銅進行分類，分為兩種類型的孔：鍍銅孔和無銅孔。

鍍通孔（PTH）：這種類型的通孔鍍有銅並用作導體，是用於pcb佈線的常見類型的孔。

非鍍層通孔（NPTH）：NPTH是指孔內沒有銅連接，通常用於固定pcb電路板的位置。

在實踐中，大多數電路板都包含銅和無銅孔。

按功能分類

阻抗板具有穩定的阻抗特性，這使其在高速訊號傳輸和高頻應用中具有優勢。

另一方面，微波印刷電路板因其出色的微波效能而脫穎而出，這使其特別適用於射頻和微波通信應用。

柔性PCB具有優异的彎曲效能和抗疲勞性，是承受彎曲和拉伸應力的設備的理想選擇。

按表面處理分類

由於銅在自然環境中容易氧化，這可能會導致焊接效果不佳，囙此通常會在銅表面塗上保護塗層。 以下是幾種常見的表面處理類型：

引線（HASL：熱風水准焊）：銅表面在引線環境中使用熱風水准焊科技鍍錫。

無鉛焊接（HASL/LF：熱風水准無鉛焊接）：使用相同的熱風水准科技，但在無鉛環境中。

浸金（ENIG：化學鍍鎳/浸金）：在銅表面沉積一層化學鍍鎳，然後浸金。

浸錫/化學錫：在銅表面化學沉積一層錫。

浸銀/化學銀：在銅表面化學沉積一層銀。

氧化保護（OSP：有機可焊性防腐劑/Entek/銅鈍化）：在銅表面塗上有機保護膜以防止氧化。

鍍金/閃金：通過電鍍在銅表面鍍一層金。

碳油：塗覆在pcb電路板表面的一層碳油，用於特定應用。

可剝離阻焊膜：一種可剝離的阻焊膜，用於保護PCB板的某些區域免受焊接。

鍍金指/邊緣觸點/連接指：在pcb電路板的邊緣或特定區域鍍金一層，以提高導電性和耐腐蝕性。 根據IPC-6012 CLASS 2標準，金手指的最小金厚度為0.80UM（30U“），最小鎳厚度（NI）為2UM。

PCB板的功能

電力互聯

PCB板上的銅跡線經過精心佈局，將電阻器、電容器和集成電路等各種電子元件連接在一起，構建完整的電路系統。 這種類型的連接不僅簡化了電路設計過程，而且顯著提高了電路可靠性。

組件支持

PCB為電子元件提供了堅實的支撐平臺，確保它們排列得緊密有序。 通過焊接和其他工藝，元件可以牢固地固定在PCB上，從而增强設備的結構穩定性和便攜性。

電路保護

PCB板上使用的絕緣材料有效地遮罩了電路的電磁干擾，並保護它們免受水分和灰塵等外部因素的影響。 這種保護對於延長電子設備的壽命至關重要，尤其是在惡劣的工業環境中。

熱效能

在高性能、耗電量大的電子產品中，散熱是一個特別的問題，PCB板上的金屬層，尤其是銅箔，經過精心設計，可以作為高效的散熱器。 它們可以快速吸收和散發電路產生的熱量，防止組件因過熱而損壞。 通過新增銅箔的厚度、優化佈局和其他設計手段，可以進一步提高PCB板的散熱效率。

此外，散熱片和散熱器等創新散熱結構也廣泛應用於PCB板設計中。 這些設計增强了散熱效果，同時保持了PCB板的緊湊性和美觀性，為構建高性能和長壽命的電子設備提供了堅實的技術支援。

空間優化和緊湊結構

PCB板的設計不僅關係到電路功能的實現，而且深刻影響著生產成本、生產效率以及後續的維護和更換。 在制造技術的選擇上，先進的科技，如圓盤孔工藝，廣泛應用於PCB板製造。這些工藝允許在有限的PCB板空間內更靈活地佈局組件，最大限度地利用空間。 採用樹脂塞孔+電鍍帽實現碟形孔工藝，不僅優化了佈局和佈線，還避免了錫洩漏等問題，使電子設備的內部結構更加緊湊美觀。

pcb板常用原材料

1.pcb電路板的原材料是覆銅基板，簡稱基板。 基材基本上是兩面層壓銅箔的樹脂片。 在眾多製造商中，FR-4板因其優异的效能已成為電腦和通信設備等高檔電子產品領域的首選。

對於FR-4板材，行業有三個覈心要求：第一是阻燃性，即板材必須能够經受高溫才能保持不燃，只能軟化； 其次是反映資料在高溫下穩定性的Tg點（玻璃化轉變溫度）； 然後是介電常數，這是一個與電路板的訊號傳輸效率和質量直接相關的參數。 簡而言之，用於pcb電路板的FR-4板需要具有優异的阻燃性，能够在特定溫度下保持形狀而不燃燒，同時具有合適的Tg點和低介電常數，以滿足現代電子產品對高性能和高穩定性的嚴格要求。

銅覆層板通常用於以下類別：

FR-1-酚醛棉紙（俗稱電木，經濟性高於FR-2）

FR-2-酚醛棉紙

FR-3-棉紙、環氧樹脂

FR-4-玻璃布、環氧樹脂（深圳勤基電子常用基板）

FR-5âââ玻璃布、環氧樹脂

FR-6âââ原料玻璃，聚酯

CEM-1âââ棉紙、環氧樹脂（阻燃）

CEM-2âââ棉紙、環氧樹脂（非阻燃）

CEM-3âââ玻璃布、環氧樹脂

CEM-4âââ玻璃布、環氧樹脂

CEM-5âââ玻璃布，聚酯纖維

AINâââ-氮化鋁

碳化矽

G-10âââ玻璃布、環氧樹脂

覆銅板（CCL）是一種可以以多種方式分類的資料。 根據絕緣材料的不同，可分為三種主要類型：紙張、玻璃布和合成纖維。 根據所用粘合劑樹脂的類型，覆銅層壓板可進一步細分為酚醛樹脂、環氧樹脂、聚酯和PTFE類型。 此外，從應用的角度來看，覆銅板還可以分為通用和專用兩類，以滿足不同行業和產品的特定需求。

2.銅箔

經過特定工藝後，銅箔的剩餘部分能够在基板上構建電路所需的電線。 銅箔的生產工藝主要包括壓延和電解。

3.半張紙（PP）

在電子電路板的製造過程中，半固化片材（PP）是不可或缺的關鍵資料，主要負責層間的粘合任務。 簡而言之，半固化片是B階段的一片薄片基材。其特性由其厚度和所含樹脂（粘合劑）的量决定。

4.幹膜（感光材料）

幹膜，也稱為光敏幹膜，由其覈心的一種特殊的樹脂狀物質組成，當暴露在特定光譜下時會發生光化學反應。 在實踐中，幹膜通常由三層組成：光敏層巧妙地夾在兩層保護塑膠膜之間。 根據感光物質的獨特化學性質，幹膜可分為兩大類：光聚合和光降解。 光聚合幹膜經歷從水溶性到水不溶性的轉變，並在暴露於特定光譜的光下硬化，而光分解幹膜則以相反的管道反應。

5.阻焊油墨

阻焊油墨本質上是一種專業阻焊劑，用作液體照相資料，對液體焊料沒有親和力。 與感光幹膜類似，阻焊油墨在暴露於特定光譜的光下時會硬化。 使用時，阻焊油墨需要與硬化劑充分混合。 我們通常所說的油墨，也稱為焊料掩模，為我們常見的印刷電路板提供了豐富的顏色。

6.影像負片（膠片）

這裡的影像負片的功能類似於攝影中的負片，它使用感光材料來捕捉和記錄影像。 當客戶將完成的設計發送到電路板工廠時，CAM中心的工作站使用輕型繪圖器而不是普通打印機將電路圖輸出為影像負片。 影像負片在電路板的生產中起著至關重要的作用，因為需要通過影像轉印科技在基板上實現的所有圖案或線條都必須首先轉換為負片。

PCB設計流程

PCB設計過程是一種創建功能穩定可靠的印刷電路板的系統方法，從最初的概念化到成品的最終製造，每一步都至關重要。 該過程由許多覈心要素組成，每個要素都對項目的成功起著决定性的作用。

PCB設計過程從概念設計階段開始，主要任務是定義電子產品的總體要求和規格。 在此階段，電氣工程團隊、機械工程團隊和其他相關利益相關者密切合作，確定PCB所需的功能特徵、尺寸和效能標準。

概念設計階段完成後，將進入方案設計階段。 在此階段，工程師使用原理圖捕獲工具來準確描繪電路的電力連接和組件。 原理圖是PCB佈局的基石，為電子電路板的設計提供了清晰的指導，並展示了電路的電力功能。

一旦原理圖設計完成，PCB佈局階段就開始了。 在這一步中，工程師通過在電路板上仔細排列和佈線組件來構建電路的物理形式。 在佈局過程中，他們必須嚴格遵守各種設計準則，如最小線寬、間距和通孔尺寸，以確保電路板的可製造性和操作可靠性。

在整個PCB設計過程中，各個團隊之間的協同作用起著重要作用。 電氣工程團隊與機械工程團隊密切合作，確保PCB完全適應所需的外殼，並滿足所有的熱和結構要求。 同時，製造團隊為製造設計（DFM）提供了重要指導，旨在最大限度地减少生產過程中的問題並提高生產率。

一旦PCB佈局完成，設計就會經過嚴格的驗證和確認過程，包括設計規則檢查（DRC）、電力規則檢查（ERC）和信號完整性模擬。 這些過程對於在投入生產之前識別和解决潜在問題至關重要。 PCB設計過程的最後一步是生成製造檔案，具體來說，如Gerber檔案和鑽孔檔案，這是PCB製造商生產物理板所必需的。 然後，在最終集成到電子設備之前，製造的印刷電路板會經過嚴格的測試和組裝過程。