通信产品PCB基础知识及其应用
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1.2 材料分类与结构

1.2.1 PCB的分类

1.按用途分类

● 民用印制电路板(消费类):玩具、照相机、电视机、音响设备、手机等使用的印制电路板。

● 工业用印制电路板(装备类):安防、汽车、计算机、通信机、仪器仪表等使用的印制电路板。

● 军用印制电路板:航天、雷达使用的印制电路板等。

2.按基材类型分类

● 纸基印制电路板:酚醛纸基印制电路板、环氧纸基印制电路板等。

● 玻璃布基印制电路板:环氧玻璃布基印制电路板、聚四氟乙烯玻璃布基印制电路板等。

● 合成纤维印制电路板:环氧合成纤维印制电路板等。

● 有机薄膜基材印制电路板:尼龙薄膜印制电路板等。

● 陶瓷基板印制电路板。

● 金属芯基印制电路板。

3.按结构分类

按结构印制电路板可分为刚性印制电路板、柔性印制电路板和刚柔结合印制电路板,如图1.2所示。

图1.2 刚性、柔性及刚柔结合印制电路板

4.按层数分类

按层数印制电路板可分为单面板、双面板、多层板和HDI板(高密度互连板)。

(1)单面板

单面板指只在电路板的其中一个面(焊接面)上进行布线,而所有元器件以及元器件标号和文字标注等都在另一个面(元器件面)上放置的电路板。其最大的特点是价格低廉,制造工艺简单。但是由于只能在一个面上进行布线,布线比较困难,容易出现布不通的情况,所以只适用于一些比较简单的电路。单面板结构示意图如图1.3所示。

(2)双面板

双面板在绝缘板两面进行布线,其中一面作为顶层,另一面作为底层。顶层和底层通过过孔进行电气连接。通常,双层板上的元器件被放置在顶层;但是,有时为了缩小电路板体积,也可以在两层都放元器件。双层板的特点是价格适中、布线容易,是目前普通电路板中比较常用的类型。双面板结构示意图如图1.4所示。

图1.3 单面板结构示意图

图1.4 双面板结构示意图

(3)多层板

两层以上的印制电路板统称为多层板。多层板结构示意图如图1.5所示。

图1.5 多层板结构示意图

(4)HDI板

HDI板是采用微盲埋孔技术的一种线路分布密度比较高的电路板。HDI板结构示意图如图1.6所示。

图1.6 HDI板结构示意图

1.2.2 PCB的结构

PCB主要由覆铜箔层压板(Copper Clad Laminates,CCL)、半固化片(PP片)、铜箔(Copper Foil)、阻焊层(又称阻焊膜)(Solder Mask)组成。同时,为了保护表面裸露在外的铜箔,保证焊接效果,还需要对PCB进行表面处理,有时还要配以字符进行标识。PCB四层板结构示意图如图1.7所示。

图1.7 PCB四层板结构示意图

1.覆铜箔层压板

覆铜箔层压板(CCL),简称覆铜箔板或覆铜板,是制造印制电路板的基础材料,是由介电层(树脂、玻璃纤维)及高纯度的导体(铜箔)二者所构成的复合材料。直到1960年才有专业制造厂以甲醛树脂铜箔为基材制作单面PCB,并将其投入电唱机、录音机、录像机等市场,之后因双面贯孔镀铜制造技术兴起,于是耐热、尺寸安定的环氧玻璃基板大量被应用至今。现在用得比较多的有FR4、FR1、CEM3、陶瓷板和铁氟龙板等。

目前,应用最广泛的采用蚀刻法制成的PCB是在覆铜箔板上有选择地进行蚀刻,得到所需的线路图形。覆铜箔板在整个印制电路板上主要提供导电、绝缘和支撑三个方面的功能。印制电路板的性能、质量和制造成本,在很大程度上取决于覆铜箔板,如图1.8所示。

图1.8 覆铜箔板

2.半固化片

半固化片又称PP片,是多层板生产中的主要材料之一,主要由树脂和增强材料组成,增强材料分为玻璃纤维布(简称玻璃布)、纸基和复合材料等几种类型。

制作多层印制电路板所使用的半固化片(黏结片)大多采用玻璃布作为增强材料。将经过处理的玻璃布浸渍上树脂胶液,再经热处理预烘制成的薄片材料被称为半固化片。半固化片在加热加压下会软化,冷却后会固化。由于玻璃布在经向、纬向单位长度的纱股数不同,在剪切时需注意半固化片的经纬向,一般选取经向(玻璃布卷曲的方向)为生产板的短边方向,纬向为生产板的长边方向,以确保板面的平整,防止生产板受热后扭曲变形。P P片如图1.9所示。

图1.9 PP片

3.铜箔

铜箔是沉淀于电路板基底层上的一层薄的、连续的金属箔,它作为PCB的导电体,容易被黏合在绝缘层上,经蚀刻后形成电路图样。常见工业用铜箔可分为压延铜箔(RA铜箔)与电解铜箔(ED铜箔)两大类。其中压延铜箔具有较好的延展性等特性,是早期软板制程所使用的铜箔;电解铜箔则具有制造成本较压延铜箔低的优势,如图1.10所示。

图1.10 铜箔

4.阻焊层

阻焊层是指印制电路板上有阻焊油墨的部分。阻焊油墨通常是绿色的,有少数采用红色、黑色和蓝色等,所以在PCB行业常把阻焊油墨称为绿油,它是印制电路板的永久性保护层,能起到防潮、防腐蚀、防霉和机械擦伤等作用,同时也可以防止零件被焊到不正确的地方。阻焊层如图1.11所示。

图1.11 阻焊层

5.表面处理

这里所说的“表面”是指PCB上为电子元器件或其他系统与PCB上的电路之间提供电气连接的连接点,如焊盘或接触式连接的连接点。裸铜本身的可焊性很好,但是暴露在空气中很容易被氧化,而且容易受到污染,所以要在裸铜的表面覆盖一层保护膜。

常见的PCB表面处理工艺有有铅喷锡、无铅喷锡、有机涂覆(Organic Solderability Preservatives,OSP)、沉金、沉银、沉锡和镀金手指等,随着环保法规的不断完善,有铅喷锡工艺已经逐渐被禁用。PCB表面处理工艺如图1.12所示。

图1.12 PCB表面处理工艺

6.字符

字符即文字层,在PCB的最上面一层,可以没有,一般用于注释。通常,为了方便电路的安装和维修等,在印制板的上下表面上印刷所需要的标志图案和文字代号等,例如,元器件标号和标称值、元器件外廓形状和厂家标志、生产日期等。字符通常采用丝网印刷方式印刷,如图1.13所示。

图1.13 字符