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什么是印刷电路板(PCB)| 所有你必须知道的

Date:2021/3/19 9:57:48 Hits:




“ PCB,也称为印刷电路板,由不同的非导电材料制成,用于物理支撑和连接表面安装的插座组件。 但是,PCB板的功能是什么? 阅读以下内容以获得更多有用的信息! ---- FMUSER”


您是否正在寻找以下问题的答案:

印刷电路板有什么作用?
印刷电路叫什么?
印刷电路板是由什么制成的?
一块印刷电路板多少钱?
印刷电路板有毒吗?
为什么称其为印刷电路板?
你能扔掉电路板吗?
电路板的零件是什么?
更换电路板需要多少费用?
您如何识别电路板?
电路板如何工作?

或者,也许您不确定是否知道这些问题的答案,但是请不要担心,因为 an 电子和射频工程专家, FMUSER 将介绍您需要了解的有关PCB板的所有信息。


分享是关怀!


内容

1) 什么是印刷电路板?
2) 为什么称其为印刷电路板?
3) 不同类型的PCB(印刷电路板) 
4) 2021年印刷电路板行业
5) 印刷电路板是由什么制成的?
6) 最受欢迎的PCB设计制造材料
7) 印刷电路板组件及其工作方式
8) 印刷电路板功能-为什么需要PCB?
9) PCB组装原理:通孔与表面安装


什么是印刷电路板?

基本信息 PCB板

昵称: PCB是 被称为印刷线路板(电路板)或蚀刻过的接线板(EWB),您也可以将PCB板称为 电路板, PC板PCB 


定义: 一般来说,印刷电路板是指 薄板或平坦的绝缘片 由不同片状的非导电材料制成,例如 玻璃纤维,复合环氧树脂或其他层压材料,这是用于物理 支持并连接 明装插座式元件 例如大多数电子产品中的晶体管,电阻器和集成电路。 如果您将PCB板视为托盘,那么“托盘”上的“食物”将是电子电路以及与其相连的其他组件。PCB与许多专业术语有关,您可能会从中发现更多关于PCB术语的信息。页!


也可以参考: PCB术语表(适合初学者)| PCB设计


装有电子元件的PCB称为 印刷电路板(PCA), 印刷电路板装配 or PCB组装(PCBA),印刷线路板(PWB)或“印刷线路卡”(PWC),但PCB印刷电路板(PCB)仍然是最常用的名称。


计算机中的主板称为“系统板”或“主板”,


*什么是印刷电路板?


根据维基百科,印刷电路板是指:
“印刷电路板使用导电轨,焊盘和从层压在非导电基板的片层上和/或之间的一个或多个铜片层蚀刻而成的其他特征,机械支撑并电气连接电气或电子组件。”

大多数PCB都是扁平且刚性的,但是柔性基板可以使电路板适合在复杂的空间中使用。


有趣的是,尽管大多数常见的电路板是由塑料或玻璃纤维和树脂复合材料制成并使用铜迹线,但可以使用多种其他材料。 


注意:PCB也可能代表“过程控制块“,”是系统内核中的一种数据结构,用于存储有关进程的信息。为了使进程能够运行,操作系统必须首先在PCB中注册有关该进程的信息。




*一个非常基本的自制PCB板的示例


另请参阅: PCB制造工艺| 制作PCB板的16个步骤


PCB板的结构

印刷电路板由不同的层和材料组成,它们共同执行不同的动作,以使现代电路更加复杂。 在本文中,我们将详细讨论印刷电路板的所有不同组成材料和项目。

诸如图像中的示例的印刷电路板仅具有一个导电层。 单层PCB的限制非常严格。 电路实现将无法有效利用可用区域,设计人员可能难以创建必要的互连。

* PCB板的组成


支撑印刷电路板上的所有组件和设备的印刷电路板的基材通常是玻璃纤维。 如果考虑到PCB制造的数据,则最流行的玻璃纤维材料是FR4。 FR4实心铁芯为印刷电路板提供了强度,支撑,刚性和厚度。 由于存在不同类型的印刷电路板,例如普通PCB,柔性PCB等,因此它们是使用柔性高温塑料制成的。


结合额外的导电层可使PCB更加紧凑且更易于设计。 两层板是对单层板的一项重大改进,大多数应用至少受益于四层。 四层板由顶层,底层和两个内部层组成。 (“顶部”和“底部”可能看起来不像是典型的科学术语,但它们仍然是PCB设计和制造领域的正式名称。)


也可以参考: PCB设计| PCB制造工艺流程图,PPT和PDF


为什么称其为印刷电路板?


有史以来第一块PCB板

印刷电路板的发明归功于奥地利的发明家Paul Eisler。 保罗·埃斯勒(Paul Eisler)于1936年在收音机上工作时首次开发了印刷电路板,但是直到1950年代以后,电路板才开始大量使用。 从那时起,PCB的普及开始迅速增长。

印刷电路板是从1850年代开发的电连接系统演变而来的,尽管导致电路板发明的发展可以追溯到1890年代。 金属带或棒最初用于连接安装在木制底座上的大型电气组件。 



*二手金属条 在组件连接中


随着时间的流逝,金属条被连接到螺丝端子的电线所取代,而木制底座被金属底盘所取代。 但是,由于使用电路板的产品的操作需求不断增加,因此需要更小巧,更紧凑的设计。

1925年,美国的查尔斯·杜卡斯(Charles Ducas)提交了一项专利申请,该专利申请了一种通过在模板上用导电油墨进行印刷来在绝缘表面上直接创建电气路径的方法。 此方法的名称为“印刷线路”或“印刷电路”。



*印刷电路板专利和查尔斯·杜卡斯(Charles Ducas)的第一台收音机使用印刷电路板和天线线圈。 


但是,印刷电路板的发明归功于奥地利发明家保罗·埃斯勒(Paul Eisler)。 保罗·埃斯勒(Paul Eisler)于1936年在收音机上工作时首次开发了印刷电路板,但是直到1950年代以后,电路板才开始大量使用。 从那时起,PCB的普及开始迅速增长。


发展历程 多氯联苯


●1925年: 美国发明家查尔斯·杜卡斯(Charles Ducas)在将导电材料模压到平坦的木板上时,为第一个电路板设计申请了专利。
●1936年: 保罗·埃斯勒(Paul Eisler)开发了第一套用于收音机的印刷电路板。
●1943年: Eisler申请了一种更高级的PCB设计专利,该设计涉及将电路蚀刻到玻璃增强的非导电基板上的铜箔上。
●1944年: 美国和英国共同开发用于第二次世界大战期间的地雷,炸弹和炮弹的近程熔断器。
●1948年: 美国陆军向公众发布了PCB技术,从而促进了广泛的发展。
●1950年代: 晶体管被引入电子市场,从而减小了电子的整体尺寸,并使其更易于集成PCB并显着提高了电子的可靠性。
●1950年代至1960年代: PCB演变成双面板,一侧带有电气组件,另一侧带有标识打印。 锌板已被整合到PCB设计中,并且采用了耐腐蚀的材料和涂层来防止降解。
●1960年代:  集成电路(IC或硅芯片)被引入电子设计中,在单个芯片上放置了成千上万个组件,从而显着提高了集成这些设备的电子设备的功率,速度和可靠性。 为了适应新的IC,PCB中的导体数量必须急剧增加,从而导致平均PCB内的层数更多。 同时,由于IC芯片非常小,PCB开始变得越来越小,可靠地进行焊接变得更加困难。
●1970年代: 印刷电路板与对环境有害的化学多氯联苯不正确地相关联,该化学品在当时也被缩写为PCB。 这种混乱导致公众混乱和社区健康问题。 为了减少混乱,直到1990年代化学PCB逐步淘汰之前,印刷电路板(PCB)都被重命名为印刷电路板(PWB)。
●1970年代-1980年代: 开发了薄聚合物材料的阻焊剂,以方便将焊料施加到铜电路上,而不会桥接相邻电路,从而进一步提高了电路密度。 后来开发了一种可光成像的聚合物涂层,该涂层可直接应用于电路,干燥并随后通过曝光进行修饰,从而进一步提高了电路密度。 这成为PCB的标准制造方法。
●1980年代:  开发了一种新的组装技术,称为表面贴装技术-简称SMT。 以前,所有PCB组件的导线都焊接到PCB的孔中。 这些孔占用了额外的电路布线所需的宝贵空间。 开发了SMT组件,并迅速成为制造标准,它们无需孔就可以直接焊接到PCB的小焊盘上。 SMT组件迅速成为行业标准,并努力更换通孔组件,从而再次提高了功能功率,性能,可靠性并降低了电子制造成本。
●1990年代: 随着计算机辅助设计和制造(CAD / CAM)软件变得越来越重要,PCB的尺寸继续减小。 计算机化设计使PCB设计中的许多步骤实现自动化,并通过更小,更轻的组件促进日益复杂的设计。 组件供应商同时工作,以改善其设备的性能,降低其功耗,提高其可靠性,同时降低成本。 较小的连接允许快速增加PCB的小型化。
●2000年代: PCB已经变得更小,更轻,层数更多,更复杂。 多层且灵活的电路PCB设计允许电子设备中具有更多的操作功能,并且PCB越来越小且成本越来越低。


也可以参考: 如何回收废印刷电路板? | 你应该知道的事情


不同 PCB类型 (P印制电路板) 

PCB通常根据频率,层数和所用基板进行分类。 下面讨论了一些杨树类型:


单面PCB /单层PCB
双面印刷电路板/双层印刷电路板
多层PCB
柔性印刷电路板
硬质PCB
刚柔板
高频PCB
铝背板

1.单面印刷电路板/单层印刷电路板
单面PCB是电路板的基本类型,仅包含一层基板或基础材料。 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。 这些PCB还包含一个保护性阻焊层,该阻焊层与丝网印刷层一起施加在铜层的顶部。 



*单层PCB图


单面PCB提供的一些优势是:
●单面印刷电路板用于批量生产且成本低。
●这些PCB用于功率传感器,继电器,传感器和电子玩具等简单电路。

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,打印机和电源。


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2.双面印刷电路板/双层印刷电路板
双面PCB的两面都具有金属导电层。 电路板上的孔允许金属部件从一侧连接到另一侧。 这些PCB通过通孔技术和表面安装技术这两种安装方案中的任何一种来连接任一侧的电路。 通孔技术涉及将引线组件插入电路板上的预钻孔中,然后将其焊接到相对侧的焊盘上。 表面安装技术涉及将电气组件直接放置在电路板表面上的技术。 



*双层PCB图


双面PCB提供的优势是:
●与通孔安装相比,表面安装可以将更多的电路连接到板上。
●这些PCB在移动电话系统,电源监控,测试设备,放大器和许多其他应用中得到了广泛的应用。

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,通常以比通孔板更高的速度和更轻的重量来完成。

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。


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3.多层PCB
多层PCB具有印刷电路板,其中包括两个以上的铜层,例如4L,6L,8L等。这些PCB扩展了双面PCB中使用的技术。 基板的各个层和绝缘材料将多层PCB中的各层分隔开。 PCB尺寸紧凑,并具有重量和空间上的优势。 



*多层PCB图


多层PCB提供的一些优势是:
●多层PCB提供了高度的设计灵活性。
●这些PCB在高速电路中起着重要作用。 它们为导体图案和电源提供了更多空间。


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4.柔性PCB
柔性PCB在柔性基材上构建。 这些PCB具有单面,双面和多层格式。 这有助于降低设备组件内的复杂性。 与使用不移动的材料(例如玻璃纤维)的刚性PCB不同,柔性印刷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PCB的制造成本更高。

*柔性PCB图


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。

这些PCB提供的一些优势是:
● 柔性PCB有助于减小电路板尺寸,这使其成为需要高信号走线密度的各种应用的理想选择。
● 这些PCB设计用于工作条件,其中主要考虑温度和密度。

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。


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5.硬质PCB
硬质PCB是指其基材由固体材料制成且不能弯曲的那些类型的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。

*硬质PCB可以是任何一种,从简单的单层PCB一直到八层或十层的多层PCB。


硬质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都具有单层,双层或多层结构,因此它们共享相同的应用程序。

● 这些PCB紧凑,可确保在它们周围创建各种复杂的电路。

● 硬质PCB易于维修和保养,因为所有组件均已清楚标记。 而且,信号路径组织良好。


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6.刚性-柔性印刷电路板
刚挠式PCB是刚性和柔性电路板的组合。 它们包括连接到一个以上刚性板上的多层柔性电路。

*刚挠性PCB示意图


这些PCB提供的一些优势是:
● 这些PCB是精密构建的。 因此,它被用于各种医疗和军事应用。
● 这些PCB重量轻,可节省60%的重量和空间。

刚挠性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。


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7.高频PCB
高频PCB在500MHz – 2GHz的频率范围内使用。 这些PCB被用于各种关键频率的应用中,例如通信系统,微波PCB,微带PCB等。

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)树脂和特氟隆。 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。

*高频PCB是用于在XNUMX吉赫兹范围内传输信号的电路板


选择高频PCB板及其相应类型的PCB连接器时,需要考虑许多方面,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-高频PCB旨在解决这一问题防止。

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。

FMUSER是制造高频PCB的专家,我们不仅提供廉价的PCB,而且还为您的PCB设计提供在线支持, 立即联系 获取更多信息!

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8.铝背板
由于铝结构有助于散热,因此这些PCB用于大功率应用。 铝背PCB已知具有高水平的刚性和低水平的热膨胀性,这使其成为具有高机械公差的应用的理想选择。 

*铝PCB图


这些PCB提供的一些优势是:

▲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,用铝制造印刷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LED和电源。 铝基PCB也可用于要求高度机械稳定性的应用中,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(例如铜箔和绝缘材料)剥落的可能性较小,从而进一步延长了产品的使用寿命。


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2021年印刷电路板行业

可以根据产品类型将全球PCB市场细分为柔性(柔性FPCB和刚性-柔性PCB),IC基板,高密度互连(HDI)等。 根据PCB层压板的类型,市场可以分为PR4,高Tg环氧树脂和聚酰亚胺。 可以根据应用将市场划分为消费电子,汽车,医疗,工业以及军事/航空航天等领域。

在历史时期内,PCB市场的增长受到各种因素的支持,例如蓬勃发展的消费电子市场,医疗保健设备行业的增长,对双面PCB的需求增加,汽车对高科技功能的需求激增,以及可支配收入的增加。 市场还面临一些挑战,例如严格的供应链控制和对COTS组件的偏好。

预计印刷电路板市场在预测期内(1.53-2021)的复合年增长率为2026%,58.91年的市场价值为2020亿美元,到75.72年2026年的市场价值预计为2021亿美元2026年。 最近几年,该市场经历了快速增长,这主要是由于消费电子设备的不断发展以及所有电子和电气设备中对PCB的需求不断增加。

联网汽车中多氯联苯的采用也加速了多氯联苯市场。 这些是完全配备了有线和无线技术的车辆,这使车辆可以轻松连接到智能手机等计算设备。 借助这种技术,驾驶员可以解锁车辆,远程启动气候控制系统,检查其电动汽车的电池状态以及使用智能手机跟踪其汽车。

5G技术的普及,3D打印PCB,可生物降解PCB等其他创新以及可穿戴技术和并购(M&A)活动中PCB的使用激增,是市场上现有的一些最新趋势。

此外,对智能手机,智能手表和其他设备等电子设备的需求也促进了市场的增长。 例如,根据美国消费者技术协会(CTA)进行的美国消费者技术销售和预测研究,智能手机产生的收入在79.1年和77.5年分别价值2018亿美元和2019亿美元。

3D打印已被证明是最近一项重大的PCB创新所不可或缺的。 预计3D打印电子产品或3D PE将在未来改变电气系统的设计方式。 这些系统通过逐层打印基板项目,然后在其顶部添加包含电子功能的液体墨水来创建3D电路。 然后可以添加表面贴装技术来创建最终系统。 3D PE可以为电路制造公司及其客户提供巨大的技术和制造优势,尤其是与传统的2D PCB相比。

随着COVID-19的爆发,印刷电路板的生产受到了亚太地区(尤其是中国)在一月和二月期间的限制和延迟的影响。 公司的生产能力尚未发生重大变化,但中国的需求疲软带来了一些供应链问题。 半导体行业协会(SIA)在19月份的报告中指出,与COVID-2有关的在中国境外的潜在长期业务影响。 需求减少的影响可能反映在公司20季度的收入中。

PCB市场的增长与智能手机,4G / 5G和数据中心等全球经济和结构技术紧密相关。 由于Covid-2020的影响,预计19年市场将下滑。 流行病使消费类电子产品,智能手机和汽车的生产受到阻碍,从而抑制了对PCB的需求。 由于制造业活动的恢复,市场将呈现逐渐复苏的态势,从而给全球经济带来触发信号。



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印刷电路板是由什么制成的?


PCB通常由通过加热,加压和其他方法粘合在一起的四层材料制成。 PCB的四层由基板,铜,阻焊膜和丝网印刷而成。

每个电路板都会有所不同,但是它们将大部分共享某些元素,以下是制造印刷电路板时使用的一些最常见的材料:

标准印刷电路板的六个基本组件是:

●芯层–包含玻璃纤维增​​强环氧树脂
● 导电层–包含构成电路的走线和焊盘(通常使用铜,金,银)
● 阻焊层–薄聚合物墨水
● 丝印覆盖层–显示组件参考的特殊墨水
● 锡焊料–用于将组件连接到通孔或表面安装垫

预浸料
预浸料是在称为预浸料处理机的特殊机器上涂有树脂并干燥的薄玻璃织物。 玻璃是将树脂固定在适当位置的机械基板。 树脂(通常是FR4环氧树脂,聚酰亚胺,特氟隆等)开始以液体形式涂布在织物上。 当预浸料穿过处理机时,它进入烤箱部分并开始干燥。 离开处理机后,手会变干。

当预浸料坯暴露于更高的温度(通常高于300华氏度)时,树脂开始软化并熔化。 预浸料中的树脂一旦熔化,就会达到一个点(称为热固性),在此温度下,它会再次硬化,变得非常坚硬。 尽管有这种强度,但预浸料和层压板往往很轻。 预浸料片或玻璃纤维被用于制造许多东西,从船到高尔夫球杆,飞机和风力涡轮机叶片。 但这在PCB制造中也很关键。 预浸料薄板是我们用来将PCB粘合在一起的材料,它们也是用来构建PCB的第二个组件-层压板的材料。



* PCB堆叠-侧视图


层压
层压板(有时称为覆铜层压板)是通过在高温高压下用热固性树脂在布层上进行固化而制成的。 此过程形成了PCB必不可少的均匀厚度。 树脂硬化后,PCB层压板就像塑料复合材料一样,两面都有铜箔,如果您的电路板的层数很高,则层压板必须由玻璃纤维制成以确保尺寸稳定性。 

符合RoHS的PCB
符合RoHS的PCB是遵循欧盟有害物质限制的PCB。 禁令是在消费产品中使用铅和其他重金属。 电路板的每个部分都必须不含铅,汞,镉和其他重金属。

阻焊膜
阻焊剂是绿色的环氧涂层,覆盖电路板外层的电路。 内部电路埋在半固化片的各层中,因此不需要对其进行保护。 但是,如果不加以保护,外层将随着时间的流逝而氧化和腐蚀。 阻焊层可保护PCB外部的导体。

命名-丝印
命名法,有时也称为丝网印刷法,是您在PCB上阻焊膜涂层上看到的白色字母。 丝网印刷通常是板子的最后一层,这使PCB制造商可以在板子的重要区域上书写标签。 它是一种特殊的墨水,在组装过程中会显示组件位置的符号和组件引用。 术语是显示每个组件在板上的位置的字母,有时还提供组件的方向。 

阻焊层和命名法通常都是绿色和白色,尽管您可能会看到其他使用的颜色,例如红色,黄色,灰色和黑色,但它们是最受欢迎的颜色。

阻焊剂可保护PCB外层上的所有电路,我们不打算在这些外层上安装组件。 但是我们还需要保护裸露的铜孔和焊盘,以便在这些焊盘上焊接和安装组件。 为了保护这些区域并提供良好的可焊表面质量,我们通常使用金属涂层,例如镍,金,锡/铅焊料,银和其他仅为PCB制造商设计的最终表面涂层。



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最受欢迎的PCB设计制造材料

PCB设计人员在考虑其设计的材料选择时会面临几种性能特征。 一些最流行的注意事项是:


介电常数 –关键的电气性能指标
阻燃性 –对UL认证至关重要(请参见上文)
更高的玻璃化转变温度(Tg) –承受更高温度的组装加工
减轻损失的因素 –在重视信号速度的高速应用中很重要
机械强度 包括PCB投入使用时可能需要的剪切,拉伸和其他机械属性
热性能 –高服务环境中的重要考虑因素
尺寸稳定性 –在制造,热循环或暴露于湿气的过程中,物料移动了多少,以及移动的持续性如何

以下是一些用于制造印刷电路板的最受欢迎的材料:

基材:FR4环氧层压板和预浸料-玻璃纤维
FR4是世界上最流行的PCB基板材料。 标记“ FR4”表示满足NEMA LI 1-1998标准定义的某些要求的一类材料。 FR4材料具有良好的热,电和机械特性,以及良好的强度重量比,使其成为大多数电子应用的理想选择。 FR4层压板和半固化片由玻璃布,环氧树脂制成,通常是成本最低的PCB材料。 它也可以由柔性材料制成,有时也可以拉伸。 

它尤其适用于层数较少的PCB –单面,双面到多层结构,通常少于14层。 此外,基础环氧树脂可以与可显着改善其热性能,电气性能和UL火焰寿命/额定值的添加剂共混-极大地提高了其在更高层数中使用的能力,从而建立了更高的热应力应用和更高的电气性能以较低的成本用于高速电路设计。 FR4层压板和预浸料具有多种用途,可适应广泛接受的制造技术,并具有可预测的成品率。

聚酰亚胺层压板和预浸料
聚酰亚胺层压板具有比FR4材料更高的温度性能,并且在电气性能方面略有改善。 聚酰亚胺材料的成本高于FR4,但在苛刻和高温环境下具有更高的生存能力。 它们在热循环过程中也更稳定,具有较少的膨胀特性,使其适用于较高层数的结构。

铁氟龙(PTFE)层压板和粘合层
铁氟龙层压板和粘合材料具有出色的电气性能,使其成为高速电路应用的理想选择。 铁氟龙材料比聚酰亚胺贵,但可以为设计人员提供所需的高速功能。 聚四氟乙烯材料可以涂覆在玻璃织物上,但也可以制成无支撑薄膜,或使用特殊的填料和添加剂来改善机械性能。 制造Teflon PCB通常需要具有独特技能的劳动力,专门的设备和工艺,并期望降低生产良率。

柔性层压板
柔性层压板很薄,可以折叠电子设计,而不会失去电气连续性。 它们没有用于支撑的玻璃纤维,但是以塑料薄膜为基础。 它们同等有效地折叠到设备中,以便一次性弯曲以安装应用程序,就像它们处于动态弯曲一样,在电路的使用寿命中,电路将连续折叠。 柔性层压板可以由高温材料(例如聚酰亚胺和LCP(液晶聚合物))或成本极低的材料(例如聚酯和PEN)制成。 由于挠性层压板非常薄,因此制造挠性电路还可能需要独特的技术力量,专门的设备和工艺,并期望降低生产良率。

其它

市场上还有许多其他层压板和粘合材料,包括BT,氰酸酯,陶瓷和将树脂结合在一起以获得独特的电气和/或机械性能特征的共混体系。 由于体积远低于FR4,并且制造难度更大,因此通常认为它们是PCB设计的昂贵替代品。


印刷电路板组装过程是一个复杂的过程,涉及与许多小组件的相互作用以及对每个零件的功能和放置的详细了解。 没有电路板的电路板将无法工作。 此外,根据要使用的设备或产品,使用不同的组件。 因此,深入了解印刷电路板组件中的不同组件非常重要。


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印刷电路板组件 以及它们如何工作
大多数印刷电路板中使用以下13种常见组件:

●电阻
● 晶体管
● 电容器
● 电感器
● 发光二极管
● 变形金刚
● 集成电路
● 晶体振荡器
● 电位器
● SCR(硅控整流器)
● 传感器
● 开关/继电器
● 电池

1.电阻器-能量控制 
电阻器是PCB中最常用的组件之一,可能是最容易理解的。 它们的功能是通过耗散电能作为热量来抵抗电流的流动。 如果没有电阻,其他组件可能无法承受电压,这可能会导致过载。 它们具有多种不同的类型,它们由多种不同的材料制成。 业余爱好者最熟悉的经典电阻器是“轴向”式电阻器,其两端均带有引线,并在车身上刻有彩色环。

2.晶体管-能量放大
由于其多功能性,晶体管对于印刷电路板组装过程至关重要。 它们是既可以导电又可以绝缘并且可以充当开关和放大器的半导体器件。 它们尺寸更小,使用寿命相对较长,并且可以在没有灯丝电流的情况下在较低电压的电源下安全地工作。 晶体管有两种类型:双极结型晶体管(BJT)和场效应晶体管(FET)。

3.电容器-储能
电容器是无源的两端电子元件。 它们像可充电电池一样工作–暂时保持电荷,并在电路中其他地方需要更多电源时释放电荷。 

您可以通过在由绝缘或介电材料隔开的两个导电层上收集相反的电荷来实现此目的。 

电容器通常根据导体或介电材料进行分类,从而产生了许多类型,其特性各不相同,从高电容电解电容器,各种聚合物电容器到更稳定的陶瓷圆盘电容器。 有些电容器的外观与轴向电阻器相似,但是经典电容器是放射状的,两条引线从同一端伸出。

4.电感器-能量增加
电感器是无源的两端电子器件,当电流通过时,它们会在磁场中存储能量(而不是存储静电能)。 电感器用于阻止交流电,同时允许直流电通过。 

电感器通常用于滤除或阻止某些信号,例如,阻止无线电设备中的干扰,或者与电容器结合使用以构成调谐电路,从而在开关模式电源(即)中操纵AC信号。 电视接收器。

5.二极管-能量重定向 
二极管是充当电流单向开关的半导体组件。 它们使电流易于在一个方向上通过,从而仅允许电流从阳极(+)到阴极(-)沿一个方向流动,但限制电流沿相反方向流动,这可能会造成损坏。

业余爱好者中最受欢迎的二极管是发光二极管或LED。 顾名思义,它们通常用于发光,但是任何尝试焊接的人都知道,它是二极管,因此正确确定方向非常重要,否则,LED不会点亮。

6.变压器-能量传递
变压器的功能是随着电压的升高或降低将电能从一个电路传输到另一个电路。 通用变压器通过称为“感应”的过程将电源从一个电源传输到另一电源。 与电阻器一样,它们在技术上调节电流。 最大的区别在于,它们通过“转换”电压而提供了比受控电阻更多的电隔离。 您可能已经在电线杆上看到大型工业变压器。 这些将电压从架空传输线(通常为数十万伏特)降低到家用通常所需的几百伏特。

PCB变压器由两个或更多个独立的感应电路(称为绕组)和一个软铁芯组成。 初级绕组用于源电路或能量将来自的地方,次级绕组用于能量将流向的接收电路。 变压器将大量电压分解为更小,更易于控制的电流,以免使设备过载或工作过度。

7.集成电路-动力室
IC或集成电路是已缩小到半导体材料晶圆上的电路和组件。 可以安装在单个芯片上的组件数量之多,导致了第一批计算器以及如今从智能手机到超级计算机的强大计算机的出现。 它们通常是更大电路的大脑。 电路通常被封装在黑色塑料外壳中,该外壳可以具有各种形状和尺寸,并具有可见的触点,无论它们是从身体伸出的引线,还是像BGA芯片一样直接位于其下方的接触垫。

8.晶体振荡器-精密计时器
晶体振荡器为许多需要精确和稳定时序元件的电路提供时钟。 它们通过物理地引起压电材料(晶体)振动来产生周期性的电子信号,因此得名。 与其他计时方法相比,每个晶体振荡器都设计为以特定的频率振动,并且更稳定,更经济,并且外形尺寸较小。 因此,它们通常用作微控制器的精确计时器,或更常见的是在石英手表中。

9.电位器-可变电阻
电位器是可变电阻器的一种形式。 它们通常有旋转型和线性型。 通过旋转电位器的旋钮,当滑动触头在半圆形电阻器上移动时,电阻会发生变化。 旋转电位器的经典示例是收音机上的音量控制器,其中旋转电位器控制流向放大器的电流量。 线性电位器是相同的,除了通过线性移动电阻器上的滑动触点来改变电阻。 当需要在现场进行微调时,它们非常有用。  

10. SCR(硅控制整流器)-大电流控制
可控硅整流器(SCR)也称为晶闸管,类似于晶体管和二极管-实际上,它们实际上是两个一起工作的晶体管。 它们也具有三根引线,但由四层硅层(而不是三层)组成,仅用作开关而不是放大器。 另一个重要的区别是,只需要单个脉冲即可激活开关,而对于单个晶体管,则必须连续施加电流。 它们更适合于切换大量电源。

11。 传感器
传感器是一种设备,其功能是检测环境条件的变化并生成与该变化相对应的电信号,该电信号被发送到电路中的其他电子组件。 传感器将能量从物理现象转换为电能,因此实际上就是换能器(将一种形式的能量转换为另一种形式)。 它们可以是电阻温度检测器(RTD)中的电阻类型,也可以是检测远距离信号的LED,例如电视遥控器中的任何东西。 存在用于各种环境刺激的各种传感器,例如湿度,光,空气质量,触摸,声音,湿度和运动传感器。

12.开关和继电器-电源按钮
开关是一个基本且易于忽略的组件,它只是一个电源按钮,通过在开路或闭路之间进行切换来控制电路中的电流。 它们在外观上有很大的不同,从滑块,旋转,按钮,控制杆,拨动开关,按键开关到列表,不一而足。 类似地,继电器是一个通过螺线管操作的电磁开关,当电流流过时,它就像一种临时磁铁。 它们充当开关,还可以将小电流放大为大电流。

13.电池-能源提供
理论上,每个人都知道什么是电池。 电池可能是此清单中购买最广泛的组件,不仅仅是电子工程师和业余爱好者所使用的电池。 人们使用这种小型设备为日常物品供电。 遥控器,手电筒,玩具,充电器等。

在PCB上,电池基本上存储化学能,并将其转换为可用的电子能为板上的不同电路供电。 他们使用外部电路让电子从一个电极流到另一个电极。 这形成了功能性(但有限)的电流。

电流受到化学能到电能的转换过程的限制。 对于某些电池,此过程可能需要几天的时间才能完成。 其他人可能要花费数月或数年才能完全消耗化学能。 这就是为什么有些电池(例如遥控器或控制器中的电池)需要每几个月更换一次,而另一些电池(例如手表电池)则需要数年才能全部用完。



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印刷电路板功能-为什么需要PCB?

在几乎所有电子和计算设备中都可以找到PCB,包括主板,网络卡和图形卡以及硬盘/ CD-ROM驱动器中的内部电路。 在需要精细导电迹线的计算应用(例如笔记本电脑和台式机)中,它们充当许多内部计算机组件(例如视频卡,控制器卡,网络接口卡和扩展卡)的基础。 这些组件都连接到母板,母板也是印刷电路板。


PCB也通过光刻工艺以制造处理器中导电路径的大规模方式制造。 


尽管PCB通常与计算机相关联,但它们还用于PC之外的许多其他电子设备中。 例如,大多数电视,收音机,数码相机,手机和平板电脑都包含一个或多个印刷电路板。 但是,在移动设备中发现的PCB看起来与台式计算机和大型电子设备中的PCB相似,但它们通常更薄并且包含更精细的电路。


尽管如此,印刷电路板仍广泛用于几乎所有精确的设备/设备,从小型消费设备到大型机械,FMUSER特此列出了日常生活中PCB(印刷电路板)的十大常见用途。


应用 使用案列
医疗器械

●医学成像系统

● 显示器

● 输液泵

● 内部设备

●医学成像系统: CT,CAT和超声波扫描仪经常使用PCB,编译和分析这些图像的计算机也使用PCB。

● 输液泵: 输液泵(例如胰岛素泵和患者控制的镇痛泵)可向患者输送精确量的液体。 PCB帮助确保这些产品可靠,准确地运行。

● 显示器: 心率,血压,血糖监测仪以及更多依赖于电子组件来获取准确的读数。

● 内部设备: 内部使用的起搏器和其他设备需要小的PCB才能起作用。


PaaS 

医疗行业不断在为电子产品增加用途。 随着技术的进步以及更小,更密,更可靠的板成为可能,PCB将在医疗保健中发挥越来越重要的作用。 


应用 使用案列

军事和国防应用

●通信设备:

●控制系统:

●仪表:


● 通讯设备: 无线电通信系统和其他关键通信需要PCB起作用。

● 控制系统: PCB是各种设备(包括雷达干扰系统,导弹检测系统等)的控制系统的中心。

● 仪器仪表: 多氯联苯使军事人员可以使用这些指示器监视威胁,进行军事行动和操作设备。


PaaS 

军事通常处于技术的最前沿,因此PCB的一些最先进的用途是用于军事和国防应用。 多氯联苯在军事上的用途千差万别。


应用 使用案列
安全设备

●监控摄像头:

●烟雾探测器:

●电子门锁

●运动传感器和防盗报警器

● 监控摄像头: 不论是在室内还是室外使用的安全摄像机,以及用于监视安全录像的设备都依赖于PCB。

● 烟雾探测器: 烟雾探测器以及其他类似设备,例如一氧化碳探测器,都需要可靠的PCB才能起作用。

● 电子门锁: 现代电子门锁还包含PCB。

● 运动传感器和防盗警报器: 检测运动的安全传感器也依赖于PCB。


PaaS 

PCB在许多不同类型的安全设备中扮演着至关重要的角色,尤其是随着越来越多的这类产品获得连接到Internet的能力。


应用 使用案列
LEDs

● 住宅照明

● 汽车显示器

● 电脑显示器

● 医疗照明

● 店面照明

● 住宅照明: 包括智能灯泡在内的LED照明可帮助房主更有效地照亮房屋。

● 店面照明: 企业可以使用LED进行标识和点亮商店。

● 汽车显示器: 仪表板指示器,前大灯,刹车灯等可能使用LED PCB。

● 电脑显示器: LED PCB为笔记本电脑和台式计算机上的许多指示器和显示屏供电。

● 医疗照明: LED提供强光且几乎不散发热量,使其成为医疗应用的理想之选,尤其是与外科手术和急诊医学有关的应用。


PaaS 

LED在各种应用中正变得越来越普遍,这意味着PCB可能会继续在照明中扮演更重要的角色。


应用 使用案列

航空航天零部件

●电源

●监控设备:

●通讯设备


● 电源: PCB是为各种飞机,控制塔,卫星和其他系统供电的设备中的关键组件。

● 监控设备: 飞行员使用各种监测设备(包括加速度计和压力传感器)来监测飞机的功能。 这些监视器通常使用PCB。

● 通讯设备: 与地面控制系统的通信是确保安全飞行的重要组成部分。 这些关键系统依赖于PCB。


PaaS 

航空航天应用中使用的电子设备与汽车领域有类似的要求,但是航空航天PCB可能会暴露在更恶劣的条件下。 多氯联苯可用于各种航空航天设备,包括飞机,航天飞机,卫星和无线电通信系统。



应用 使用案列
工业设备

●制造设备

●电力设备

●测量设备

●内部设备


● 制造设备: 基于PCB的电子设备为制造中使用的电钻和压力机提供动力。


● 电力设备: 为多种类型的工业设备供电的组件都使用PCB。 该电源设备包括直流到交流电源逆变器,太阳能热电联产设备等。

● 测量设备: PCB通常为测量和控制压力,温度和其他因素的设备供电。


PaaS 

随着机器人技术,工业物联网技术和其他类型的先进技术变得越来越普遍,在工业领域中出现了PCB的新用途。


应用材料 使用案列

海事应用

● 导航系统

● 通讯系统

● 控制系统


●导航系统: 许多海上船只的导航系统都依赖于PCB。 您可以在GPS和雷达系统以及其他设备中找到PCB。

● 通讯系统: 船员用来与港口和其他船只通信的无线电系统需要PCB。

● 控制系统: 海上船舶的许多控制系统,包括发动机管理系统,配电系统和自动驾驶系统,都使用PCB。


PaaS 

这些自动驾驶系统可以帮助稳定船只,操纵,最大程度地减小航向误差并管理方向舵活动。


应用 使用案列
消费类电子产品

● 通讯设备

● 计算机

● 娱乐系统

● 家电


● 通讯设备: 智能手机,平板电脑,智能手表,收音机和其他通信产品需要PCB才能起作用。

● 电脑: 用于个人和企业的计算机均具有PCB。

● 娱乐系统: 与娱乐相关的产品,例如电视,立体声音响和视频游戏机,都依赖PCB。

● 家用电器: 许多家用电器还具有电子组件和PCB,包括冰箱,微波炉和咖啡机。


PaaS 

消费类产品中PCB的使用肯定不会减慢。 拥有智能手机的美国人比例现在已经达到77%,并且还在不断增长。 许多以前非电子的设备现在也获得了先进的电子功能,并成为了物联网(IoT)的一部分。 


应用 使用案列
汽车零部件

● 娱乐和导航系统

● 控制系统

● 传感器

● 娱乐和导航系统: 集成了导航和娱乐功能的立体声和系统都依赖PCB。

● 控制系统: 控制汽车基本功能的许多系统都依赖于PCB供电的电子设备。 这些包括发动机管理系统和燃油调节器。

● 传感器: 随着汽车变得越来越先进,制造商正在集成越来越多的传感器。 这些传感器可以监视盲点并警告附近物体的驾驶员。 对于使汽车能够自动并行停车的系统,PCB也是必不可少的。


PaaS 

这些传感器是使汽车能够自动驾驶的一部分。 全自动驾驶汽车有望在未来变得越来越普遍,这就是为什么要使用大量印刷电路板的原因。


应用 使用案列
电信设备

● 电信塔

● 办公通讯设备

● LED显示屏和指示灯


● 电信塔: 信号塔接收和发送来自手机的信号,并需要能够承受室外环境的PCB。

● 办公通讯设备: 您可能在办公室中发现的许多通信设备都需要PCB,包括电话交换系统,调制解调器,路由器和Internet语音(VoIP)设备。

● LED显示和指示灯: 电信设备通常包括利用PCB的LED显示器和指示器。


PaaS 

电信行业在不断发展,该行业使用的PCB也在不断发展。 随着我们生成和传输更多数据,功能强大的PCB对通信将变得越来越重要。


FMUSER知道,任何使用电子设备的行业都需要PCB。 无论您将PCB用于什么应用,重要的是,它们的可靠性,价格可承受性以及旨在满足您的需求的设计。 

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PCB组装原理:通孔与表面安装


近年来,特别是在半导体领域,需要对更大的功能,更小的尺寸和增加的实用性的增加的需求。 有两种将元件放置在印刷电路板(PCB)上的方法,即通孔安装(THM)和表面贴装技术(SMT)。它们在功能,优点和缺点方面各有不同,让我们来看一下看看!


通孔组件

有两种类型的通孔安装组件: 

轴向引线组件 -沿直线(沿“轴”)穿过组件,导线的一端从任一端退出组件。 然后将两端通过板上的两个独立孔放置,为组件提供更紧密,更平整的配合。 这些组件在寻找紧实,紧凑的配合时是首选。 轴向引线配置可以采用碳电阻器,电解电容器,保险丝和发光二极管(LED)的形式。



径向铅组件 -从板上伸出,其引线位于组件的一侧。 径向引线占据的表面积较小,因此使其更适合于高密度板。 径向组件可用作陶瓷圆盘电容器。

*轴向引线(顶部)与径向引线(底部)


轴向引线组件沿直线(“轴向”)穿过组件,并且引线的每一端在任一端均退出组件。 然后将两端通过板上的两个单独的孔放置,以使组件紧密贴合,更平整地贴合。 

通常,轴向引线配置可以采用碳电阻器,电解电容器,保险丝和发光二极管(LED)的形式。

另一方面,径向引线组件从板上突出,因为其引线位于组件的一侧。 两种通孔元件类型都是“双股”引线元件。

径向引线组件可以用作陶瓷圆盘电容器,而轴向引线配置可以采用碳电阻器,电解电容器,保险丝和发光二极管(LED)的形式。

并且使用轴向引线组件以使其紧贴板,径向引线占用较小的表面积,从而使其更适合于高密度板



通孔安装(THM)
通孔安装是将组件引线放置到裸露的PCB上的钻孔中的过程,这是表面安装技术的前身。 在现代化的装配设备中,通孔安装方法一直被认为是辅助操作,并且自从引入第二代计算机以来一直在使用。 

直到1980年代表面贴装技术(SMT)兴起之前,该工艺一直是标准做法,当时预计它将完全淘汰通孔。 然而,尽管这些年来流行度急剧下降,但通孔技术在SMT时代已被证明具有弹性,它具有许多优势和特殊应用:即可靠性,这就是通孔安装取代了旧式安装的原因-点建设。


*点对点连接


通孔组件最适合需要高强度产品连接的层之间的高可靠性产品。 SMT组件仅通过焊料固定在电路板上,而通孔组件引线则贯穿电路板,从而使这些组件能够承受更大的环境压力。 这就是为什么通孔技术通常用于军事和航空产品中,这些产品可能会经历极高的加速度,碰撞或高温。 通孔技术在有时需要手动调整和更换的测试和原型制作应用中也很有用。

总体而言,通孔从PCB组装中完全消失是一个很大的误解。 除上述用于通孔技术的用途外,应始终牢记可用性和成本的因素。 并非所有组件都可以SMD封装形式提供,并且某些通孔组件的价格更低。


也可以参考: 通孔与表面贴装有什么区别?


表面贴装技术(SMT)
SMT是将组件直接安装到PCB表面的过程。 

表面安装技术最初在1960年左右被称为“平面安装”,并在80年代中期被广泛使用。

如今,几乎所有的电子硬件都是使用SMT制造的。 它已成为PCB设计和制造必不可少的部分,它改善了PCB的整体质量和性能,并大大降低了处理和处理成本。  

用于表面贴装技术的组件是所谓的表面贴装封装(SMD)。 这些组件的引线位于封装的下方或周围。 

有许多不同类型的SMD封装,它们的形状和材料不同。 这些类型的程序包分为不同的类别。 “矩形无源元件”类别主要包括标准的SMD电阻器和电容器。 “小外形晶体管”(SOT)和“小外形二极管”(SOD)类别用于晶体管和二极管。 还有一些封装最常用于集成电路(IC),例如运算放大器,收发器和微控制器。 用于IC的封装示例包括:“小型集成电路”(SOIC),“四方扁平封装”(QFN)和“球栅阵列”(BGA)。

上面提到的程序包只是可用的SMD程序包的一些示例。 市场上有更多类型的具有不同变体的软件包。

SMT和通孔安装之间的主要区别是 
(a)SMT不需要在PCB上钻孔
(b)SMT组件要小得多
(c)SMT组件可以安装在电路板的两侧。 

能够在PCB上安装大量小部件的能力允许使用密度更大,性能更高且更小的PCB。

一言以蔽之:与通孔安装相比,最大的不同在于,无需在PCB上钻孔就可以在PCB上的走线和组件之间建立连接。 

组件的引线将与PCB上的所谓PAD直接接触。 

贯穿电路板并连接电路板各层的通孔组件引线已由“过孔”代替-允许在PCB的不同层之间进行导电连接的小组件,其本质上起着通孔引线的作用。 一些表面贴装组件(例如BGA)是性能更高的组件,具有更短的引线和更多的互连引脚,可以实现更高的速度。 


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