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電路板主要由焊盤、過孔、安裝孔、導線、元器件、接插件、填充、電氣邊界等組成。常見的板層結構包括單層板(Single Layer PCB)、雙層板(Double Layer PCB)和多層板(Multi Layer PCB)三種。

1 電路板 -組成部分

電路板電路板

電路板主要由焊盤、過孔、安裝孔、導線、元器件、接插件、填充、電氣邊界等組成,各組成部分的主要功能如下:

焊盤:用於焊接元器件引腳的金屬孔。 
過孔:用於連接各層之間元器件引腳的金屬孔。
安裝孔:用於固定電路板。
導線:用於連接元器件引腳的電氣網路銅膜。 
接插件:用於電路板之間連接的元器件。
填充:用於地線網路的敷銅,可以有效的減小阻抗。
電氣邊界:用於確定電路板的尺寸,所有電路板上的元器件都不能超過該邊界。

2 電路板 -主要分類

電路板電路板

電路板常見的板層結構包括單層板(Single Layer PCB)、雙層板(Double Layer PCB)和多層板(Multi Layer PCB)三種,這三種板層結構的簡要說明如下:

(1) 單層板:即只有一面敷銅而另一面沒有敷銅的電路板。通常元器件放置在沒有敷銅的一面,敷銅的一面主要用於布線和焊接。

(2) 雙層板:即兩個面都敷銅的電路板,通常稱一面為頂層(Top Layer),另一面為底層(Bottom Layer)。一般將頂層作為放置元器件面,底層作為元器件焊接面。

(3) 多層板:即包含多個工作層面的電路板,除了頂層和底層外還包含若干個中間層,通常中間層可作為導線層、信號層、電源層、接地層等。層與層之間相互絕緣,層與層的連接通常通過過孔來實現。

(4)內層線路   
銅箔基板先裁切成適合加工生產的尺寸大小。基板壓膜前通常需先用刷磨、微蝕等方法將板面銅箔做適當的粗化處理,再以適當的溫度及壓力將干膜光阻密合貼附其上。將貼好乾膜光阻的基板送入紫外線曝光機中曝光,光阻在底片透光區域受紫外線照射後會產生聚合反應(該區域的干膜在稍後的顯影、蝕銅步驟中將被保留下來當作蝕刻阻劑),而將底片上的線路影像移轉到板面干膜光阻上。撕去膜面上的保護膠膜后,先以碳酸鈉水溶液將膜面上未受光照的區域顯影去除,再用鹽酸及雙氧水混合溶液將裸露出來的銅箔腐蝕去除,形成線路。最後再以氫氧化鈉水溶液將功成身退的干膜光阻洗除。對於六層(含)以上的內層線路板以自動定位沖孔機衝出層間線路。

3 電路板 -工作層面

電路板電路板

電路板包括許多類型的工作層面,如信號層、防護層、絲印層、內部層等,各種層面的作用簡要介紹如下:

(1)信號層:主要用來放置元器件或布線。Protel DXP通常包含30個中間層,即Mid Layer1~Mid Layer30,中間層用來布置信號線,頂層和底層用來放置元器件或敷銅。

(2)防護層:主要用來確保電路板上不需要鍍錫的地方不被鍍錫,從而保證電路板運行的可靠性。其中Top Paste和Bottom Paste分別為頂層阻焊層和底層阻焊層;Top Solder和Bottom Solder分別為錫膏防護層和底層錫膏防護層。

(3)絲印層:主要用來在電路板上印上元器件的流水號、生產編號、公司名稱等。

(4)內部層:主要用來作為信號布線層,Protel DXP中共包含16個內部層。

(5)其他層:主要包括4種類型的層。 
Drill Guide(鑽孔方位層):主要用於印刷電路板上鑽孔的位置。
Keep-Out Layer(禁止布線層):主要用於繪製電路板的電氣邊框。
Drill Drawing(鑽孔繪圖層):主要用於設定鑽孔形狀。 
Multi-Layer(多層):主要用於設置多面層。

4 電路板 -設計過程

電路板電路板

1、電路板的基本設計過程可分為以下四個步驟:
(1)電路原理圖的設計
電路原理圖的設計主要是利用Protel DXP的原理圖編輯器來繪製原理圖。
(2)生成網路報表
網路報表就是顯示電路原理與中各個元器件的鏈接關係的報表,它是連接電路原理圖設計與電路板設計(PCB設計)的橋樑與紐帶,通過電路原理圖的網路報表,可以迅速地找到元器件之間的聯繫,從而為後面的PCB設計提供方便。
(3) 印刷電路板的設計
印刷電路板的設計即我們通常所說的PCB設計,它是電路原理圖轉化成的最終形式,這部分的相關設計較電路原理圖的設計有較大的難度,我們可以藉助Protel DXP的強大設計功能完成這一部分的設計。
(4) 生成印刷電路板報表
印刷電路板設計完成後,還需生成各種報表,如生成引腳報表、電路板信息報表、網路狀態報表等,最後列印出印刷電路圖。

2、電路原理圖的設計是整個電路設計的基礎,它的設計的好壞直接決定後面PCB設計的效果。一般來說,電路原理圖的設計過程可分為以下七個步驟:
(1) 啟動Protel DXP原理圖編輯器
(2) 設置電路原理圖的大小與版面
(3) 從元件庫取出所需元件放置在工作平面
(4) 根據設計需要連接元器件
(5) 對布線后的元器件進行調整
(6) 保存已繪好的原理圖文檔
(7) 列印輸出圖紙

3、圖紙大小、方向和顏色主要在「Documents Options」對話框中實現,執行Design→Options命令,即可打開「Documents Options」對話框,在Standard styles區域可以設置圖紙尺寸,單擊 按鈕,在下拉列表框中可以選擇A4~ OrCADE的紙型。圖紙方向的設置通過「Documents Options」對話框中Options部分的Orientation選項設置,單擊 按鈕,選中Landscape,設置水平圖紙;選中Portrait,設置豎直圖紙。圖紙顏色的設置在圖紙設置對話框中的Options部分實現,單擊Border Color色塊,可以設置圖紙邊框顏色,單擊Sheet Color色塊,可以設置圖紙底色。

4、執行Design→Options→Change System Font命令,彈出「Font」對話框,通過該對話框用戶可以設置系統字體,可以設置系統字體的顏色、大小和所用的字體。

5、設置網格與游標主要在「Preferences」對話框中實現,執行Tools→Preferences命令即可打開「Preferences」對話框。
設置網格:在打開的「Preferences」對話框選擇Graphical Editing選項卡,在其中的Cursor Grid Options部分的Visible Grids(顯示網格)欄,選Line Grid選項為設定線狀網格,選Dot Grid選項則為點狀網格(無網格)。
設置游標:選擇Graphical Editing選項卡中的Cursor Grid Options的Cursor Type(游標類型)選項,該選項下有三種游標類型:Large Cursor90、Small Cursor90和Small Cursor45,用戶可以選擇任意一種游標類型。

5 電路板 -電路板板製版技術


  pcb制板技術,包含計算機輔助製造處理技術,即CAD/CAM,還有光繪技術。下面介紹一下計算機輔助製造處理技術
  計算機輔助製造(CAM)是根據所定工藝進行各種工藝處理。前面所講的各項工藝要求,都要在光繪之前做出必要的準備工作。比如鏡像、阻焊擴大、工藝線、工藝框、線寬調整、中心孔、外形線等問題都要在
  CAM這道工序來完成。特別需要注意,用戶文件中間距過小地方,必須做出相應的處理。因為每個廠的工藝流程和技術水平各不相同,要達到用戶的最終要求,必須在製作工藝中做出必要的調整,以滿足用戶有
  關精度等各方面的要求。因此CAM處理是現代印製電路製造中必不可少的工序。
  一.CAM所完成的工作
  1.焊盤大小的修正,合拼D碼。
  2.線條寬度的修正,合拼D碼。
  3.最小間距的檢查,焊盤與焊盤之間、焊盤與線之間、線條與線條之間。
  4.孔徑大小的檢查,合拼。
  5.最小線寬的檢查。
  6.確定阻焊擴大參數。
  7.進行鏡像。
  8.添加各種工藝線,工藝框。
  9.為修正側蝕而進行線寬校正。
  10.形成中心孔。
  11.添加外形角線。
  12.加定位孔。
  13.拼版,旋轉,鏡像。
  14.拼片。
  15.圖形的疊加處理,切角切線處理。
  16.添加用戶商標。
  二.CAM工序的組織
  由於現在市面上流行的CAD軟體多達幾十種,因此對於CAD工序的管理必須首先從組織上著手,好的組織將達到事半功倍的效果。
  由於Gerber數據格式已成為光繪行業的標準,所以在整個光繪工藝處理中都應以Gerber數據為處理對象。如果以CAD數據作為對象會帶來以下問題。
  1. CAD軟體種類太多,如果各種工藝要求都要在CAD軟體中完成,就要求每個操作員都要熟練掌握每一種CAD軟體的操作。這將要求一個很長的培訓期,才能使操作員成為熟練工,才能達到實際生產要求。
  這從時間和經濟角度都是不合算的。
  2. 由於工藝要求繁多,有些要求對於某些CAD軟體來講是無法實現的。因為CAD軟體是做設計用的,沒有考慮到工藝處理中的特殊要求,因而無法達到全部的要求。而CAM軟體是專門用於進行工藝處理的,
  做這些工作是最拿手的。
  3. CAM軟體功能強大,但全部是對Getber文件進行操作,而無法對CAD文件操作。
  4. 如果用CAD進行工藝處理,則要求每個操作員都要配備所有的CAD軟體,並對每一種CAD軟體又有不同的工藝要求。這將對管理造成不必要的混亂。
  綜上所述,CAM組織應該是以下結構(尤其是大中型的企業)。
  (1) 所有的工藝處理統一以Gerber數據為處理對象。
  (2) 每個操作員須掌握CAD數據轉換為Gerber數據的技巧。
  (3) 每個操作員須掌握一種或數種CAM軟體的操作方法。
  (4) 對Gerber數據文件制定統一的工藝規範。
  CAM工序可以相對集中由幾個操作員進行處理,以便管理。合理的組織機構將大大提高管理效率、生產效率,並有效地降低差錯率,從而達到提高產品質量的效果。

6 電路板 -測試方法

電路板電路板
針床測試法

這種方法由帶有彈簧的探針連接到電路板上的每一個檢測點。彈簧使每個探針具有100 - 200g 的壓力,以保證每個檢測點接觸良好,這樣的探針排列在一起被稱為"針床"。在檢測軟體的控制下,可以對檢測點和檢測信號進行編程,圖14-3 是一種典型的針床測試儀結構,檢測者可以獲知所有測試點的信息。實際上只有那些需要測試的測試點的探針是安裝了的。儘管使用針床測試法可能同時在電路板的兩面進行檢測,當設計電路板時,還是應該使所有的檢測點在電路板的焊接面。針床測試儀設備昂貴,且很難維修。針頭依據其具體應用選不同排列的探針。   

一種基本的通用柵格處理器由一個鑽孔的板子構成,其上插針的中心間距為100 、75 或50mil。插針起探針的作用,並利用電路板上的電連接器或節點進行直接的機械連接。如果電路板上的焊盤與測試柵格相配,那麼按照規範打孔的聚醋薄膜就會被放置在柵格和電路板之間,以便於設計特定的探測。連續性檢測是通過訪問網格的末端點(已被定義為焊盤的x-y 坐標)實現的。既然電路板上的每一個網路都進行連續性檢測。這樣,一個獨立的檢測就完成了。然而,探針的接近程度限制了針床測試法的效能。

雙探針飛針測試法

飛針測試儀不依賴於安裝在夾具或支架上的插腳圖案。基於這種系統,兩個或更多的探針安裝在x-y 平面上可自由移動的微小磁頭上,測試點由cadi  Gerber 數據直接控制。雙探針能在彼此相距4mil 的範圍內移動。探針能夠獨立地移動,並且沒有真正的限定它們彼此靠近的程度。帶有兩個可來回移動的臂狀物的測試儀是以電容的測量為基礎的。將電路板緊壓著放在一塊金屬板上的絕緣層上,作為電容器的另一個金屬板。假如在線路之間有一條短路,電容將比在一個確定的點上大。如果有-條斷路,電容將變小。   

測試速度是選擇測試儀的一個重要標準。針床測試儀能夠一次精確地測試數千個測試點,而飛針測試儀一次僅僅能測試兩個或四個測試點。另外,針床測試儀進行單面測試時,可能僅僅花費20 - 305 ,這要根據板子的複雜性而定,而飛針測試儀則需要Ih 或更多的時間完成同樣的評估。Shipley (1991) 解釋說,即使高產量印製電路板的生產商認為移動的飛針測試技術慢,但是這種方法對於較低產量的複雜電路板的生產商來說還是不錯的選擇。

對於裸板測試來說,有專用的測試儀器( Lea , 1990) 。一種成本更為優化的方法是使用一個通用的儀器,儘管這類儀器最初比專用的儀器更昂貴,但它最初的高費用將被個別配置成本的減少抵消。對於通用的柵格,帶引腳元器件的板子和表面貼裝設備的標準柵格是2.5mm 。此時測試焊盤應該大於或等於1.3mm 。對於Imm 的柵格,測試焊盤設計得要大於0.7mm 。假如柵格較小,則測試針小而脆,並且容易損壞。因此,最好選用大於2.5mm 的柵格。Crum (1994b) 闡明,將通用測試儀(標準的柵格測試儀)和飛針測試儀聯合使用,可使高密度電路板的檢測即精確又經濟。他建議的另外一種方法是使用導電橡膠測試儀,這種技術可以用來檢測偏離柵格的點。然而,採用熱風整平處理的焊盤高度不同,將有礙測試點的連接。   

通常進行以下三個層次的檢測:  

1 )裸板檢測;  

2) 在線檢測;  

3 )功能檢測。   

採用通用類型的測試儀,可以對一類風格和類型的電路板進行檢測,也可以用於特殊應用的檢測。

 

7 電路板 -維修知識

電路板電路板

電路板維修是一門新興的修理行業。近年來工業設備的自動化程度越來越高,所以各個行業的工控板的數量也越來越多,工控板損壞后,更換電路板所需的高額費用(少則幾千元,多則上萬或幾十萬元)也成為各企業非常頭痛的一件事。其實,這些損壞的電路板絕大多數在國內是可以維修的,而且費用只是購買一塊新板的20%-30%,所用時間也比國外定板的時間短的多。下面介紹下電路板維修基礎知識。

幾乎所有的電路板維修都沒有圖紙材料,因此很多人對電路板維修持懷疑態度,雖然各種電路板千差萬別,但是不變的是每種電路板都是由各種集成塊、電阻、電容及其它器件構成的,所以電路板損壞一定是其中某個或某些個器件損壞造成的,電路板維修的思想就是基於上述因素建立起來的。電路板維修分為檢測跟維修兩個部分,其中檢測佔據了很重要的位置。對電路板上的每一個器件進行修基礎知識的驗測,直到將壞件找到更換掉,那麼一塊電路板就修好了。

電路板檢測就是對電路板上的每一個電子元件故障的查找、確定和糾正的過程。其實整個檢測過程是思維過程和提供邏輯推理線索的測試過程,所以,檢測工程師必需要在電路板的維護、測試、檢修過程中,逐漸地積累經驗,不斷地提高水平。一般的電子設備都是由成千上萬的元器件組成的,在維護、檢修時,若靠直接一一測試檢查電路板中的每一個元器件來發現問題的話將十分費時,實施起來也非常困難。那麼從故障現象到故障原因的對號入座式的檢修方式,是一種重要的檢修方法。電路板只要檢測出了問題的所在,那麼維修就很容易了。以上即為電路板維修基礎知識介紹。

8 電路板 -電路板發展史

電路板是當代電子元件業中最活躍的產業,其行業增長速度一般都高於電子元件產業3個百分點左右。   
印製電路板 鋁基電路板   
印製線路板是當代電子元件業中最活躍的產業,其行業增長速度一般都高於電子元件產業3個百分點左右。預計2006年仍將保持較快增長,需求升級與產業轉移是推動行業發展的基本動力,而HDI板、柔性板、IC封裝板(BGA、CSP)等品種將成為主要增長點。   
2003年中國印製電路板產值為500.69億元,同比增長333%,產值首次超過位居全球第二位的美國。2004年及2005年,中國PCB產值仍然保持了30%以上的增長率,估計2005年達到869億元,遠遠高於全球行業的增長速度。   
柔性電路板   
柔性電路板在以智能手機為代表的電子設備迅速向小型化方向發展,因而被廣泛應用於眾多電子設備細分市場中,一方面,產品趨向小型化;另一方面可靠性。預計至2016年,全球柔性電路板產值將達到132億美元,年複合增長率為7.5%,調查成為電子行業中增長最快的子行業之一。   
從發展形式看,中國電路板產業持續高速增長,進出口也實現了高速增長,隨著產業增長正在逐步得到優化和改善。

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