印刷电路板（PCB）
摘要：印刷电路板（Printed Circuit Board，PCB）是电子设备的核心组成部分，用于机械支撑和电气连接电子元器件。它通过导电铜箔走线（导线）、焊盘和绝缘基板构成，实现电路的可靠连接与信号传输。
什么是印刷电路板（PCB）？
印刷电路板 (PCB) 是用于支撑和连接电路元件的机械基座。几乎所有现代消费电子设备和配件都使用 PCB，包括手机、平板电脑、智能手表、无线充电器和电源。这些由多种材料组成的多层板构成了 PCB 组件 (PCBA) 的稳定基础，并负责引导有源和无源元件之间的电流。
| 活性成分：产生能量 | 无源元件：储存能量 |
| 晶体管 | 电阻器 |
| 二极管 | 电容器 |
| 集成电路 | 电感器 |
| 放大器 | 变形金刚 |
| 传感器 | 继电器 |
| 晶体振荡器 | 保险丝 |
PCB 的底层通常由多种坚固的非导电材料组合而成，这些材料具有绝缘、防水和温度稳定性。常见的 PCB 材料包括 FR4、金属和聚酰亚胺 (PI)。成本节约、功能性能（例如热膨胀）和环保性都是选择 PCB 材料时需要考虑的因素。
PCB 的底层蚀刻有信号传输路径，这些路径被称为“走线”，通常由铜制成。铜是一种高导电性材料，可以使电子在元件之间以极小的阻力移动。
PCB 类型
不同类型的 PCB 具有不同的性能品质，通常根据所用基材的延展性进行分类。这些基材可以是刚性的、柔性的，也可以是两者兼而有之。
| 刚性PCB | 柔性PCB | 刚挠结合板 | |
| 材料 | 玻璃纤维或金属 | 聚酰亚胺薄膜 | 可弯曲层和实心层 |
| 好处 | 成本效益高且易于量产 | 轻巧可弯曲 | 耐用且节省空间 |
| 应用示例 | 计算机、车辆、电子产品、家电、工业设备、电动工具 | 笔记本电脑、平板电脑、手机、相机、医疗设备、车载电子设备、显示器 | 雷达设备、航空电子设备、液晶显示器 |
除了这三种主要类型之外，还可以使用其他标准对 PCB 进行分类，例如元件放置（单面或双面 PCB）、材料（金属芯或陶瓷 PCB）、连接密度（高密度互连和超高密度互连 PCB）或层数（16 层 PCB）。
刚性 PCB 是最广泛使用的印刷电路板类型。
PCB行业应用
如果有一个开关，那么很可能它有 PCB。PCB 几乎用于所有电子设备，并且用途广泛，涵盖各个行业和设备类型。
高科技：定制PCB助力高度复杂且快速发展的高科技行业创新，包括5G基础设施和高速数据处理。这些电路板可以采用多层结构和独特的材料，因为该行业正处于设备开发的前沿。
航空航天和国防：可靠性是这些应用的关键，因为这些应用中的设备通常位于远程位置，并且可能受到极端环境因素（例如温度、振动或冲击）的影响。这类应用中，PCB 用于卫星和飞机的传感器、电源和导航系统。
汽车：虽然 PCB 遍布于所有现代车辆的平视显示器、安全气囊、高级驾驶辅助系统等，但它们在电动汽车中发挥着尤为关键的作用，因为它们负责管理电动机的运行和电力输送。
能源： PCB 对于电力的产生、收集和分配至关重要。它们的可靠性能够确保能源行业的正常运转，同时促进电网与控制器、储能和系统监控之间的通信。
工业：工业应用中使用的自动化设备依靠 PCB 来承受各种恶劣条件，包括高压电流、机械振动和极端温度。它们广泛用于制造钻机和压力机、测量设备和高速视频捕捉。
PCB设计基础知识
早期的电路板设计依赖于通孔结构，后来逐渐采用表面贴装技术 (SMT)。几十年来，设计都是手工绘制的，导致制造速度缓慢且成本高昂。随着计算机的出现，整个设计流程发生了改变，不仅加快了生产速度，还提高了一致性和功能性。如今，制造商在开发的每个阶段都使用PCB 设计仿真软件来建模、分析和验证其设计。
PCB 设计的挑战包括尺寸限制、散热考虑、电迁移、机械集成和功率效率。这些复杂性要求设计人员与各类专家合作，以确保在整个过程中妥善处理电气、机械和热工程方面的各种问题。
PCB设计流程：
原理图创建：设计师使用电子计算机辅助设计 (ECAD) 软件绘制 PCB 的二维蓝图。该蓝图确定了 PCB 的元器件、元器件位置以及连接方式。
材料选择：根据最终组装的需求，设计人员选择电路板上要使用的材料。这些选择包括FR-4、聚酰亚胺层压板、复合环氧材料 (CEM)、液晶聚合物等等。
设计评审：生产前，使用仿真软件测试并验证电路板在各种情况下的性能。这些测试确保元器件的布置符合所有要求。
PCB 是如何制造的？
此过程完成后，电路板即可开始制造。PCB 制造是一个多阶段过程，包含许多关键阶段，但关键步骤包括印刷、蚀刻、压制、钻孔、丝网印刷和遮蔽。
首先，将PCB原理图印制到覆铜基板上。
然后，通过蚀刻工艺去除多余的铜，露出电路的走线和焊盘。
接下来，使用高温将材料交替层压在一起，并在电路板上钻孔以形成安装孔、通孔引脚和过孔。
然后添加丝网印刷层，在表面标记极性、连接器名称和公司徽标等信息。
最后，使用阻焊层来防止氧化和焊桥形成。
PCB专业术语
PCB 中有很多独特术语。让我们来定义一些与 PCB 设计、集成和生产相关的主要术语和概念。
术语 | 定义 |
迹线 | 迹线是一种导电路径，通常由铜制成，蚀刻在电路板的相应层上。迹线既可在内部，也可在外部。内部和外部迹线的散热能力以及其他特性 (例如宽度和厚度) 不同。让我们仔细了解一下。 内部迹线 外部迹线 |
孔洞 | PCB 上的孔洞是指穿过电路板层的任何穿孔。此开口可通过机械钻孔、激光去除或化学溶解制成。可以在 PCB 表面上制作结构孔，以固定物理零部件，或者制作贯穿层间的孔洞。孔洞的具体形状、大小和相对方向均取决于具体电路板的要求。 此外，PCB 孔洞可以是电镀孔，也可以是非电镀孔： 电镀孔 非电镀孔 |
导通孔 | 一种电镀孔类型，可用于在 PCB 层之间传递信号。导通孔的主要类型包括： 通孔 盲孔 埋孔 微孔 |
布线层/禁布层 | 讨论 PCB 设计时，您经常会听到“布线层/禁布层”这个短语。这与在电路板层上设计零部件的位置或禁止设计零部件的位置决策有关。
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表贴元件 (SMD) 零部件 | 表贴元件 (SMD) 零部件通过焊接固定在电路板表面。这些零部件不会像通孔零部件那样穿过电路板进入内层。一些常见的 SMD 类型包括电阻器、电感器、晶体管、电容器、二极管和集成控制器 (IC)。
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刚性 | 刚性决定电路板的柔韧性。刚性有多种形式，最常见的形式如下： 刚性 柔性 刚性-柔性 |
半固化片 | 半固化片，英文为“prepreg”，源自“pre-impregnated”，是多层 PCB 上的绝缘层。半固化片层通常由树脂浸渍玻璃纤维制成，对于连接和绝缘 PCB 的铜层至关重要。除了用于核心装配体之外，单层板上通常不需要单独的半固化片层，因为单层板上只有一个导电层，因此不需要半固化片提供额外的层分离。
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芯板 | PCB 中的芯板也称 PCB 的基底或基板。芯板是预压层。芯板或基板材料分别夹在铜箔层和半固化片层之间。芯板通常由类似于上述半固化片的玻璃纤维树脂混合物制成，有时也可写作“FR4”芯板/ PCB。芯板也可以用陶瓷制成或加强，以提高导热性，或者也可以由金属制成，这样的金属芯 PCB 具有额外的结构优势。要选用什么样的芯板，取决于您所需的用例和电路板的部署环境。
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丝印层 | 丝印层是 PCB 的最顶层。这是制造流程的最后几步。丝印层通常为白色，用于标记、品牌标识以及电路板上所需的任何其他书面信息。
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阻焊层 | 有时也被称为防焊层，阻焊层覆盖整个 PCB，需要焊接的区域除外。阻焊层通常为绿色，但也可能为红色或黑色，它有助于通过物理和电气绝缘电路板上的迹线来防止短路。
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Gerber 文件 | Gerber 文件是一种常见的制造文件类型，是与制造商沟通电路板规格的标准方式。
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ODB++ 文件 | ODB++ 文件是设计与制造之间沟通的另一种方式。在 CAD 和 CAM 工具之间，以及设计/工程和制造团队之间，它们沟通 PCB 设计信息的有效方式。
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PCB的未来
作为现代电子产品的支柱，随着其驱动的设备和机器体积越来越小、更灵活、功能越来越强大，PCB 也将继续发展。微型化以及透明和可拉伸材料的出现，将使 PCB 能够以多种有趣的方式补充电子设计。随着电气化推动汽车和航空航天领域的创新，PCB 将在定义清洁能源如何为通信和导航等系统提供动力方面发挥重要作用。
透明 PCB 由陶瓷或玻璃制成，以方便透视设备。