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印制电路板介绍和PCB类型

发布日期:2020-04-27浏览次数:198 次

什么是PCB?

印制电路板(PCB)是大多数电子产品中用作基础的板-既用作物理支撑件,又用作表面安装和插座组件的布线区域。PCB最通常由玻璃纤维,复合环氧树脂或其他复合材料制成。

大多数用于简单电子设备的PCB很简单,并且仅由单层组成。更复杂的硬件(例如计算机图形卡或主板)可以具有多层,有时最多十二层。

尽管PCB最常与计算机关联,但它们可以在许多其他电子设备中找到,例如电视,收音机,数码相机和手机。除了在消费类电子产品和计算机中使用以外,不同类型的PCB还用于许多其他领域,包括:

医疗设备。

现在,电子产品比前几代产品密度更高且功耗更低,从而可以测试令人兴奋的新医疗技术。大多数医疗设备使用高密度PCB,该PCB用于创建最小和最密集的设计。由于需要小尺寸和轻量,这有助于减轻与医学领域的显影装置有关的一些独特限制。从起搏器之类的小型设备到X射线设备或CAT扫描仪等大型设备,PCB已遍及所有领域。

工业机械。

PCB通常用于大功率工业机械中。在当前的一盎司铜PCB不能满足要求的地方,可以使用较厚的铜PCB。较厚的铜PCB有利的情况包括电机控制器,大电流电池充电器和工业负载测试仪。

照明。

由于基于LED的照明解决方案因其低功耗和高效率而广受欢迎,因此用于制造它们的铝制PCB也是如此。这些PCB用作散热器,比标准PCB允许更高水平的热传递。这些相同的铝基PCB构成了高流明LED应用和基本照明解决方案的基础。

汽车和航空航天工业

。汽车和航空航天工业都使用柔性PCB,柔性PCB旨在承受两个领域中常见的高振动环境。根据规格和设计,它们也可以非常轻巧,这在制造运输行业零件时是必需的。它们还能够适应这些应用中可能存在的狭窄空间,例如仪表板内部或仪表板上仪表的后面。

有几种不同类型的电路板,每种都有其自己的特定制造规格,材料类型和用途:

单层PCB

单层或单面PCB是由单层基材或基材制成的PCB.基础材料的一侧涂有一层薄金属。铜是最常见的涂层,因为它作为电导体的功能如何。一旦应用了铜基镀层,通常会应用保护性阻焊层,然后再进行最后的丝网印刷,以标记出板上的所有元素。

由于单层/单面PCB仅将其各种电路和组件焊接到一侧,因此易于设计和制造。这种受欢迎程度意味着可以低价购买它们,尤其是对于大批量订单。低成本,大批量的型号意味着它们通常用于各种应用,包括计算器,照相机,收音机,立体声设备,固态驱动器,印刷机和电源。

双层PCB

双层或双面PCB的基材均带有一层导电金属薄层(如铜),涂在板的两面。穿过板子的孔可以使板子一侧的电路连接到另一侧的电路。

双层PCB板的电路和组件通常以以下两种方式之一连接:使用通孔或表面贴装。通孔连接意味着将称为引线的细线穿过孔,然后将引线的每一端焊接到正确的组件上。

表面贴装PCB不使用电线作为连接器。取而代之的是,许多小引线直接焊接到板上,这意味着板本身被用作不同组件的布线表面。这样就可以使用更少的空间来完成电路,释放空间以使板完成更多的功能,通常以比通孔板所允许的更高的速度和更轻的重量来完成该功能。

双面PCB通常用于需要中等复杂程度电路的应用中,例如工业控制,电源,仪表,HVAC系统,LED照明,汽车仪表板,放大器和自动售货机。

多层PCB

多层PCB由一系列三个或更多的双层PCB组成。然后用专用胶将这些板固定在一起,并夹在绝缘片之间,以确保多余的热量不会熔化任何组件。多层PCB的尺寸多种多样,小至四层,大至十或十二层。有史以来最大的多层PCB厚度为50层。

通过多层印制电路板,设计人员可以进行非常厚的复杂设计,从而适合各种复杂的电气任务。多层PCB将从中受益的应用包括文件服务器,数据存储,GPS技术,卫星系统,天气分析和医疗设备。

刚性PCB

刚性PCB由坚固的基板材料制成,可防止电路板扭曲。刚性PCB的最常见示例是计算机主板。母板是多层PCB,设计用于分配电源,同时允许计算机的所有许多部分(例如CPU,GPU和RAM)之间进行通信。

刚性PCB可能构成了所生产PCB的最大数量。这些PCB可以在需要将PCB本身设置为一种形状的任何地方使用,并在设备的剩余使用寿命内保持这种状态。刚性PCB可以是简单的单层PCB到八层或十层的多层PCB.

所有刚性PCB均具有单层,双层或多层结构,因此它们共享相同的应用。

柔性PCB

与使用不移动的材料(例如玻璃纤维)的刚性PCB不同,柔性印制电路板由可弯曲和移动的材料(例如塑料)制成。与刚性PCB一样,柔性PCB有单层,双层或多层形式。由于需要将它们印刷在柔性材料上,因此柔性印制电路板的制造成本更高。

尽管如此,与刚性PCB相比,柔性PCB具有许多优势。这些优势中最突出的是它们具有灵活性。这意味着它们可以折叠在边缘上并包裹在拐角处。它们的灵活性可以节省成本和重量,因为单个柔性PCB可以用来覆盖可能需要多个刚性PCB的区域。

柔性PCB也可以在可能遭受环境危害的区域中使用。为此,它们仅使用防水,防震,耐腐蚀或耐高温油的材料制成,而传统的刚性PCB可能没有这种选择。

刚性柔性PCB

硬性柔性电路结合了两种最重要的PCB板的两全其美。刚柔板由多层柔性PCB组成,多层PCB附着在多个刚性PCB层上。

刚柔结合的PCB与仅在某些应用中使用刚硬或柔性PCB相比,具有许多优势。例如,刚性-柔性板的零件数比传统的刚性或柔性板少,因为这两种板的布线选项都可以组合成一个板。将刚性和柔性板组合成单个刚性-柔性板还可以实现更简化的设计,从而减小整体板的尺寸和封装重量。

刚柔性PCB最常用于空间或重量最重要的应用中,包括手机,数码相机,起搏器和汽车。

高频PCB

高频PCB是指一般的PCB设计元素,而不是像以前的型号那样的PCB结构类型。高频PCB被设计为在1 GHz上传输信号。

高频PCB材料通常包括FR4级玻璃纤维增强环氧层压板,聚苯醚(PPO)树脂和聚四氟乙烯。铁氟龙是一种最昂贵的选择,因为它的介电常数小而稳定,介电损耗小,总体吸水率低。

选择高频PCB板及其相应类型的PCB连接器时,需要考虑很多方面,包括介电常数(DK),耗散,损耗和介电厚度。

其中最重要的是所讨论材料的Dk。具有高介电常数变化可能性的材料通常会发生阻抗变化,这会破坏构成数字信号的谐波并导致数字信号完整性的整体损失,这是高频PCB旨在防止的事情之一。。

选择设计高频PCB时要使用的板和PC连接器类型时要考虑的其他事项包括:

介电损耗(DF),它会影响信号传输的质量。较小的介电损耗会导致少量的信号浪费。

热膨胀。如果用于构建PCB的材料(例如铜箔)的热膨胀率不同,则由于温度变化,材料可能会彼此分离。

吸水率。大量的进水会影响PCB的介电常数和介电损耗,尤其是在潮湿环境中使用时。

其他阻力。必要时,在高频PCB的构造中使用的材料应具有很高的耐热性,耐冲击性和对有害化学物质的耐受性。

铝基板

铝基印制电路板的设计与铜背印制电路板的设计几乎相同。但是,代替大多数PCB板类型中常用的玻璃纤维,铝电路板使用铝或铜基板。

铝基衬衬有隔热材料,隔热材料设计为具有低热阻,这意味着较少的热量从隔热材料传递到背衬。施加绝缘层后,将应用厚度为1盎司至10盎司的铜电路层。

铝基印制电路板比具有玻璃纤维背板的印制电路板具有许多优势,包括:

成本低。铝是地球上最丰富的金属之一,占地球重量的8.23%。铝易于开采且价格便宜,这有助于减少制造过程中的费用。因此,用铝建造产品较便宜。

环保。铝无毒且易于回收。由于易于组装,用铝制造印制电路板也是节省能源的好方法。

散热。铝是可用于将热量从电路板的关键组件散发出去的最佳材料之一。它没有将热量散布到电路板的其余部分中,而是将热量转移到了室外。铝基PCB的冷却速度比同等尺寸的铜PCB快。

材料耐用性。铝比玻璃纤维或陶瓷等材料耐用得多,尤其是对于跌落测试。更坚固的基础材料的使用有助于减少制造,运输和安装过程中的损坏。

所有这些优点使铝制PCB成为要求在非常严格的公差范围内提供高功率输出的应用的绝佳选择,包括交通信号灯,汽车照明,电源,电机控制器和大电流电路。

除了这些主要的使用领域外,铝基PCB也可用于要求高度机械稳定性或PCB可能承受高水平机械应力的应用中。它们比玻璃纤维板更不受热膨胀的影响,这意味着板上的其他材料(如铜箔和绝缘材料)剥落的可能性较小,从而进一步延长了产品的使用寿命。

多年来,PCB已从电子产品(如计算器)中使用的简单单层PCB演变为更复杂的系统(如高频Teflon设计)。PCB已遍及地球上几乎每个行业,从简单的电子产品(如照明解决方案)一直到更复杂的行业(如医疗或航空航天技术)。

PCB的发展也推动了PCB构建材料的发展:PCB不再仅由玻璃纤维支持的铜箔制成。新型构建材料包括铝,特富龙甚至可弯曲的塑料。尤其是,可弯曲的塑料和铝刺激了诸如刚性-柔韧性和铝基PCBs之类的产品的开发,以解决与许多行业相关的常见问题。

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