PCB印刷电路板的基础知识qrn.docx

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1、印刷电路路板(PCCB)基础知知识对PC中中的主板板、显示示卡来说说，最基本本的部分分莫过于于印刷电电路板(PCCB : Prrintted Cirrcuiit BBoarrd)了，它它是各种种板卡工工作的基基础。对对具体产产品而言言，印刷刷电路板板的设计计与制造造水平，也也在很大大程度上上决定着着产品的的各项指指标和最最终性能能。什么是印印刷电路路板(PCCB : Prrintted Cirrcuiit BBoarrd)印刷电路路板(PCCB : Prrintted Cirrcuiit BBoarrd)几乎是是任何电电子产品品的基础，出出现在几几乎每一一种电子子设备中中，一般般说来，如如果在

2、某某样设备备中有电电子元器器件，那那么它们们也都是是被安装装在大小小各异的的PCB上。除了了固定各各种元器器件外，PCB的主要作作用是提提供各项项元器件件之间的的连接电电路。随随着电子子设备越越来越复复杂，需需要的元元器件越越来越多多，PCB上头的的线路与与元器件件也越来来越密集集了。电路路板本身身是由绝绝缘隔热热、并无无法弯曲曲的材质质制作而而成，在在表面可可以看到到的细小小线路材材料是铜铜箔。在在被加工工之前，铜铜箔是覆覆盖在整整个电路路板上的的，而在在制造过过程中部部份被蚀蚀刻处理理掉，留留下来的的部份就就变成网网状的细细小线路路了。因这个个加工生生产过程程，多是是通过印印刷方式式形成供

3、供蚀刻的的轮廓，故故尔才得得到印刷刷电路板板的命名名。国。这些线线路被称称作导线线(coonduuctoor ppattternn)或称布布线，并并用来提提供PCB上元器器件的电电路连接接。PCB中中的导线线(Coonduuctoor PPattternn)PCB上上元器件件的安装装为了了将元器器件固定定在PCB上面，需需要它们们的接脚脚直接焊焊在布线线上。在在最基本本的PCBB(单面板)上，元元器件都都集中在在其中一一面，导导线则都都集中在在另一面面。这么么一来就就需要在在板子上上打洞，以以便接脚脚才能穿穿过板子子到另一一面，所所以元器器件的接脚是焊焊在另一一面上的的。因为为如此，PCB的正

4、反反面分别别被称为为元器件件面 (CCompponeent Sidde)与焊接接面(Sooldeer SSidee)。对于于部分可可能需要要频繁拔拔插的元元器件，比比如说主主板上的的CPU，需要要给用户户可以自自行调整整、升级级的选择择，就不不能直接接将CPU焊在主主板上了了，这时时候便需需要用到到插座(Soockeet)：虽然然插座是是直接焊焊在电路路板上，但但元器件件可以随随意地拆拆装。如如下方的的Socckett插座，即即可以让让元器件件(这里指指的是CPUU)轻松插插进插座座，也可可以拆下下来。插插座旁的的固定杆杆，可以以在您插插进元器器件后将将其固定定。而对对于Inttel的CPU而

5、言，包包括Presscottt和最新新的Corre 22 Duuo CCPU，则需需要如下下图右方方的Socckett T插座以以供安装装。主板上的的CPU插座(左为Socckett，右为Socckett T)PCB的的连接如果果要将两两块PCB相互连连结，即即在物理理上将两两块PCB在电路路上连接接起来，则则一般需需用到俗俗称“金手指”的边接接头(eddge connnecctorr)。金手指指上包含含了许多多裸露的的铜垫，这些铜铜垫事实实上也是是PCB布线的的一部份份。将其中中一片PCB上的金金手指插插进另一一片 PCCB上合适适的插槽槽上(一般叫叫做扩充充槽Sloot)。在计计算机中中，

6、像是是显示卡卡，声卡卡或是其其它类似似的界面面卡，都都是借着着金手指指来与主主机板连连接的。边接头(俗称金金手指)PCB的的颜色一般般，PCB的以绿绿色或棕棕色居多多，当然也也有部分分产品采采用更绚绚丽漂亮亮颜色的的，不过过，多是是出于外外观而非非产品性性能或生生产要求求方面的的考虑这是防防焊漆(sooldeer mmaskk)的颜色色。对PCB来说，防焊焊层是相相当重要要的，它它是绝缘缘的防护护层，可可以保护护铜线，也也可以防防止元器器件被焊焊到不正正确的地地方。在在防焊层层上另外外会印刷刷上一层层网版印印刷面(siilk sccreeen)。通常常在这上上面会印印上文字字与符号号(大多是是

7、白色的的)，以标标示出各各元器件件在板子子上的位位置。网网版印刷刷面也被被称作图图标面(leegennd)。左为有白白色图标标面的绿绿色PCB，右为为没有图图标面的的棕色PPCBPCB的的分类对印印刷电路路板而言言，对其其的分类类有多种种方法，其其中根据据层数分分类最为为常见。单面板(Sinnglee-Siidedd Booardds)我们们前面说说到过，在在最基本本的PCB上，元元器件集集中在其其中一面面，导线线则集中中在另一一面上。因因为导线线只出现现在其中中一面，所所以我们们就称这这种PCB叫作单单面板(Siinglle-ssideed)。相对对而言，单单面板在在设计方方面存在在很多限限

8、制(因为只只有一面面，布线线间不能能交叉而而必须绕绕独自的的路径)，在处处理复杂杂电路时时往往力力不从心，现在在已经很很少使用用了，除除非电路路确实十十分简单单。左为单单面PCB表面，右右为单面面PCB底面双面板(Douublee-Sidded Boaardss)这种种电路板板的两面面都有布布线。不不过要用用上两面面的导线线，必须须要在两两面间有有适当的的电路连连接才行行。这种种电路间间的桥桥梁叫叫做导孔孔(viia)。导孔孔是在 PCCB上，充充满或涂涂上金属属的小洞洞，它可可以与两两面的导导线相连连接。因因为双面面板的面面积比单单面板大大了一倍倍，而且且因为布布线可以以互相交交错(可以绕绕

9、到另一一面)，它更更适合用用在比单单面板更更复杂的的电路上上。以互相交交錯（可可以繞到到另一面面），它它更適合合用在比比單面板板更複雜雜的電路路上。左为双面面PCB表面，右右为双面面PCB底面多层层板(Muultii-Laayerr Booardds)为了增加加可以布布线的面面积，多多层板用用上了更更多单或或双面的的布线板板。多层层板使用用数片双双面板，并并在每层层板间放放进一层层绝缘层层后黏牢牢(压合)。板子子的层数数就代表了有几几层独立立的布线线层，通通常层数数都是偶偶数，并并且包含含最外侧侧的两层层。大部部分的主主机板都都是4到8层的结结构，不不过技术术上可以以做到近近100层的PCB板

10、。大大型的超超级计算算机大多多使用相相当多层层的主机机板，不不过因为为这类计计算机已已经可以以用许多多普通计计算机的的群组代代替，超超多层板板已经渐渐渐不被被使用了了。对多多层板而而言，因因为PCBB中的各各层都紧紧密的结结合，一一般不太太容易看看出实际际数目。双层层板中，导导孔(viaa)比较容容易处理理，只需需打穿整整个板子子即可。但但对多层层板而言言，则复复杂了许许多，比比如说如如果只想想连接其其中一些些线路，那那么使用用导孔可可能会浪浪费一些些其它层层的线路路空间，因因此，埋孔(Burriedd viias)和盲孔(Bllindd viias)技术便便应运而而生了，因因为它们们只穿透透

11、其中几几层，其其中盲孔孔是将几几层内部部PCB与表面PCB连接，不不须穿透透整个板板子，而而埋孔则则只连接接内部的的PCB，所以以光是从从表面是是看不出出来的。在多多层板PCB中，整整层都直直接连接接上地线线与电源源。所以以我们将将各层分分类为讯讯号层(Siignaal)，电源源层(Poowerr)或是地地线层(Grrounnd)。如果PCB上的元元器件需需要不同同的电源源供应，通通常这类类PCB会有两两层以上上的电源源与电线线层。PCB上上的元器器件安装装技术插入安装装技术(THHT : Thhrouugh Holle TTechhnollogyy)将元元器件安安置在板板子的一一面，并并将接

12、脚脚焊在另另一面上上，这种种技术称称为“插入式(Thhrouugh Holle TTechhnollogyy，THTT)”安装。大大致说来来，这种种安装方方式，元元器件需需要占用用大量的的空间，并并且要为为每只接接脚钻一一个洞，它它们的接接脚也要要占掉两两面的空空间，而而且焊点点也比较较大。但但另一方方面，THT元器件件和SMTT(Suurfaace Mouunteed TTechhnollogyy，表面面安装技技术)元器件件比起来来，与PCB连接的的构造比比较好，像像是排线线的插座座，需要要能耐压压力，所所以通常常它们都都是THT封装。HT元器器件(焊接在在底部)表面安装装技术(SMMT :

13、 Suurfaace Mouunteed TTechhnollogyy)使用用表面安安装技术术(SMMT : Suurfaace Mouunteed TTechhnollogyy)的元器器件，接接脚是焊焊在与元元器件同同一面。这这种安装装技术避避免了象象THT那样需需要用为为每个接接脚的焊焊接都要要PCB上钻洞洞的麻烦烦。而另另一方面面，表面面安装的的元器件件，还可可以在PCB的两面面上同时时安装，这这也大大大提高了了PCB面积的的利用率率。表面安装装的元器器件焊在在PCB上的同同一面。另一方面面，SMT也比THT的元器器件要小小，和使使用THT元器件件的PCB比起来来，使用用SMT技术的PC

14、B板上元元器件要要密集很很多。相相比较而而言，SMT封装元元器件也也比THT的要便便宜，因因此如今今的PCB上大部部分都是是SMT。因为为目前PCB的生产产过程中中均采用用全自动动技术，尽尽管SMT元器件件的安装装焊点和和元器件件的接脚脚非常小小，倒不不会增加加生产中中的难度度，不过过，当出出现故障障维修时时如果需需要更换换元器件件，则对对焊接技技术提出出了更高高的要求求。PCB的的设计流流程在PCBB的设计计中，其其实在正正式布线线前，还还要经过过很漫长长的步骤骤，以下下就是主主要设计计的流程程：系统规划划首先先要先规规划出该该电子设设备的各各项系统统规格。包包含了系系统功能能，成本本限制，

15、大大小，运运作情形形等等。制作系统统功能区区块图接下下来必须须要制作作出系统统的功能能区块图图。区块块间的关关系也必必须要标标示出来来。按功能不不同分割割PCBB将系系统分割割数个PCB的话，不不仅在尺尺寸上可可以缩小小，也可可以让系系统具有有升级与与交换元元器件的的能力。系系统功能能区块图图就提供供了我们们分割的的依据。比比如说对对PC而言，就就可以分分成主板板、显示示卡、声声卡、软软盘和电电源供应应器等等等。设定板型型、尺寸寸与安装装方式当各各PCB使用的的技术和和电路数数量都决决定好了了，接下下来就是是决定板板子的大大小了。如如果设计计的过大大，那么么封装技技术就要要改变，或或是重新新作

16、分割割的动作作。在选选择技术术时，也也要将线线路图的的质量与与速度都都考虑进进去。绘出PCCB的电路路原理图图概图图中要表表示出各各元器件件间的相相互连接接细节。所有系统中的PCB都必须要描出来，现今大多采用CAD(计算机辅助设计，Computer Aided Design)的方式。下面就是使用CircuitMakerTM设计的范例。PCB的的电路概概图电路模拟拟为了了确保设设计出来来的电路路图可以以正常运运行，必必须先用用计算机机软件来来仿真模模拟。这这类软件件有很多多，大都都可以读读取概图图，并且且用许多多方式显显示电路路运作的的情况。这这比起实实际做出出一块样样本PCB，然后后用手动动测

17、量要要来的有有效率多多了。将元器件件放上PCBB元器器件放置置的方式式，是根根据它们们之间如如何相连连来决定定的。它它们必须须以最有有效率的的方式与与路径相相连接。所所谓有效效率的布布线，就就是牵线线越短并并且通过过层数越越少(这也同同时减少少导孔的的数目)越好，不不过在真真正布线线时，我我们会再再提到这这个问题题。下面面是总线线在PCB上布线线的样子子。为了了让各元元器件都都能够拥拥有完美美的配线线，放置置的位置置是很重重要的。导线构成成的PCB总线PCB的的设计流流程测试布线线如今今，很多多软件可可以检查查各元器器件摆设设的位置置是否可可以正确确连接，或或是检查查是否正正确运行行。这项项步

18、骤称称为安排排元器件件。如果果电路设设计有问问题，在在实地导导出线路路前，还还可以重重新安排排元器件件的位置置。导出PCCB线路在原理概概图的连连接，现现在将会会实地作作成布线线的样子子。这项项步骤通通常都是是全自动动的，不不过一般般来说还还是需要要手动更更改某些些部份。下下面是2层板的的导线模模板。红红色和蓝蓝色的线线条，分分别代表表PCB的元器器件层与与焊接层层。白色色的文字字与四方方形代表表的是网网版印刷刷面的各各项标示示。红色色的点和和圆圈代代表钻洞洞与导孔孔。最右右方我们们可以看看到PCB上的焊接面有有金手指指。这个个PCB的最终终构图通通常称为为工作底底片(Arrtwoork)。使

19、用CAAD软件作PCB导线设设计每一次的的设计，都都必须要要符合一一套规定定，像是是线路间间的最小小保留空空隙，最最小线路路宽度，和和其它类类似的实实际限制制等。这这些规定定依照电电路的速速度，传传送讯号号的强弱弱，电路路对耗电电与噪声声的敏感感度，以以及材质质质量与与制造设设备等因因素而有有不同。如如果电流流强度上上升，那那导线的的粗细也也必须要要增加。为为了减少少PCB的成本本，在减减少层数数的同时时，也必必须要注注意这些些规定是是否仍旧旧符合。如如果需要要超过2层的构构造的话话，那么么通常会会使用到到电源层层以及地地线层，来来避免讯讯号层上上的传送送讯号受受到影响响，并且且可以当当作讯号

20、号层的防防护罩。电路测试试为了了确定线线路能够够正常运运行，还还必须要要通过最最后检测测。这项项检测也也可以检检查是否否有不正正确的连连接，并并且所有有联机都都照着原原理概图图走。电磁兼容容性问题题没有有照EMCC(电磁兼兼容)规范设设计的电电子设备备，运行行过程中中产生的的电磁辐辐射可能能便会影影响自身身的正常常工作，并并且干扰扰附近的的电器。EMC对电磁磁干扰 (EEMI)，电磁磁场(EMMF)和射频频干扰 (RFFI)等都规规定了最最大的限限制。这这项规定定可以确确保该电电器与附附近其它它电器的的正常运运作。EMC对一项项设备，散散射或传传导到另另一设备备的能量量有严格格的限制制，并且且

21、要求设设计时要要减少对对外来EMF、EMI、RFI等的磁磁化率。换言言之，EMC规定的的目的就就是要将将电磁辐辐射控制制在一定定范围内内。不过过，从理理论上讲讲，这其其实是一一项很难难解决的的问题，现现实应用用中大多多会通过过使用电电源和地地线层，或或是将PCB放进金金属盒子子当中以以解决这这些问题题。电源源和地线线层可以以防止讯讯号层受受干扰，金金属盒的的效用也也差不多多，能够够起到一一定的屏屏蔽作用用。电路路的最大大速度得得看如何何照EMC规定做了了。内部部的EMI，像是是导体间间的电流流耗损，会会随着频频率上升升而增强强。如果果两者之之间的的的电流差差距过大大，那么么一定要要拉长两两者间

22、的的距离。这这也告诉诉我们如如何避免免高压，以以及让电电路的电电流消耗耗降到最最低。布布线的延延迟率也也很重要要，所以以长度自自然越短短越好。所所以布线线良好的的小 PCCB，会比比大PCB更适合合在高速速下运作作。PCB的的制造流流程PCB的的制造过过程由玻玻璃环氧氧树脂(Gllasss Eppoxyy)或类似似材质制制成的基板开始。影像(成成形导导线制作作)制作作的第一一步是建建立出元元器件间间联机的的布线。目目前多采采用负片片转印(Suubtrracttivee trranssferr)方式将将工作底底片表现现在金属属导体上上。这项项技巧是是将整个个表面铺铺上一层层薄薄的的铜箔，并并且把

23、多多余的部部份给移移除。追追加式转转印(Adddittivee Paatteern traansffer)是另一种种比较少少人使用用的方式式，这是是只在需需要的地地方加上上铜线的的方法，不不过我们们在这里里就不多多谈了。如果果制作的的是双面面板，那那么PCB的基板板两面都都会铺上上铜箔，如如果制作作的是多多层板，接接下来的的步骤则则会将这这些板子子黏在一一起。正光光阻剂(poosittivee phhotooressistt)是由感感光剂制制成的，它它在照明明下会溶溶解(负光阻阻剂则是是如果没没有经过过照明就就会分解解)。有很多多方式可可以处理理铜表面面的光阻阻剂，不不过最普普遍的方方式，是是

24、将它加加热，并并在含有有光阻剂剂的表面面上滚动动(称作干干膜光阻阻剂)。它也也可以用用液态的的方式喷喷在上头头，不过过干膜式式提供比比较高的的分辨率率，也可可以制作作出比较较细的导导线。遮光光罩只是是一个制制造中PCB层的模模板。在在PCB板上的的光阻剂剂经过UV光曝光光之前，覆覆盖在上上面的遮遮光罩可可以防止止部份区区域的光光阻剂不不被曝光光(假设用用的是正正光阻剂剂)。这些些被光阻阻剂盖住住的地方方，将会会变成布布线。在光光阻剂显显影之后后，要蚀蚀刻的其其它的裸裸铜部份份。蚀刻刻过程可可以将板板子浸到到蚀刻溶溶剂中，或或是将溶溶剂喷在在板子上上。一般般用作蚀蚀刻溶剂剂的有，氯氯化铁 (FF

25、errric Chlloriide)，碱性性氨(Allkallinee Ammmonnia)，硫酸酸加过氧氧化氢(Suulfuuricc Accid + HHydrrogeen PPerooxidde)，和氯氯化铜(Cuupriic CChlooridde)等。蚀蚀刻结束束后将剩剩下的光光阻剂去去除掉。这这称作脱脱膜(Sttripppinng)程序。您可可以由下下面的图图片看出出铜线是是如何布布线的。PCB的的布线步步骤PCB的的制造流流程钻孔与电电镀如果果制作的的是多层层PCB板，并并且里头头包含埋埋孔或是是盲孔的的话，每每一层板板子在黏黏合前必必须要先先钻孔与与电镀。如如果不经经过这个个步

26、骤，那那么就没没办法互互相连接接了。在根根据钻孔孔需求由由机器设设备钻孔孔之后，孔孔璧里头头必须经经过电镀镀(镀通孔孔技术，Plaatedd-Thhrouugh-Holle ttechhnollogyy，PTHH)。在孔孔璧内部部作金属属处理后后，可以以让内部部的各层层线路能能够彼此此连接。在在开始电电镀之前前，必须须先清掉掉孔内的的杂物。这这是因为为树脂环环氧物在在加热后后会产生生一些化化学变化化，而它它会覆盖盖住内部部PCB层，所所以要先先清掉。清清除与电电镀动作作都会在在化学制制程中完完成。多层PCCB压合各单单片层必必须要压压合才能能制造出出多层板板。压合合动作包包括在各各层间加加入绝

27、缘缘层，以以及将彼彼此黏牢牢等。如如果有透透过好几几层的导导孔，那那么每层层都必须须要重复复处理。多多层板的的外侧两两面上的的布线，则则通常在在多层板板压合后后才处理理。处理防焊焊层、网网版印刷刷面和金金手指部部份电镀镀接下下来将防防焊漆覆覆盖在最最外层的的布在线线，这样样一来布布线就不不会接触触到电镀镀部份外外了。网网版印刷刷面则印印在其上上，以标标示各元元器件的的位置，它它不能够够覆盖在在任何布布线或是是金手指上，不不然可能能会减低低可焊性性或是电电流连接接的稳定定性。金金手指部部份通常常会镀上上金，这这样在插插入扩充充槽时，才才能确保保高质量量的电流流连接。测试测试试PCB是否有有短路或

28、或是断路路的状况况，可以以使用光光学或电电子方式式测试。光学方式采用扫描以找出各层的缺陷，电子测试则通常用飞针探测仪 (Flying-Probe)来检查所有连接。电子测试在寻找短路或断路比较准确，不过光学测试可以更容易侦测到导体间不正确空隙的问题。元器件安安装与焊焊接最后后一项步步骤就是是安装与与焊接各各元器件件了。无无论是THT与SMT元器件件都利用用机器设设备来安安装放置置在PCB上。THT元元器件通通常都用用叫做波波峰焊接接(Waave Sollderringg)的方式式来焊接接。这可可以让所所有元器器件一次次焊接上上PCB。首先先将接脚脚切割到到靠近板板子，并并且稍微微弯曲以以让元器器件能够够固定。接接着将PCB移到助助溶剂的水水波上，让让底部接接触到助助溶剂，这这样可以以将底部部金属上上的氧化化物给除除去。在在加热PCB后，这这次则移移到融化化的焊料料上，在在和底部部接触后后焊接就就完成了了。自动动焊接SMT元器件件的方式式则称为为再流回回焊接(Ovver Reffloww Sooldeerinng)。里头头含有助助溶剂与与焊料的的糊状焊焊接物，在在元器件件安装在在PCB上后先先处理一一次，经经过PCB加热后后再处理理一次。待PCB冷却之之后焊接接就完成成了，接接下来就就是准备备进行PCB的最终终测试了了