什么是印刷電路板?
印刷電路板(PCB)是在大多數(shù)電子設(shè)備中用作基板的板 - 既可作為物理支撐件,也可作為表面安裝和插座組件的接線區(qū)域。 PCB通常由玻璃纖維,復(fù)合環(huán)氧樹脂或其他復(fù)合材料制成。
用于簡單電子設(shè)備的大多數(shù)PCB都很簡單并且僅由單個層組成。更復(fù)雜的硬件,如計算機圖形卡或主板可以有多層,有時多達12層。
雖然PCB通常與計算機相關(guān)聯(lián),但它們可以在許多其他電子設(shè)備中找到,例如如電視,收音機,數(shù)碼相機和手機。除了用于消費電子產(chǎn)品和計算機之外,不同類型的PCB還用于其他各個領(lǐng)域,包括:
?醫(yī)療設(shè)備。電子產(chǎn)品現(xiàn)在比以前的產(chǎn)品更密集,功耗更低,因此可以測試新的和令人興奮的醫(yī)療技術(shù)。大多數(shù)醫(yī)療設(shè)備使用高密度PCB,用于創(chuàng)建最小和最密集的設(shè)計。這有助于減輕由于需要小尺寸和輕重量而開發(fā)用于醫(yī)療領(lǐng)域的裝置所涉及的一些獨特限制。從小型設(shè)備(如心臟起搏器)到大型設(shè)備(如X射線設(shè)備或CAT掃描機),PCB已經(jīng)進入各種領(lǐng)域。
?工業(yè)機械。 PCB通常用于高功率工業(yè)機械。在目前一盎司銅PCB不符合要求的地方,可以使用厚銅PCB。較厚的銅PCB有益的情況包括電機控制器,高電流電池充電器和工業(yè)負載測試儀。
?照明。由于基于LED的照明解決方案由于其低功耗和高效率而受到歡迎,因此用于制造它們的鋁背板PCB也是如此。這些PCB用作散熱器,與標準PCB相比,可實現(xiàn)更高水平的熱傳遞。這些相同的鋁背板PCB構(gòu)成了高流明LED應(yīng)用和基礎(chǔ)照明解決方案的基礎(chǔ)。
?汽車和航空航天工業(yè)。汽車和航空航天工業(yè)都使用柔性PCB,這些PCB設(shè)計用于承受兩個領(lǐng)域中常見的高振動環(huán)境。根據(jù)規(guī)格和設(shè)計,它們也可以非常輕便,這對于運輸行業(yè)制造零件是必需的。它們還能夠適應(yīng)這些應(yīng)用中可能存在的狹小空間,例如儀表板內(nèi)部或儀表板上儀表儀表后面。
PCB板有多種類型每個都有自己獨特的制造規(guī)格,材料類型和用途:單層PCB,雙層PCB,多層PCB,剛性PCB,柔性PCB,剛?cè)嵝訮CB,高頻PCB,鋁背PCB。
單層PCB
單層或單面PCB是由單層基材制成的PCB或基質(zhì)?;牡囊幻嫱坑斜〗饘賹?。銅是最常見的涂層,因為它具有良好的導(dǎo)電性能。一旦應(yīng)用銅基鍍層,通常會使用保護性焊接掩模,然后使用最后一個絲網(wǎng)印刷板上的所有元素。
由于單層/單面PCB只將各種電路和元件焊接在一面,因此易于設(shè)計和制造。這種普及意味著它們可以以低成本購買,特別是對于大批量訂單。低成本,高容量型號意味著它們通常用于各種應(yīng)用,包括計算器,相機,收音機和立體聲設(shè)備,固態(tài)驅(qū)動器,打印機和電源。
雙層印刷電路板
雙層或雙面印刷電路板的基板材料帶有一層薄薄的導(dǎo)電金屬,如銅,應(yīng)用于電路板的兩側(cè)。通過電路板鉆出的孔允許電路板一側(cè)的電路連接到另一側(cè)的電路。
電路和雙層PCB板的組件通常以兩種方式之一連接:使用通孔或使用表面安裝。通孔連接意味著被稱為引線的小線通過孔饋送,引線的每一端焊接到右側(cè)組件。
表面貼裝PCB不能利用電線作為連接器。相反,許多小引線直接焊接到電路板上,這意味著電路板本身用作不同元件的布線表面。這樣就可以用更少的空間完成電路,釋放空間,使電路板能夠完成更多的功能,通常速度更快,重量也比通孔板允許的重量更輕。
Double側(cè)面PCB通常用于需要中等水平電路復(fù)雜性的應(yīng)用,例如工業(yè)控制,電源,儀表,HVAC系統(tǒng),LED照明,汽車儀表板,放大器和自動售貨機。
多層PCB
多層PCB由一系列三層或更多層雙層PCB組成。然后用專用膠將這些板固定在一起并夾在絕緣件之間,以確保多余的熱量不會熔化任何組件。多層PCB具有多種尺寸,小至四層或大至十或十二層。有史以來最大的多層PCB厚度為50層。
對于多層印刷電路板,設(shè)計人員可以制作非常厚實,復(fù)雜的設(shè)計,適用于各種復(fù)雜的電氣任務(wù)。多層PCB有益的應(yīng)用包括文件服務(wù)器,數(shù)據(jù)存儲,GPS技術(shù),衛(wèi)星系統(tǒng),天氣分析和醫(yī)療設(shè)備。
剛性PCB
剛性印刷電路板是由堅固的基板材料制成的印刷電路板,可防止電路板扭曲??赡茏畛R姷膭傂訮CB示例是計算機主板。主板是多層PCB,設(shè)計用于從電源分配電力,同時允許計算機的所有部分之間進行通信,例如CPU,GPU和RAM。
剛性PCB組成也許是最大數(shù)量的PCB制造。這些PCB可用于需要將PCB本身設(shè)置為一種形狀的任何位置,并在設(shè)備的剩余使用壽命期間保持這種狀態(tài)。剛性PCB可以是簡單的單層PCB,也可以是8層或10層多層PCB。
所有剛性PCB都具有單層,雙層或多層結(jié)構(gòu),因此它們共享相同的應(yīng)用。
柔性PCB
與使用玻璃纖維等不粘材料的剛性PCB不同,柔性PCB由可彎曲和移動的材料制成,例如塑料。與剛性PCB類似,柔性PCB有單層,雙層或多層格式。由于它們需要在柔性材料上印刷,因此制造成本往往更高。
仍然,柔性PCB提供與剛性PCB相比具有許多優(yōu)勢。這些優(yōu)勢中最突出的是它們具有靈活性。這意味著它們可以折疊在邊緣上并纏繞在角落上。它們的靈活性可以節(jié)省成本和重量,因為可以使用單個柔性PCB覆蓋可能需要多個剛性PCB的區(qū)域。
柔性PCB也可用于可能受到多個剛性PCB影響的區(qū)域。環(huán)境危害。為此,它們僅使用可能具有防水,防震,耐腐蝕或耐高溫油的材料制造 - 這是傳統(tǒng)剛性PCB可能沒有的選擇。
柔性剛性PCB
當涉及兩種最重要的總體PCB板時,柔性剛性PCB結(jié)合了兩者的優(yōu)點。柔性剛性板由多層柔性PCB組成,附著在多個剛性PCB層上。
與僅在某些應(yīng)用中使用剛性或柔性PCB相比,柔性剛性PCB具有許多優(yōu)勢。例如,剛性 - 柔性板比傳統(tǒng)的剛性或柔性板具有更少的部件數(shù)量,因為兩者的接線選項可以組合成單個板。將剛性和柔性板組合成單個剛性 - 柔性板還可以實現(xiàn)更流線型的設(shè)計,從而減小整體電路板尺寸和封裝重量。
柔性剛性PCB最常出現(xiàn)在空間或重量最受關(guān)注的應(yīng)用中,包括手機,數(shù)碼相機,起搏器和汽車。
高頻PCB
高頻PCB是指一般的PCB設(shè)計元素,而不是像以前的型號那樣的PCB結(jié)構(gòu)。高頻PCB是設(shè)計用于傳輸超過1千兆赫茲信號的電路板。
高頻PCB材料通常包括FR4級玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂層壓板,聚苯醚(PPO)樹脂和鐵氟龍。鐵氟龍是最昂貴的選擇之一,因為它具有小而穩(wěn)定的介電常數(shù),少量介電損耗和整體低吸水性。
選擇高頻時需要考慮很多方面PCB板及其相應(yīng)類型的PCB連接器,包括介電常數(shù)(DK),耗散,損耗和介電厚度。
其中最重要的是所討論材料的Dk。具有高介電常數(shù)變化概率的材料通常會產(chǎn)生阻抗變化,這會破壞構(gòu)成數(shù)字信號的諧波并導(dǎo)致數(shù)字信號完整性的整體損失 - 這是高頻PCB設(shè)計用于防止的一個因素。
選擇在設(shè)計高頻PCB時使用的電路板和PC連接器類型時需要考慮的其他事項包括:
?介電損耗(DF) ,這會影響信號傳輸?shù)馁|(zhì)量。較小的介電損耗可能會造成少量信號浪費。
?熱膨脹。如果用于構(gòu)建PCB的材料(例如銅箔)的熱膨脹率不同,則材料可能會因溫度變化而相互分離。
?吸水率。大量的水攝入會影響PCB的介電常數(shù)和介電損耗,尤其是在潮濕環(huán)境中使用時。
?其他電阻。用于構(gòu)建高頻PCB的材料應(yīng)根據(jù)需要對耐熱性,耐沖擊性和耐危險化學(xué)品的耐受性進行評級。
鋁背襯PCB
鋁背襯PCB的設(shè)計與銅背襯PCB的設(shè)計大致相同。然而,鋁背板PCB不是使用大多數(shù)PCB板類型中常用的玻璃纖維,而是使用鋁或銅基板。
鋁背襯襯有隔熱材料,其設(shè)計具有低熱阻,意味著較少的熱量從絕緣材料傳遞到背襯。一旦施加絕緣,就會施加厚度從1盎司到10英寸的銅電路層。
鋁背襯PCB與玻璃纖維背襯的PCB相比具有許多優(yōu)勢,包括:
?低成本。鋁是地球上最豐富的金屬之一,占地球重量的8.23%。采礦鋁容易且廉價,這有助于減少制造過程中的費用。因此,用鋁制造產(chǎn)品的成本更低。
?環(huán)保。鋁是無毒的,易于回收利用。由于易于組裝,用鋁制造印刷電路板也是節(jié)約能源的好方法。
?散熱。鋁是可用于從電路板的關(guān)鍵部件散熱的最佳材料之一。它不會將熱量散發(fā)到板的其余部分,而是將熱量傳遞到露天。鋁PCB比同等尺寸的銅PCB冷卻速度快。
?材料耐久性。鋁比玻璃纖維或陶瓷等材料更耐用,尤其適用于跌落測試。使用更堅固的基材有助于減少制造,運輸和安裝過程中的損壞。
所有這些優(yōu)勢使鋁PCB成為需要在非常嚴格的公差范圍內(nèi)提供高輸出功率的應(yīng)用的絕佳選擇,包括交通車燈,汽車照明,電源,電機控制器和大電流電路。
除了主要使用領(lǐng)域外,鋁背PCB還可用于需要高度的機械穩(wěn)定性或PCB可能承受高水平的機械應(yīng)力。與玻璃纖維基板相比,它們不易受熱膨脹影響,這意味著電路板上的其他材料(如銅箔和絕緣材料)不太可能剝離,從而進一步延長產(chǎn)品的使用壽命。
多年來,PCB已從簡單的單層PCB(如計算器等電子設(shè)備)演變?yōu)楦鼜?fù)雜的系統(tǒng),如高頻Teflon設(shè)計。多氯聯(lián)苯已經(jīng)進入地球上幾乎所有行業(yè),從簡單的電子設(shè)備,如照明解決方案一直到更復(fù)雜的行業(yè),如醫(yī)療或航空航天技術(shù)。
多氯聯(lián)苯的發(fā)展也推動了PCB建筑材料的發(fā)展:不再僅僅是由玻璃纖維背襯的銅箔制成的PCB。新建筑材料包括鋁,特氟隆甚至可彎曲塑料。特別是可彎曲的塑料和鋁促進了剛性 - 柔性和鋁背襯PCB等產(chǎn)品的產(chǎn)生,以解決與許多行業(yè)相關(guān)的常見問題。
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