电路板

电路板(Printed circuit board)，也称为印刷电路板，为各种电子系统提供机械装配支持和电气连接，还承载着电子设备的信号传输、信号收发、电源的核心基础设施称为“电子产品之母”。

电路板是一种混合信号电路，主要由绝缘基板和导体两种材料组成，由数字逻辑芯片和模拟电路元件组成。电路板可以实现电路中所有元件的电气连接，而不是复杂的布线，减少了传统方式的布线工作量，简化了电子产品的组装、焊接和调试工作提高了电子设备的质量和可靠性。自1936年印刷电路板诞生以来，印刷电路板已从单层发展到双面板、多层板和柔性板，并不断向高精度迈进、高密度和高可靠性正在发展。随着电子信息技术的发展，印刷电路板被广泛应用于工业互联网、无人驾驶、智能制造、元宇宙、人工智能、机器学习、医疗和航空航天领域得到了广泛应用。

表面的铜箔导电层被板基绝缘材料隔离，使电流沿着预先设计好的路线在各个元件中流动，完成工作、放大、衰减、调制、解调、编码等功能。

目前，电子电路板的安装方法一般是通过焊接进行的锡焊技术一般采用锡合金作为焊接材料，充分利用了金属达到熔点后会熔化的特性通过熔化待焊接的金属部件和锡合金中的锡原子，它们相互扩散并结合，在点焊位置形成具有浸润性的金属结合层。从外表上看，电子电路板的熔化锡箔和各种器件的引线的表面是光滑的，但实际上，渗透金属粘合层的表面存在肉眼难以观察到的凹凸缝隙利用流体力学中的虹吸原理，熔化的锡焊材料沿着每个间隙扩散，最终使各种器件的引线与电子电路板上的焊点牢固结合，保证了良好的导电性。

组成部分

电路板的部件包括主基板、助焊膜、阻焊膜和其他组件。

基板：基板通常由绝缘体绝缘、由不易弯曲的绝缘材料制成，常用的基板是覆铜版。

接插件：连接器是指用于连接电路板之间的组件。

焊盘：焊盘用于焊接元件引脚的金属孔。凸台可以有几种不同的形状和类型两种最常用的焊盘类型是用于表面贴装元件的镀锡焊盘和通孔镀锡焊盘。

助焊膜：在印刷电路板的焊盘表面可以看到许多稍大的浅色斑点，这是为了提高可焊性而涂覆的助焊膜。

阻焊膜：印刷电路板上非焊盘处的铜箔不易去除，因此除焊盘外的印刷电路板所有部分都应涂上一层绿色或棕色抗蚀剂膜，这可以防止铜箔氧化并有助于桥接焊接。

导通孔：其主要功能是连接所有电路层，主要包括盲孔、通孔、埋孔。埋孔分为两种埋通孔和埋盲孔。

电气边界：电气边界用于确定电路板的尺寸，电路板上的所有元件都不能超过此边界。

字符：字符的主要功能是标记，用于指示焊盘的位置和待焊接元件的名称，以便于电子设备的组装或维护。

走线：PCB上的走线实际上是信号线，提供传输电信号的相同功能，其两端一般与PCB上元件的引脚相连。PCB 上的走线是通过蚀刻铜层以去除不必要的部分制成的，其余部分是走线或焊盘。走线的宽度是 PCB 设计中的一个重要参数，它与走线可以承受的电流有关。

信号层：信号层主要用于放置元件或布线。包括32层，即顶层、底层和30个中间层。对于单个面板，顶层不能布线，而底层是唯一可以布线的工作层。

精细线路层：精细电路层是实现印刷电路板功能的主要部分精细电路层是通过以一定方式排列连接各种元件的电路以形成图案，并在绝缘介电层的表面上加工设计的图案而形成的。考虑到导电性和成本，现在精细线路的材料都是铜。

电路板

表面处理层：表面处理层覆盖焊盘位置的铜表面，一方面防止铜表面被氧化，另一方面增强焊盘与焊料之间的结合力。表面处理的方法包括化学镀镍和镀金、化学镍钯金、浸锡、浸银、电镀镍金、OSP等上一代最常用的表面处理方法是热风整平，由于含铅，这种方法已被禁用。

内部电源/接地层：内部电源/接地层主要用于放置电源和地线，总共可以放置16层，是完整的铜箔。元件的电源和接地引脚可以直接连接。这种将电源和接地层分开设置的方法，可以最大限度地减少电源和地的连线长度，大大简化电路板表面的布线，同时对电路中高频信号的辐射有很好的屏蔽作用，特别适用于比较复杂的电路。

机械层：机械层一般用于放置各种指令和说明文字，如电路板的尺寸、孔洞信息。在PCB层很少的情况下，通常只使用一个机械层。

助焊层：有两层助焊剂层，用于将表面贴装元件附着到电路板上。

丝印层：丝网印刷层主要用于印刷电路板上元件的序列号、生产编号、公司名称和其他文本信息。为焊接部件或维修时容易找到部件而设置，共2层。需要指出的是，在设计丝网印刷层时，我们不仅要注意美观的布局还要忽略实际的PCB效果。应该注意的是，字符不能被组件can 不会侵入阻焊膜，并且可以 t在其他组件上键入组件标签。

阻焊层：阻焊膜有两层，即顶部阻焊膜和底部阻焊膜。在不需要焊接的地方涂上阻焊层，可以防止板上的焊料随意流动，避免非焊盘处的铜箔沾锡，造成各种元器件之间短路。所以垫外的所有零件都要涂一层漆，防止这些零件被镀锡。同时，阻焊层可以覆盖铜膜导体，以防止铜膜在空气中过快氧化，但它在焊点处留有位置，不会覆盖焊点。

禁止布线层：禁止布线层是允许布线的范围，用于定义放置元件和布线的范围。应首先设置自动布线和布局。

多层：多层Multilayer也称为穿透层，主要用于设置多层并将符号放置在每层上所有穿透焊盘和过孔都可见的位置。

技术标准

在早期的PCB设计中，孔和线在网格坐标中的位置被用作尺寸参考。所有组件都通过铅插座安装为了方便设计和安装，所有元件孔和安装孔，甚至PCB轮廓线都设置在标准网格和网格线的交叉处，网格间距为2.5mm或2.54mm及其1/2辅助线上。

线路规格

PCB设计布线和线宽、线线、孔与线的间距有一定的要求，在不影响电路性能和信号传输的前提下，要考虑以下两点：一个是极限线宽间距3/3密耳，通常成品的最小线宽为1盎司/间距4.5/4.5密耳，成品的最小线宽2OZ/间距6/六百万铜厚度每增加1盎司，线宽和间距将增加1密耳对应于铜厚度的内层的线宽和间距是相同的在条件允许的情况下，建议将设计增加1密耳。当然也可以考虑特殊情况温度不同时，线宽和载流量也受影响。第二，在布线的整个设计完成后，尽量在没有布线的空白区域敷铜，以增加电路的抗干扰能力。画出铜浇注区的外框，选择浇注方式，用铜皮连接地网。但铜皮与焊盘、线之间的间距优选大于8密耳。

铜孔规格

一般来说，孔径公差的可控范围是：正常孔径公差符合IPC二级标准；压接孔的孔径公差可以控制在0以内.05mm，PTH可以控制孔径公差为0.08mm，NTPH可以控制孔径公差为0.05毫米，孔位公差±0.075mm。孔铜要求为：IPC三级标准控制，平均孔铜25um，单点20um以上。最小孔径0.15MM。

与此同时，根据供应商 可控能力，PCB设计应注意：

1）如果在设计安装孔时不需要接地，建议不设计铜孔；

2）尽量设计成通孔。需要使用盲埋孔时，应先埋设设计盲埋孔时，应尽量不交叉，孔间距应大于10密耳过孔应尽可能不碰到需要焊接的焊盘；

3）考虑到孔位置偏差孔直径公差和孔铜厚度，一般大于器件引脚0.2MM的设计，如方孔或矩形孔，应考虑对角线距离作为尺寸；

4）槽孔设计0.5毫米以上，长度应尽可能长一倍，以防止制造商偏离中心钻孔对于短槽，可以考虑大孔或连接孔当软件无法绘制凹槽时，应在孔系图中标注尺寸和位置。

5）厚径比(最小孔径与板厚之比)≤1:16，最好不小于1:12。

电镀铜技术

随着微电子技术的发展，印刷电路板已逐渐从单层和双层结构发展到多层结构多层结构的设计和制造是一个重要环节，各级印制板的导电和互连是一项关键技术。印刷电路板各层的导电主要通过金属化微孔互连，微孔金属化的主要方法是电镀技术。金属铜因其高导电性和抗电迁移性而成为微孔金属化的主要金属，电镀铜技术也从刚刚投入使用的传统DC电镀逐渐发展起来，因此脉冲电镀铜技术和新型DC电镀铜技术应运而生，并且由于科研人员的不懈努力，电镀铜技术仍在不断改进和发展。

高密度互连技术

高密度互连电路板：20世纪90年代初，日本、美国率先应用高密度互连技术制造工艺是以双面或多层板为核心板，采用多层重叠堆叠技术，使PCB各层之间保持绝对绝缘，制造高密度、高度集成的电子电路板。高密度互连电路板可以高频工作，导线和微钻孔可以精细操作，并且可以合理设计每层的绝缘，使其导热性更科学合理。通过应用高密度互连技术，可以显著提高印刷电路板制造的质量和工作速度。

高密度任意层互连印刷电路板：高密度互连（High density interconnector）印刷电路板是相对于传统印刷电路板而言的，它与传统印刷电路板的区别在于：首先，高密度互连印刷电路板的布线密度高于传统多层板。第二是高密度互连印刷电路板设计的通孔和盲孔比传统孔径比多层板小得多。第三，高密度互连印刷电路板的每层厚度都比传统多层板薄得多。在这类电路板的应用过程中，由于层次结构的差异，会对印刷电路板的制造产生不同的影响。一般来说，电子产品越精密复杂，高密度任意层互连电路板的层数就越多，层数越多，制造难度就越大。目前，高密度任意层互连印刷电路板层间的连接方式主要是梯型连接、交错孔连接等，确保产品性能的稳定性。

集成式技术

集成印刷电路板技术是将一个或多个独立的电子元件连接起来（如电阻、电容、电容等）集成在一个印刷电路板结构中，集成印刷电路板成为具有一定程度系统功能的印刷电路板，可以提高电子产品系统功能的可靠性、改善信号传输性能、有效降低生产成本、使生产过程更加绿色环保是电子设备系统集成小型化的技术途径，具有巨大的市场发展潜力。这种印刷电路板制造技术也在朝着短而精的方向发展。

刚挠技术

采用了几块小型层压多层板和连接它们的柔性板（FPC）或者由电缆组成的系统结构，称为模拟刚挠PCB。通过采用该技术，印刷电路板可以实现多层结构，并且产品可以在设计和外观上紧凑、轻薄、便于携带的特点。此外，刚柔结合技术可以提高印刷电路板性能的稳定性，并使其高效循环。

激光技术

激光成像技术：激光成像技术使用聚焦激光、光栅扫描、曝光像素和其他技术手段来呈现印刷电路板制造中使用的图像。在激光成像过程中，通常需要通过蓝区或紫区获取图像的相关数据，然后通过激光实现成像要求。在印刷电路板的制造技术中，激光成像技术可以有效地保证制造技术的水平和质量。

激光微孔技术：在当前的印刷电路板制造过程中，钻孔主要通过激光微钻孔来实现。在实际制造过程中，操作人员应根据电路板的型号和技术要求选择合适的激光微孔技术，以确保制造技术的科学合理性。

高散热金属基板：高散热金属基板主要是利用金属基板材料本身良好的导热性将热源导出大功率元器件。其散热性能与多芯片相关（元器件）封装的结构布局与元件封装的可靠性。作为高端印刷电路板，高散热金属印刷电路板的金属基板与表面贴装技术兼容、缩小产品体积、降低硬件和组装成本、更换易碎的陶瓷基板、增加了刚性，同时获得了更好的机械耐久性，在众多散热基板中表现出了强大的竞争力，具有非常广阔的应用前景。

设计流程

规划电路板：在绘制印刷电路板之前，用户应该对电路板有一个初步的计划，例如电路板的物理尺寸有多大，使用多少层电路板，是单面板还是双面板，每个组件采用什么封装形式和安装位置等。这是一项极其重要的工作，就是确定电路板设计的框架。

设置参数

参数设置是电路板设计的重要步骤。设置参数主要是组件的布局参数、板层参数、布线参数等。一般来说，有些参数可以使用它们的默认值。

绘制电路图

这是电路板设计的前期工作，主要完成电路原理图的绘制，包括生成网络表。当然，有时候也可以不画原理图直接进入PCB设计系统。通常设计师会选择AltiumDesigner软件进行绘图和设计工作大部分组件可以在软件的样本中找到，少数不在图库中，需要设计师自己绘制。

加载网络表并保存组件：网络表是电路板自动布线的灵魂，也是电路原理图设计系统和印刷电路板设计系统的接口。只有在安装了网络表之后，才能完成电路板的自动布线。元器件的封装就是元器件的形状，每一个加载的元器件都要有对应的形状封装，以保证电路板的顺利走线。

元件布局

目前可以自动布局组件在电路板被规划并加载到网络表中后，用户可以让程序自动加载元件并自动将元件排列在电路板框架中。但一般来说，这种功能不能满足实际工作的需要，因此设计人员需要熟悉布局规则。布局应该将数字电路和模拟电路分开，在中间留出一部分空间。布局应以高速为基础、中、低速、I/o电路分区，减少高速电路对其他器件的干扰。

自动布线：目前，组件可以实现自动布线只要相关参数设置正确，元件布局合理，自动布线的成功率几乎是100%

手工调整：自动布线后，经常会有不满意的地方，需要手动调整。

文件保存及输出：电路板布线后，保存完成的电路图文件。然后使用各种图形输出设备，如打印机或绘图仪，输出电路板的接线图。

工业级PCB技术

该种工艺流程为：首先在覆铜板上画出电路图案，然后在剩余部分涂上防腐材料，然后放入腐蚀性液体中腐蚀无用部分，最后去除防腐材料、钻孔、涂布助焊剂是印刷电路板所要使用的。这种工艺有很多优点，特别适合制造精密电路板，而且线宽间距可以达到0.1～0.12mm，适合工厂大批量生产。然而，当这项技术用于教学和科研时，存在一些不可克服的缺点。主要有以下几点：首先，工艺复杂，设备成本高；二是操作复杂，需要操作人员具备较高的专业能力和丰富的操作经验；第三，在生产过程中，会应用到大量的EDTA、重金属、甲醛等有毒有害物质；第四，它需要配备一个用于存储干膜的冷库、贴膜所需的无尘空间和黄光环境、特殊工作场所，如制作底片的暗室；第五，如果不连续生产使用，会造成大量的成本浪费。例如干膜的储存期很短，化学镀铜溶液的稳定性很差；六是要配备专业的化学分析实验室和专业的废水处理车间。

机械制板工艺

这种工艺更适合制造高精度双向电路板主要工艺流程如下：电路板雕刻机的随机软件直接读取设计数据并自动计算雕刻机自动钻孔先进的直接电镀工艺用于完成孔的导通雕刻机自动完成双向线条的铣削雕刻机自动完成PCB的外形切割。这种方法有许多优点，其中突出的有：首先，它可以快速制作单个样品，从而可以更好地应用于科研和教学；第二，电路的精度比较高，常见的型号可以使线宽和间距为0.1mm左右，与目前PCB工业生产处于同一水平；第三，系统具有很高的扩展性，设计用户可以选择增加阻焊电阻、字符和其他功能，它还可以升级为多层板生产系统，同时，它还可以制作具有埋孔和表孔的多层板。

外观工艺

电路板焊接后，不要直接给电路板供电检查电路板的电路和元件的外观，确保符合要求。根据电路图检查线路，并根据电路图的接线逐一检查安装的线路；对照原理图检查，以元件为中心检查。检查各元件引脚的接线，最好用指针式万用表欧姆档的蜂鸣器测试，直接测量元件引脚，这样可以同时发现接线不良。

电性能

为保证测量精度，可采用微欧计和电桥测量，要求金属化孔电阻不大于3mω，前期双面板金属化孔电阻不大于5mω，实测金属化孔电阻不大于1mω。使用欧姆表确定电线之间是否短路、断开处。在使用PCB时，开路和短路缺陷，比如非批量问题，只是个别缺陷，比如板结构简单，线密度低，可以通过自修补修复，继续使用。测量电气性能应测量绝缘电阻，可使用万用表或高阻表（兆欧表）测量表明，用500V的输出电压测量相邻导线或金属化孔之间的绝缘电阻，绝缘电阻大于1mω。

机械性能

导线的剥离强度和PCB上焊盘的拉伸强度非常重要早期成品板的表面没有防焊膜保护，组装焊接工艺为手工焊接或波峰焊，容易造成板上的导线和焊盘剥离。一般要求导体的剥离强度不小于1.0N/嗯，垫子的直径是3英寸.0毫米圆盘和1.0毫米孔，焊接后引线、焊下、用烙铁焊接三次后，抗拉强度不小于40N/mm。

可靠性实验

为了确保双面板和多层板金属化孔的可靠性，应首先进行高温处理、高湿、高低温循环冲击老化试验和振动试验，然后检查板表面的可焊性和可焊性。机械振动实验是将印刷电路板放在振动台上，以一定的振动频率和加速度振动；另一个跌落实验，即让板子从一定高度多次跌落。要求在实验后，电路板的电气连接完好无损且无断裂、分层等缺陷。根据国家标准，在检验过程中的抽样方法方面，20世纪80年代以前采用百分比抽样，后来逐渐采用计数抽样/T2828逐批检验计数取样程序和取样表设置采样规则。

印刷电路板是承载电子元器件和连接电路的桥梁，广泛应用于通信电子领域、消费电子、计算机、汽车电子、工业控制、医疗器械、国防和航空航天等领域。

通信设备

在通信设备领域，PCB电路板发挥着重要作用。例如，手机、平板电脑等消费电子产品离不开PCB板。在智能手机中，高多层印刷电路板将用作主板，低多层印刷电路板将用作辅助子板一般来说，主板将使用10层层压电路板。此外，无线路由器、在卫星通信系统等通信设备中也有许多复杂的电路板。这些电路板负责处理数据传输、信号放大、电源管理等功能是实现通信设备正常运行的关键。

医疗仪器

在医疗设备领域，PCB电路板也发挥着重要作用。例如心电监护仪、血压计、血糖仪等医疗设备中有复杂的电路板。这些电路板负责收集和处理病人 为医生提供准确的诊断依据。此外，随着远程医疗的发展，越来越多的医疗设备开始具有数据传输功能，这也需要高效的PCB电路板来实现。

汽车电子

随着汽车电子技术的不断发展，越来越多的汽车开始使用各种电子设备，如导航系统、音响系统、安全气囊等。这些电子设备都需要依靠PCB来实现各种功能。此外，新能源汽车的兴起也为PCB板带来了新的机遇。电动汽车需要大量的电池管理系统和充电设备，这些都离不开高效的PCB电路板。

航空航天

在航空航天领域，陶瓷电路板被用于飞行控制系统，以确保这些系统在高速飞行和复杂的气候条件下正常工作。这是由于陶瓷材料的高熔点可承受高达1000°C的高温以及陶瓷电路板出色的尺寸稳定性和耐化学腐蚀性可确保其在各种环境中表现出良好的稳定性和可靠性。

工业控制

在工业控制领域，PCB电路板广泛应用于自动化生产线、机器人、传感器等设备中。这些设备需要实时收集和处理各种数据，以实现高效率、稳定的生产过程。PCB电路板用于这些设备“大脑”，负责协调各部件的工作以确保整个系统的稳定运行。