pcb板的结构解说
好的,我们来详细解说一下 PCB(Printed Circuit Board,印制电路板) 的结构。它就像一个电子元器件的“骨架”和“神经系统”,提供机械支撑和电气连接。
PCB 的结构通常是 分层堆叠 的,就像多层夹心饼干一样。下面从核心到表面,详细解说其常见结构:
核心组成部分
-
基材 / 基板:
- 作用: 这是 PCB 的“骨架”和基础绝缘层。它提供机械支撑,固定元器件,并隔离不同层的导电铜箔。
- 材质: 最常用的是 FR-4(Flame Retardant 4),一种玻璃纤维增强环氧树脂复合材料。它具有较好的机械强度、绝缘性、耐热性和阻燃性。其他材料还包括:陶瓷(高频应用)、聚酰亚胺(柔性板)、铝基板(散热需求高)等。
- 厚度: 是决定 PCB 整体厚度的重要因素,常见厚度有 0.4mm, 0.6mm, 0.8mm, 1.0mm, 1.2mm, 1.6mm, 2.0mm 等。
-
铜箔:
- 作用: 形成导电路径(导线/Trace,平面/Plane),负责信号的传输和电源/地的分配。它是 PCB 的“神经系统”。
- 位置: 覆盖在基材(核心板)的两面(对于双面板或多层板的外层),以及夹在多层板的内层之间。
- 厚度: 通常以 盎司/平方英尺 (oz/ft²) 表示,常见的有 0.5 oz (约 17.5 μm),1 oz (约 35 μm),2 oz (约 70 μm)。越厚的铜箔承载电流能力越强。
-
半固化片:
- 作用: 这是多层 PCB 的关键材料!它是未完全固化的树脂粘合片(通常是环氧树脂预浸渍玻璃纤维布)。在多层板压合过程中,半固化片受热受压融化流动,填充空隙,并将各层(铜箔层和内层核心板)牢固地粘合在一起,最终固化成为坚固的整体绝缘层。
- 位置: 夹在内层芯板之间、以及芯板与外层铜箔之间。多层板的结构通常是:外层铜箔 + 半固化片 + 内层芯板 + 半固化片 + 外层铜箔 (可以有多个内层和半固化片)。
表面处理与保护层
-
阻焊层:
- 作用: 也叫 绿油(虽然不一定是绿色)。这是覆盖在铜箔线路(除了需要焊接或接触的点)上的保护漆膜。
- 功能:
- 防止短路: 阻止焊接时焊锡意外搭接到不该连接的导线上。
- 防止氧化: 保护铜线路免受环境(如湿气、氧气)腐蚀。
- 绝缘: 提供额外的电气绝缘。
- 美观: 常见的颜色有绿色、蓝色、红色、黑色、白色、黄色等。
- 工艺: 通常是液态感光油墨(LPI),通过曝光显影工艺精确地留在需要的区域。
-
丝印层 / 字符层:
- 作用: 在阻焊层上印刷的文字、符号、图形(如元器件位号 R1, C2, U3;极性标记;公司 Logo;版本号;测试点标识等)。
- 功能: 主要为组装、测试、维修提供视觉参考和指示。通常是白色或其他与阻焊层对比度高的颜色。
- 工艺: 通常使用丝网印刷或喷墨打印。
电气连接点
-
焊盘:
- 作用: 裸露在阻焊层之外的金属铜区域(有时会进行表面处理),用于焊接元器件引脚或端子。焊盘是元器件与PCB导电路径物理连接和电气连接的关键点。
- 形状: 根据元器件封装不同,有圆形、矩形、椭圆形、异形(如芯片的“城堡形”焊盘)等。
- 表面处理: 为防止焊盘氧化并保证可焊性,会对裸露焊盘进行表面处理(见下一点)。
-
过孔:
- 作用: 在PCB上钻孔并在孔壁镀铜,用于实现不同导电层(包括顶层、底层、内层)之间的电气连接。
- 类型:
- 通孔: 贯穿PCB所有层的孔。最常见,成本最低。
- 盲孔: 从表层延伸到某一内层,但不穿透另一表层。
- 埋孔: 连接两个或多个内层,但不延伸到任何表层。盲孔和埋孔主要用于高密度多层板(HDI PCB),以节省布线空间。
- 填充/塞孔: 为防止焊锡流走或满足特定电气/散热要求,有时会用树脂(塞孔油墨)或导电材料(电镀填平)填充过孔。
-
表面处理:
- 作用: 在暴露的铜焊盘和过孔上施加一层保护/可焊层,防止铜氧化(氧化铜导电性差且难焊接),并保证良好的可焊性。
- 常见类型:
- 喷锡: 热风整平,成本低,可焊性好,焊盘不平整。
- 沉金: 镍金层(镍打底,金最外层),焊盘平整(适合贴片),抗氧化性好,接触电阻稳定(适合金手指、按键触点),成本较高。
- 沉银: 银白色,可焊性好,平整度高,易硫化发黄(需适当储存)。
- 沉锡: 锡白色,平整度高,可焊性好,成本适中,怕刮擦。
- OSP: 有机保焊剂,透明薄膜,成本最低,可焊性佳但保护时间有限(通常几个月),不能用于多次焊接或按键触点。
- 电镀硬金: 金层较厚且硬,用于高耐磨触点(如金手指)。
结构图解(典型四层板剖面示意图)
┌──────────────────────────────────────────────┐
│ 顶层丝印 (白色字符) │
├──────────────────────────────────────────────┤
│ 顶部阻焊层 (例如绿色) - 覆盖不需要焊接的铜箔 │
├──────────────────────────────────────────────┤
│ 顶层铜箔 (导线/焊盘) │
├──────────────────────────────────────────────┤
│ 半固化片 (PP) │
├──────────────────────────────────────────────┤
│ 内层1铜箔 (通常是地层或电源层) │
├──────────────────────────────────────────────┤
│ 芯板1 (FR-4基材) │
├──────────────────────────────────────────────┤
│ 内层2铜箔 (通常是信号层或电源层) │
├──────────────────────────────────────────────┤
│ 半固化片 (PP) │
├──────────────────────────────────────────────┤
│ 底层铜箔 (导线/焊盘) │
├──────────────────────────────────────────────┤
│ 底部阻焊层 (例如绿色) - 覆盖不需要焊接的铜箔 │
├──────────────────────────────────────────────┤
│ 底层丝印 (白色字符) │
└──────────────────────────────────────────────┘
↑
贯穿孔 Vias
总结关键点
- 分层结构: PCB的核心是 基材 (如FR-4)。
- 导电层: 铜箔 附着在基材上形成电路。
- 层间粘合: 半固化片 在压合时将多层粘合固化。
- 电气互联: 过孔 实现不同层间的电气连接。
- 焊接点: 焊盘 是元器件焊接的位置。
- 保护层: 阻焊层 覆盖并保护非焊接区域的铜线。
- 标识层: 丝印层 提供组装和维修信息。
- 防氧化/可焊: 表面处理 保护焊盘并保证焊接质量。
PCB的具体结构(层数、铜厚、材料、表面处理、过孔类型等)会根据其复杂性、成本、性能要求(信号完整性、电源完整性、散热)而定制。简单的单面板只有一层铜箔,而复杂的服务器主板、显卡可能有十几层甚至更多。
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