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PCB工藝 PCB線路板設計基礎知識
所屬分類:行業資訊發表時間:2018-01-26

       除了固定各種小零件外,PCB多層板的主要功能是提供上頭各項零件的相互電氣連接。隨著電子設備越來越復雜,需要的零件越來越多,PCB多層板上頭的線路與零件也越來越密集了。 標準的PCB多層板長得就像這樣。裸板(上頭沒有零件)也常被稱為「印刷線路板Printed Wiring Board(PWB)」。

       板子本身的基板是由絕緣隔熱、并不易彎曲的材質所制作成。在表面可以看到的細小線路材料是銅箔,原本銅箔是覆蓋在整個板子上的,而在制造過程中部份被蝕刻處理掉,留下來的部份就變成網狀的細小線路了。這些線路被稱作導線(conductor pattern)或稱布線,并用來提供PCB多層板上零件的電路連接。

       為了將零件固定在PCB多層板上面,我們將它們的接腳直接焊在布線上。在最基本的PCB多層板(單面板)上,零件都集中在其中一面,導線則都集中在另一面。這么一來我們就需要在板子上打洞,這樣接腳才能穿過板子到另一面,所以零件的接腳是焊在另一面上的。因為如此,PCB多層板的正反面分別被稱為零件面(Component Side)與焊接面(Solder Side)。

       如果PCB多層板上頭有某些零件,需要在制作完成后也可以拿掉或裝回去,那么該零件安裝時會用到插座(Socket)。由于插座是直接焊在板子上的,零件可以任意的拆裝。下面看到的是ZIF(Zero Insertion Force,零撥插力式)插座,它可以讓零件(這里指的是CPU)可以輕松插進插座,也可以拆下來。插座旁的固定桿,可以在您插進零件后將其固定。

       如果要將兩塊PCB多層板相互連結,一般我們都會用到俗稱「金手指」的邊接頭(edge connector)。金手指上包含了許多裸露的銅墊,這些銅墊事實上也是PCB多層板布線的一部份。通常連接時,我們將其中一片PCB多層板上的金手指插進另一片PCB多層板上合適的插槽上(一般叫做擴充槽Slot)。在計算機中,像是顯示卡,聲卡或是其它類似的界面卡,都是借著金手指來與主機板連接的。

       PCB多層板上的綠色或是棕色,是阻焊漆(solder mask)的顏色。這層是絕緣的防護層,可以保護銅線,也可以防止零件被焊到不正確的地方。在阻焊層上另外會印刷上一層絲網印刷面(silk screen)。通常在這上面會印上文字與符號(大多是白色的),以標示出各零件在板子上的位置。絲網印刷面也被稱作圖標面(legend)。


單面板(Single-Sided Boards)

       我們剛剛提到過,在最基本的PCB多層板上,零件集中在其中一面,導線則集中在另一面上。因為導線只出現在其中一面,所以我們就稱這種PCB多層板叫作單面板(Single-sided)。因為單面板在設計線路上有許多嚴格的限制(因為只有一面,布線間不能交叉而必須繞獨自的路徑),所以只有早期的電路才使用這類的板子。


雙面板(Double-Sided Boards)

       這種電路板的兩面都有布線。不過要用上兩面的導線,必須要在兩面間有適當的電路連接才行。這種電路間的「橋梁」叫做導孔(via)。導孔是在PCB多層板上,充滿或涂上金屬的小洞,

       它可以與兩面的導線相連接。因為雙面板的面積比單面板大了一倍,而且因為布線可以互相交錯(可以繞到另一面),它更適合用在比單面板更復雜的電路上。


多層板(Multi-Layer Boards)

       為了增加可以布線的面積,多層板用上了更多單或雙面的布線板。多層板使用數片雙面板,并在每層板間放進一層絕緣層后黏牢(壓合)。板子的層數就代表了有幾層獨立的布線層,通常層數都是偶數,并且包含最外側的兩層。大部分的主機板都是4到8層的結構,不過技術上可以做到近100層的PCB多層板板。大型的超級計算機大多使用相當多層的主機板,不過因為這類計算機已經可以用許多普通計算機的集群代替,超多層板已經漸漸不被使用了。因PCB多層板中的各層都緊密的結合,一般不太容易看出實際數目,不過如果您仔細觀察主機板,也許可以看出來。

       我們剛剛提到的導孔(via),如果應用在雙面板上,那么一定都是打穿整個板子。不過在多層板當中,如果您只想連接其中一些線路,那么導孔可能會浪費一些其它層的線路空間。埋孔(Buried vias)和盲孔(Blind vias)技術可以避免這個問題,因為它們只穿透其中幾層。盲孔是將幾層內部PCB多層板與表面PCB多層板連接,不須穿透整個板子。埋孔則只連接內部的PCB多層板,所以光是從表面是看不出來的。    在多層板PCB多層板中,整層都直接連接上地線與電源。所以我們將各層分類為信號層(Signal),電源層(Power)或是地線層(Ground)。如果PCB多層板上的零件需要不同的電源供應,通常這類PCB多層板會有兩層以上的電源與電線層。

零件封裝技術:插入式封裝技術(Through Hole Technology)

       將零件安置在板子的一面,并將接腳焊在另一面上,這種技術稱為「插入式(Through Hole Technology,THT)」封裝。這種零件會需要占用大量的空間,并且要為每只接腳鉆一個洞。所以它們的接腳其實占掉兩面的空間,而且焊點也比較大。但另一方面,THT零件和SMT(Surface Mounted Technology,表面黏著式)零件比起來,與PCB多層板連接的構造比較好,關于這點我們稍后再談。像是排線的插座,和類似的界面都需要能耐壓力,所以通常它們都是THT封裝。


表面黏貼式封裝技術(Surface Mounted Technology)

       使用表面黏貼式封裝(Surface Mounted Technology,SMT)的零件,接腳是焊在與零件同一面。這種技術不用為每個接腳的焊接,而都在PCB多層板上鉆洞。

       表面黏貼式的零件,甚至還能在兩面都焊上。

       SMT也比THT的零件要小。和使用THT零件的PCB多層板比起來,使用SMT技術的PCB多層板板上零件要密集很多。SMT封裝零件也比THT的要便宜。所以現今的PCB多層板上大部分都是SMT,自然不足為奇。


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