電路板

電路板(Printed circuit board)，也稱為印刷電路板，為各種電子系統提供機械裝配支持和電氣連接，還承載著電子設備的信號傳輸、信號收發、電源的核心基礎設施稱為“電子產品之母”。

電路板是一種混合信號電路，主要由絕緣基板和導體兩種材料組成，由數字邏輯芯片和模擬電路元件組成。電路板可以實現電路中所有元件的電氣連接，而不是復雜的布線，減少了傳統方式的布線工作量，簡化了電子產品的組裝、焊接和調試工作提高了電子設備的質量和可靠性。自1936年印刷電路板誕生以來，印刷電路板已從單層發展到雙面板、多層板和柔性板，并不斷向高精度邁進、高密度和高可靠性正在發展。隨著電子信息技術的發展，印刷電路板被廣泛應用于工業互聯網、無人駕駛、智能制造、元宇宙、人工智能、機器學習、醫療和航空航天領域得到了廣泛應用。

表面的銅箔導電層被板基絕緣材料隔離，使電流沿著預先設計好的路線在各個元件中流動，完成工作、放大、衰減、調制、解調、編碼等功能。

目前，電子電路板的安裝方法一般是通過焊接進行的錫焊技術一般采用錫合金作為焊接材料，充分利用了金屬達到熔點后會熔化的特性通過熔化待焊接的金屬部件和錫合金中的錫原子，它們相互擴散并結合，在點焊位置形成具有浸潤性的金屬結合層。從外表上看，電子電路板的熔化錫箔和各種器件的引線的表面是光滑的，但實際上，滲透金屬粘合層的表面存在肉眼難以觀察到的凹凸縫隙利用流體力學中的虹吸原理，熔化的錫焊材料沿著每個間隙擴散，最終使各種器件的引線與電子電路板上的焊點牢固結合，保證了良好的導電性。

組成部分

電路板的部件包括主基板、助焊膜、阻焊膜和其他組件。

基板：基板通常由絕緣體絕緣、由不易彎曲的絕緣材料制成，常用的基板是覆銅版。

接插件：連接器是指用于連接電路板之間的組件。

焊盤：焊盤用于焊接元件引腳的金屬孔。凸臺可以有幾種不同的形狀和類型兩種最常用的焊盤類型是用于表面貼裝元件的鍍錫焊盤和通孔鍍錫焊盤。

助焊膜：在印刷電路板的焊盤表面可以看到許多稍大的淺色斑點，這是為了提高可焊性而涂覆的助焊膜。

阻焊膜：印刷電路板上非焊盤處的銅箔不易去除，因此除焊盤外的印刷電路板所有部分都應涂上一層綠色或棕色抗蝕劑膜，這可以防止銅箔氧化并有助于橋接焊接。

導通孔：其主要功能是連接所有電路層，主要包括盲孔、通孔、埋孔。埋孔分為兩種埋通孔和埋盲孔。

電氣邊界：電氣邊界用于確定電路板的尺寸，電路板上的所有元件都不能超過此邊界。

字符：字符的主要功能是標記，用于指示焊盤的位置和待焊接元件的名稱，以便于電子設備的組裝或維護。

走線：PCB上的走線實際上是信號線，提供傳輸電信號的相同功能，其兩端一般與PCB上元件的引腳相連。PCB 上的走線是通過蝕刻銅層以去除不必要的部分制成的，其余部分是走線或焊盤。走線的寬度是 PCB 設計中的一個重要參數，它與走線可以承受的電流有關。

信號層：信號層主要用于放置元件或布線。包括32層，即頂層、底層和30個中間層。對于單個面板，頂層不能布線，而底層是唯一可以布線的工作層。

精細線路層：精細電路層是實現印刷電路板功能的主要部分精細電路層是通過以一定方式排列連接各種元件的電路以形成圖案，并在絕緣介電層的表面上加工設計的圖案而形成的。考慮到導電性和成本，現在精細線路的材料都是銅。

電路板

表面處理層：表面處理層覆蓋焊盤位置的銅表面，一方面防止銅表面被氧化，另一方面增強焊盤與焊料之間的結合力。表面處理的方法包括化學鍍鎳和鍍金、化學鎳鈀金、浸錫、浸銀、電鍍鎳金、OSP等上一代最常用的表面處理方法是熱風整平，由于含鉛，這種方法已被禁用。

內部電源/接地層：內部電源/接地層主要用于放置電源和地線，總共可以放置16層，是完整的銅箔。元件的電源和接地引腳可以直接連接。這種將電源和接地層分開設置的方法，可以最大限度地減少電源和地的連線長度，大大簡化電路板表面的布線，同時對電路中高頻信號的輻射有很好的屏蔽作用，特別適用于比較復雜的電路。

機械層：機械層一般用于放置各種指令和說明文字，如電路板的尺寸、孔洞信息。在PCB層很少的情況下，通常只使用一個機械層。

助焊層：有兩層助焊劑層，用于將表面貼裝元件附著到電路板上。

絲印層：絲網印刷層主要用于印刷電路板上元件的序列號、生產編號、公司名稱和其他文本信息。為焊接部件或維修時容易找到部件而設置，共2層。需要指出的是，在設計絲網印刷層時，我們不僅要注意美觀的布局還要忽略實際的PCB效果。應該注意的是，字符不能被組件can 不會侵入阻焊膜，并且可以 t在其他組件上鍵入組件標簽。

阻焊層：阻焊膜有兩層，即頂部阻焊膜和底部阻焊膜。在不需要焊接的地方涂上阻焊層，可以防止板上的焊料隨意流動，避免非焊盤處的銅箔沾錫，造成各種元器件之間短路。所以墊外的所有零件都要涂一層漆，防止這些零件被鍍錫。同時，阻焊層可以覆蓋銅膜導體，以防止銅膜在空氣中過快氧化，但它在焊點處留有位置，不會覆蓋焊點。

禁止布線層：禁止布線層是允許布線的范圍，用于定義放置元件和布線的范圍。應首先設置自動布線和布局。

多層：多層Multilayer也稱為穿透層，主要用于設置多層并將符號放置在每層上所有穿透焊盤和過孔都可見的位置。

技術標準

在早期的PCB設計中，孔和線在網格坐標中的位置被用作尺寸參考。所有組件都通過鉛插座安裝為了方便設計和安裝，所有元件孔和安裝孔，甚至PCB輪廓線都設置在標準網格和網格線的交叉處，網格間距為2.5mm或2.54mm及其1/2輔助線上。

線路規格

PCB設計布線和線寬、線線、孔與線的間距有一定的要求，在不影響電路性能和信號傳輸的前提下，要考慮以下兩點：一個是極限線寬間距3/3密耳，通常成品的最小線寬為1盎司/間距4.5/4.5密耳，成品的最小線寬2OZ/間距6/六百萬銅厚度每增加1盎司，線寬和間距將增加1密耳對應于銅厚度的內層的線寬和間距是相同的在條件允許的情況下，建議將設計增加1密耳。當然也可以考慮特殊情況溫度不同時，線寬和載流量也受影響。第二，在布線的整個設計完成后，盡量在沒有布線的空白區域敷銅，以增加電路的抗干擾能力。畫出銅澆注區的外框，選擇澆注方式，用銅皮連接地網。但銅皮與焊盤、線之間的間距優選大于8密耳。

銅孔規格

一般來說，孔徑公差的可控范圍是：正常孔徑公差符合IPC二級標準；壓接孔的孔徑公差可以控制在0以內.05mm，PTH可以控制孔徑公差為0.08mm，NTPH可以控制孔徑公差為0.05毫米，孔位公差±0.075mm。孔銅要求為：IPC三級標準控制，平均孔銅25um，單點20um以上。最小孔徑0.15MM。

與此同時，根據供應商 可控能力，PCB設計應注意：

1）如果在設計安裝孔時不需要接地，建議不設計銅孔；

2）盡量設計成通孔。需要使用盲埋孔時，應先埋設設計盲埋孔時，應盡量不交叉，孔間距應大于10密耳過孔應盡可能不碰到需要焊接的焊盤；

3）考慮到孔位置偏差孔直徑公差和孔銅厚度，一般大于器件引腳0.2MM的設計，如方孔或矩形孔，應考慮對角線距離作為尺寸；

4）槽孔設計0.5毫米以上，長度應盡可能長一倍，以防止制造商偏離中心鉆孔對于短槽，可以考慮大孔或連接孔當軟件無法繪制凹槽時，應在孔系圖中標注尺寸和位置。

5）厚徑比(最小孔徑與板厚之比)≤1:16，最好不小于1:12。

電鍍銅技術

隨著微電子技術的發展，印刷電路板已逐漸從單層和雙層結構發展到多層結構多層結構的設計和制造是一個重要環節，各級印制板的導電和互連是一項關鍵技術。印刷電路板各層的導電主要通過金屬化微孔互連，微孔金屬化的主要方法是電鍍技術。金屬銅因其高導電性和抗電遷移性而成為微孔金屬化的主要金屬，電鍍銅技術也從剛剛投入使用的傳統DC電鍍逐漸發展起來，因此脈沖電鍍銅技術和新型DC電鍍銅技術應運而生，并且由于科研人員的不懈努力，電鍍銅技術仍在不斷改進和發展。

高密度互連技術

高密度互連電路板：20世紀90年代初，日本、美國率先應用高密度互連技術制造工藝是以雙面或多層板為核心板，采用多層重疊堆疊技術，使PCB各層之間保持絕對絕緣，制造高密度、高度集成的電子電路板。高密度互連電路板可以高頻工作，導線和微鉆孔可以精細操作，并且可以合理設計每層的絕緣，使其導熱性更科學合理。通過應用高密度互連技術，可以顯著提高印刷電路板制造的質量和工作速度。

高密度任意層互連印刷電路板：高密度互連（High density interconnector）印刷電路板是相對于傳統印刷電路板而言的，它與傳統印刷電路板的區別在于：首先，高密度互連印刷電路板的布線密度高于傳統多層板。第二是高密度互連印刷電路板設計的通孔和盲孔比傳統孔徑比多層板小得多。第三，高密度互連印刷電路板的每層厚度都比傳統多層板薄得多。在這類電路板的應用過程中，由于層次結構的差異，會對印刷電路板的制造產生不同的影響。一般來說，電子產品越精密復雜，高密度任意層互連電路板的層數就越多，層數越多，制造難度就越大。目前，高密度任意層互連印刷電路板層間的連接方式主要是梯型連接、交錯孔連接等，確保產品性能的穩定性。

集成式技術

集成印刷電路板技術是將一個或多個獨立的電子元件連接起來（如電阻、電容、電容等）集成在一個印刷電路板結構中，集成印刷電路板成為具有一定程度系統功能的印刷電路板，可以提高電子產品系統功能的可靠性、改善信號傳輸性能、有效降低生產成本、使生產過程更加綠色環保是電子設備系統集成小型化的技術途徑，具有巨大的市場發展潛力。這種印刷電路板制造技術也在朝著短而精的方向發展。

剛撓技術

采用了幾塊小型層壓多層板和連接它們的柔性板（FPC）或者由電纜組成的系統結構，稱為模擬剛撓PCB。通過采用該技術，印刷電路板可以實現多層結構，并且產品可以在設計和外觀上緊湊、輕薄、便于攜帶的特點。此外，剛柔結合技術可以提高印刷電路板性能的穩定性，并使其高效循環。

激光技術

激光成像技術：激光成像技術使用聚焦激光、光柵掃描、曝光像素和其他技術手段來呈現印刷電路板制造中使用的圖像。在激光成像過程中，通常需要通過藍區或紫區獲取圖像的相關數據，然后通過激光實現成像要求。在印刷電路板的制造技術中，激光成像技術可以有效地保證制造技術的水平和質量。

激光微孔技術：在當前的印刷電路板制造過程中，鉆孔主要通過激光微鉆孔來實現。在實際制造過程中，操作人員應根據電路板的型號和技術要求選擇合適的激光微孔技術，以確保制造技術的科學合理性。

高散熱金屬基板：高散熱金屬基板主要是利用金屬基板材料本身良好的導熱性將熱源導出大功率元器件。其散熱性能與多芯片相關（元器件）封裝的結構布局與元件封裝的可靠性。作為高端印刷電路板，高散熱金屬印刷電路板的金屬基板與表面貼裝技術兼容、縮小產品體積、降低硬件和組裝成本、更換易碎的陶瓷基板、增加了剛性，同時獲得了更好的機械耐久性，在眾多散熱基板中表現出了強大的競爭力，具有非常廣闊的應用前景。

設計流程

規劃電路板：在繪制印刷電路板之前，用戶應該對電路板有一個初步的計劃，例如電路板的物理尺寸有多大，使用多少層電路板，是單面板還是雙面板，每個組件采用什么封裝形式和安裝位置等。這是一項極其重要的工作，就是確定電路板設計的框架。

設置參數

參數設置是電路板設計的重要步驟。設置參數主要是組件的布局參數、板層參數、布線參數等。一般來說，有些參數可以使用它們的默認值。

繪制電路圖

這是電路板設計的前期工作，主要完成電路原理圖的繪制，包括生成網絡表。當然，有時候也可以不畫原理圖直接進入PCB設計系統。通常設計師會選擇AltiumDesigner軟件進行繪圖和設計工作大部分組件可以在軟件的樣本中找到，少數不在圖庫中，需要設計師自己繪制。

加載網絡表并保存組件：網絡表是電路板自動布線的靈魂，也是電路原理圖設計系統和印刷電路板設計系統的接口。只有在安裝了網絡表之后，才能完成電路板的自動布線。元器件的封裝就是元器件的形狀，每一個加載的元器件都要有對應的形狀封裝，以保證電路板的順利走線。

元件布局

目前可以自動布局組件在電路板被規劃并加載到網絡表中后，用戶可以讓程序自動加載元件并自動將元件排列在電路板框架中。但一般來說，這種功能不能滿足實際工作的需要，因此設計人員需要熟悉布局規則。布局應該將數字電路和模擬電路分開，在中間留出一部分空間。布局應以高速為基礎、中、低速、I/o電路分區，減少高速電路對其他器件的干擾。

自動布線：目前，組件可以實現自動布線只要相關參數設置正確，元件布局合理，自動布線的成功率幾乎是100%

手工調整：自動布線后，經常會有不滿意的地方，需要手動調整。

文件保存及輸出：電路板布線后，保存完成的電路圖文件。然后使用各種圖形輸出設備，如打印機或繪圖儀，輸出電路板的接線圖。

工業級PCB技術

該種工藝流程為：首先在覆銅板上畫出電路圖案，然后在剩余部分涂上防腐材料，然后放入腐蝕性液體中腐蝕無用部分，最后去除防腐材料、鉆孔、涂布助焊劑是印刷電路板所要使用的。這種工藝有很多優點，特別適合制造精密電路板，而且線寬間距可以達到0.1～0.12mm，適合工廠大批量生產。然而，當這項技術用于教學和科研時，存在一些不可克服的缺點。主要有以下幾點：首先，工藝復雜，設備成本高；二是操作復雜，需要操作人員具備較高的專業能力和豐富的操作經驗；第三，在生產過程中，會應用到大量的EDTA、重金屬、甲醛等有毒有害物質；第四，它需要配備一個用于存儲干膜的冷庫、貼膜所需的無塵空間和黃光環境、特殊工作場所，如制作底片的暗室；第五，如果不連續生產使用，會造成大量的成本浪費。例如干膜的儲存期很短，化學鍍銅溶液的穩定性很差；六是要配備專業的化學分析實驗室和專業的廢水處理車間。

機械制板工藝

這種工藝更適合制造高精度雙向電路板主要工藝流程如下：電路板雕刻機的隨機軟件直接讀取設計數據并自動計算雕刻機自動鉆孔先進的直接電鍍工藝用于完成孔的導通雕刻機自動完成雙向線條的銑削雕刻機自動完成PCB的外形切割。這種方法有許多優點，其中突出的有：首先，它可以快速制作單個樣品，從而可以更好地應用于科研和教學；第二，電路的精度比較高，常見的型號可以使線寬和間距為0.1mm左右，與目前PCB工業生產處于同一水平；第三，系統具有很高的擴展性，設計用戶可以選擇增加阻焊電阻、字符和其他功能，它還可以升級為多層板生產系統，同時，它還可以制作具有埋孔和表孔的多層板。

外觀工藝

電路板焊接后，不要直接給電路板供電檢查電路板的電路和元件的外觀，確保符合要求。根據電路圖檢查線路，并根據電路圖的接線逐一檢查安裝的線路；對照原理圖檢查，以元件為中心檢查。檢查各元件引腳的接線，最好用指針式萬用表歐姆檔的蜂鳴器測試，直接測量元件引腳，這樣可以同時發現接線不良。

電性能

為保證測量精度，可采用微歐計和電橋測量，要求金屬化孔電阻不大于3mω，前期雙面板金屬化孔電阻不大于5mω，實測金屬化孔電阻不大于1mω。使用歐姆表確定電線之間是否短路、斷開處。在使用PCB時，開路和短路缺陷，比如非批量問題，只是個別缺陷，比如板結構簡單，線密度低，可以通過自修補修復，繼續使用。測量電氣性能應測量絕緣電阻，可使用萬用表或高阻表（兆歐表）測量表明，用500V的輸出電壓測量相鄰導線或金屬化孔之間的絕緣電阻，絕緣電阻大于1mω。

機械性能

導線的剝離強度和PCB上焊盤的拉伸強度非常重要早期成品板的表面沒有防焊膜保護，組裝焊接工藝為手工焊接或波峰焊，容易造成板上的導線和焊盤剝離。一般要求導體的剝離強度不小于1.0N/嗯，墊子的直徑是3英寸.0毫米圓盤和1.0毫米孔，焊接后引線、焊下、用烙鐵焊接三次后，抗拉強度不小于40N/mm。

可靠性實驗

為了確保雙面板和多層板金屬化孔的可靠性，應首先進行高溫處理、高濕、高低溫循環沖擊老化試驗和振動試驗，然后檢查板表面的可焊性和可焊性。機械振動實驗是將印刷電路板放在振動臺上，以一定的振動頻率和加速度振動；另一個跌落實驗，即讓板子從一定高度多次跌落。要求在實驗后，電路板的電氣連接完好無損且無斷裂、分層等缺陷。根據國家標準，在檢驗過程中的抽樣方法方面，20世紀80年代以前采用百分比抽樣，后來逐漸采用計數抽樣/T2828逐批檢驗計數取樣程序和取樣表設置采樣規則。

印刷電路板是承載電子元器件和連接電路的橋梁，廣泛應用于通信電子領域、消費電子、計算機、汽車電子、工業控制、醫療器械、國防和航空航天等領域。

通信設備

在通信設備領域，PCB電路板發揮著重要作用。例如，手機、平板電腦等消費電子產品離不開PCB板。在智能手機中，高多層印刷電路板將用作主板，低多層印刷電路板將用作輔助子板一般來說，主板將使用10層層壓電路板。此外，無線路由器、在衛星通信系統等通信設備中也有許多復雜的電路板。這些電路板負責處理數據傳輸、信號放大、電源管理等功能是實現通信設備正常運行的關鍵。

醫療儀器

在醫療設備領域，PCB電路板也發揮著重要作用。例如心電監護儀、血壓計、血糖儀等醫療設備中有復雜的電路板。這些電路板負責收集和處理病人 為醫生提供準確的診斷依據。此外，隨著遠程醫療的發展，越來越多的醫療設備開始具有數據傳輸功能，這也需要高效的PCB電路板來實現。

汽車電子

隨著汽車電子技術的不斷發展，越來越多的汽車開始使用各種電子設備，如導航系統、音響系統、安全氣囊等。這些電子設備都需要依靠PCB來實現各種功能。此外，新能源汽車的興起也為PCB板帶來了新的機遇。電動汽車需要大量的電池管理系統和充電設備，這些都離不開高效的PCB電路板。

航空航天

在航空航天領域，陶瓷電路板被用于飛行控制系統，以確保這些系統在高速飛行和復雜的氣候條件下正常工作。這是由于陶瓷材料的高熔點可承受高達1000°C的高溫以及陶瓷電路板出色的尺寸穩定性和耐化學腐蝕性可確保其在各種環境中表現出良好的穩定性和可靠性。

工業控制

在工業控制領域，PCB電路板廣泛應用于自動化生產線、機器人、傳感器等設備中。這些設備需要實時收集和處理各種數據，以實現高效率、穩定的生產過程。PCB電路板用于這些設備“大腦”，負責協調各部件的工作以確保整個系統的穩定運行。