PCB知識

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何謂印刷電路板 (PCB)

印刷電路板,又稱為印製電路板印刷線路板,常使用英文縮寫是PCBPrinted circuit board)或PWB(Printed wire board)。PCB是組裝電子零組件所使用的基底板材,也是『電子產品之母』,是非常重要的電子部件也是電子元件的支撐體。主要是經由板子上各處的金屬銅箔線路,透過設計各層連接導通相關零組件,而達到一個有效運作的完整產品。

在早期PCB還沒出現前,電子產品的各個元件之間都是靠電線連接而組成完整通路。後來為了簡化電子產品製造的程序與降低成本,因而發展出用印刷的方式製作電路,使用基板上的銅箔代替原本的電線連接,進而提高生產效率。

各元件之間主要是經由板子上各處的金屬銅箔線路,透過設計各層連接導通相關零組件,而達到一個有效運作的完整產品。

傳統的電路板工法,採用印刷阻劑做出電路的線路及圖面,因此被稱為印刷電路板。因為電子產品尺寸不斷微小化與精細,目前大多數電路板都是使用覆蓋蝕刻阻劑(濕膜或乾膜),經過曝光顯影後再以蝕刻去掉不需要的銅箔,而做出電路板。

 

PCB基材

基材普遍是以基板的絕緣、材料成分或耐燃特性作分類,常見的原料為電木板、玻璃纖維,以及各式的塑膠板。PCB基板的製造商普遍會以一種以玻璃纖維不織物料以及環氧樹脂樹脂組成的絕緣預浸漬材料(prepreg),再以和銅箔壓製成銅箔基板備用。

以下幾項為較常見之PCB基材種類:

  • FR-4:玻璃纖維+環氧樹脂。為最普遍使用之PCB材料,但Tg僅約為130左右,若產品後續加工環境或操作環境溫度較高,則建議使用High Tg FR-4。
  • High Tg FR-4:玻璃纖維+環氧樹脂,使用普遍程度僅次於FR-4,我司目前可提供之最高Tg為180°C。
  • CEM-1:中心為棉紙,表面覆蓋玻璃布+環氧樹脂。
  • CEM-3:中心為玻璃不織布,表面覆蓋玻璃布+環氧樹脂。
  • 陶瓷基板(Ceramic PCB):陶瓷粉+玻璃纖維。
  • 鐵氟龍板(Teflon PCB):Teflon+玻璃纖維。

PCB表面處理

由於PCB的銅面在環境中容易氧化,因此必須在沒有覆蓋防焊油墨之裸露處,再次加工覆蓋一層塗層,以保護該處避免氧化的製程。為因應各式後續加工需求,發展出各種不同材質、價格、不同保護程度之表面處理加工方式。

常見的PCB表面處理有下列幾項:

裸銅板、噴錫板、無鉛噴錫板、化金板、電鍍金、化銀板、OSP板。各式PCB表面處理說明請點此頁

 

PCB結構種類

印刷電路板(PCB)結構可分為以下三種

  • 單面板(Single-Layer PCB):電路板上只有一面有銅箔導線,另一面完全沒有銅箔導線。早期電子產品電路簡單,僅只需一面的範圍做連接導通,而在沒有銅箔的另一面可以放置零件。
  • 雙面板(Double-Layer PCB):電路板正反兩面皆有銅箔導線,且正面(Top layer)以及背面(Bottom layer)的通路都可藉由導通孔互相連接導通。由於兩面都可以佈線,可使用面積比單面板多了一倍,更適合複雜電路的產品。設計上為正面放置零件,而背面是零件腳的焊接面。
  • 多層板(Multi-Layer PCB):多層板是使用多個已蝕刻完成的雙面板,在板與板之間疊上絕緣層(Prepreg),最外層兩面鋪上銅箔後壓合而成。由於是使用多個雙面板壓合,因此層數通常為偶數。被壓在裡面的銅箔層可以是導通層、信號層、電源層或接地層。多層板理論上可達50層以上,但實務應用面目前最高約30層左右。

 

PCB製造流程簡介

  • 單面板:
    工程 → 裁板 → 鑽孔 → 壓膜 → 蝕銅 → 防焊 → 文字 → 表面處理 → 成型 → 電測 → 品檢
  • 雙面板:
    工程 → 裁板 → 鑽孔 → PTH → 一次銅 → 壓膜 → 曝光顯影 → 二次銅 → 錫鉛 → 去膜 → 蝕銅 → 剝錫鉛 → 防焊 → 文字 → 表面處理 → 成型 → 電測 → 品檢
  • 多層板:
    工程 → 裁板 → 內層壓膜 → 內層蝕銅 → 內層去膜 → 壓合 → 鑽孔 → PTH → 一次銅 → 壓膜 → 曝光顯影 → 二次銅 → 錫鉛 → 去膜 → 蝕銅 → 剝錫鉛 → 防焊 → 文字 → 表面處理 → 成型 → 電測 → 品檢

 

常用單位換算

銅箔厚度-盎司ounce, oz

PCB業界慣用的銅箔厚度為盎司(oz),但盎司(oz)明明是重量單位,為何可以變成為厚度單位?
因為PCB基板銅箔的規格是以每平方英呎(ft²)面積上有多少盎司(oz)的銅來定義。由於固定面積上的銅越重銅箔厚度就會越厚,銅箔重量與厚度成正比,因此將銅箔的重量盎司(oz)轉換為厚度mil。

以下為PCB常用單位

  • 1 oz = 28.35 g = 1.4 mil = 1400μ" = 35μm
  • 1 inch = 1000 mil
  • 1 inch = 25.4 mm
  • 1 mil = 0.0254 mm = 1000 micro inch (μ")
  • 1 mm = 39.37 mil