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标准印刷电路板的六个基本组件介绍

2020-09-11 15:15:00

印刷电路板（PCB）通常是由非导电基材制成的平面层压复合材料，内部或外部表面埋有铜电路层。它们可以简单到只有一层或两层铜，或者在高密度应用中可以有五十层或更多层。平坦的复合表面非常适合支撑焊接并连接到PCB的组件，而铜导体则通过电子方式将组件彼此连接。

标准印刷电路板的六个基本组件是：

预浸料

层压板

铜箔

阻焊膜

命名法

最终完成

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）起初是作为液体涂覆在织物上的。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，就会到达一个点（称为热固性），然后再重新硬化，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可用于制造许多东西，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，也是用来构建PCB的第二个组件-层压板的材料。

层压板（有时称为覆铜层压板）由预浸料片组成，这些预浸料片在加热和加压的情况下层压在一起，每侧都有铜箔片。树脂硬化后，PCB层压板就像塑料复合材料，两面都有铜箔。

我们成像并蚀刻掉铜箔，以在层压板表面上产生电路。这些铜电路将成为电路板内层和外层的导体或电线。用电路对叠层进行成像和蚀刻后，可以使用前面讨论的预浸料将它们叠在一起。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。阻焊层为PCB外部的导体提供了保护。

命名法，有时也称为丝网印刷，是您在PCB上阻焊层顶部看到的白色字母。术语是显示每个组件在板上位置的字母，有时还提供组件方向。

除绿色和白色外，阻焊层和命名法都可以使用其他颜色，但是最受欢迎。

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。

印刷电路有限责任公司已经生产高质量的电子PCB已有40多年了。多年来，作为印刷电路板制造商，我们紧跟瞬息万变的市场需求，专门研究各种类型的电路板。我们在明尼苏达州明尼阿波利斯市的55，000平方英尺的工厂拥有90多名专家。随着时间的流逝，为了满足现代电子产品的需求，我们在制造柔性电路和刚性柔性PCB方面积累了专业知识。

柔性和刚性柔性PCB为可安装在小型设备内部的高度复杂的电气系统奠定了基础。它们也可以设计和制造得非常薄，非常轻，而不会牺牲生存能力。这些PCB在具有高冲击和振动的环境中提供了高度的可靠性。经常使用柔性和刚性柔性PCB的行业包括航空航天，医疗，军事，电信等。

印刷电路板是由什么制成的？

PCB可以使用多种材料作为基板和组件。材料的选择取决于应用程序的要求，因为不同的材料选择将使电路具有不同的质量，从而有助于在特定情况下的性能。

设计人员有时会根据电气性能来选择材料以用于高速应用，或者根据机械或热生存能力（例如引擎盖下的汽车）进行选择。设计师可以选择遵守法规的政府要求。例如，欧洲联盟的有害物质限制（RoHS）指令禁止使用包含任何受限制的化学物质和金属的材料。

最受欢迎的考虑因素之一是材料是否会通过UL，这是Underwriters Laboratories阻燃特性的缩写。一个UL的评价是至关重要的许多电子装置表明，在发生火灾的情况下，电路板会自行熄灭-通常被认为是为消费者和其他电子产品的关键。

层压板通常由具有独特绝缘功能的树脂和布料制成。这些包括电介质，例如FR4环氧树脂，特氟隆，聚酰亚胺，以及其他使用玻璃与树脂涂层的组合的层压板。许多独特的热和电因素决定了哪种层压板最适合给定的PCB设计。

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

更高的玻璃化转变温度（Tg）–承受更高温度的组装过程

降低的损耗因子–在重视信号速度的高速应用中很重要

投入使用时，PCB可能需要的机械强度包括剪切，拉伸和其他机械属性

热性能–高架服务环境中的重要考虑因素

尺寸稳定性–或材料在制造，热循环或暴露于湿气中移动了多少，以及移动了多长时间

以下是几种用于制造印刷电路板的最受欢迎的材料：

FR4环氧层压板和预浸料：FR4是世界上最流行的PCB基板材料。标记“ FR4”描述了满足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。它尤其适用于层数较少的PCB –单面或双面进入多层结构，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，电性能，和UL火焰存活率/额定值–极大地提高了其在高速电路设计中以更低的成本用于更高层数构建，更高热应力应用以及更高电气性能的能力。FR4层压板和预浸料非常通用，可适应广泛接受的制造技术，并具有可预测的产量。

聚酰亚胺层压板和预浸料：聚酰亚胺层压板比FR4材料具有更高的温度性能，并且电气性能也略有改善。聚酰亚胺材料的成本比FR4高，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，使其适合于多层数结构。

铁氟龙层压板和粘结层：铁氟龙层压板和粘结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提高机械性能。制造聚四氟乙烯印刷电路板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。它们没有玻璃纤维作为支撑，而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状态一样，在这种情况下，电路将在设备寿命期内连续折叠。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熟练劳动力，专门的设备和工艺以及较低的制造良率。

其他：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。

仔细选择层压板对于确保PCB具有适合最终应用的正确的电气，介电，机械和热学性能非常重要。

混合印刷电路板

一些制造商将层压板材料组合到混合系统中。一种常见的变体称为刚性柔性 PCB，其中柔性电路和刚性层压板被组合到混合包装解决方案中，提供了柔性电路和传统PCB的优点。一些部分是柔性的，可以使板弯曲成一定形状，或者弯曲数千次，同时保持电气连续性。其他部分是刚性的，提供了现代电子产品所需的更高的电气布线密度。刚性挠性板通常可以为当今的电子设计师提供理想的封装方法。

另一个常见的混合变体是在常规FR4或聚酰亚胺PCB内包括特氟龙材料层。铁氟龙层将在仍可制造的整个PCB封装内，为电子设计师提供针对高速信号优化的层。

低流量和无流量的预浸料

制造刚性挠性板必不可少的一种材料是无或低流量的预浸料。流动预浸料的制备与常规预浸料的制备略有相似，但是树脂被推进到更高的固化状态。这将产生一片预浸料，树脂将在其中流动一点点，但不会过多。像传统的预浸料一样，一旦树脂达到一定的温度，它就会热固并变硬。

在刚性挠性电路板制造中，没有低流量的预浸料是至关重要的，因为它们允许树脂向上流动到电路板刚性部分的边缘，而不会流到电路板的柔性部分上。如果刚性挠性制造商使用常规的预浸料，则树脂会流出到挠性部分上，并使它们变得不挠性。无/低流量预浸料也通常用于将材料粘合到PCB上-例如用于柔性电路的散热器和加固件，因为希望树脂的流动速率低且可控。

低流量无预浸料的可用性非常有限，如果设计刚性软板，设计人员应注意选择与相应的流量无预浸料一起使用的层压系统。刚性挠性制造商不能在刚性挠性设计中使用传统的预浸料。同样，无流量和低流量的预浸料在其应用中由于铜的重量较重而受到限制，其中树脂没有足够的流量来封装电路。它们还具有专门的制造注意事项，必须加以适应才能成功使用它们。

最受欢迎的PCB材料？

那就是FR-4，玻璃纤维增强层压板，用阻燃环氧树脂粘合。

只是它实际上不是材料，而是由美国贸易机构NEMA（美国国家电气制造商协会）指定的等级。“ FR”代表“阻燃剂”，表示该材料符合UL94VO。

FR-4有何优点？

FR-4，也称为FR4，价格低廉，用途广泛。它是由预浸料制成的，预浸料本身是由玻璃纤维毡制成，并浸有环氧树脂。它代表了与轻松钻孔和金属化相关的行业标准。它负责PCB的低成本生产，在RF /微波频率下具有良好的性能。

FR-4提供：

高绝缘强度的电绝缘

高强度重量比

轻巧的

防潮性

相对耐温性，因此您可以期望它在大多数环境条件下都能表现良好

FR-4有什么不好的地方？

尽管FR-4具有足够的灵活性，易于在较大的机壳中作为PCB进行机械加工和定位，但这里只有一个问题：

微波频率下的高介电损耗（损耗因子）

这意味着对于数GHz以上的高速数字电路或高频模拟应用而言，它是一个糟糕的选择

仔细看看FR-4

FR-4根据其属性和应用分为四个子类：

标准，玻璃化转变温度T g为〜130°C，有或没有紫外线。最常见且使用最广泛的类型。也是最实惠的FR-4

玻璃化转变温度较高，Tg〜170°C-180°C。与无铅回流焊技术兼容；

无卤素且兼容无铅回流焊技术

CTI标准化指数≥400，≥600

FR-1，FR-2和FR-3

这三种主要用于单层PCB。那有什么区别呢？

FR-1 Tg〜130°C

FR-2 Tg约为105°C

FR-3 Tg约为105°C，但FR-£使用环氧树脂粘合剂代替FR-2的酚醛树脂

CEM-1：FR-4的便宜替代品

FR-4已经是一种低成本的选择，但CEM-1的成本更低。CEM代表复合环氧材料。像FR-4一样，CEM-1是NEMA的分类。CEM-1由纸和两层编织的玻璃环氧和苯酚化合物制成，仅用于生产单面印刷电路板，因为层压板与孔中的金属化工艺不兼容。介电性能与FR-4相似，但机械耐久性却不如FR-4。可燃性等级为UL94-V0。

CEM-3：与FR-4非常相似

CEM-3用于带电镀孔的双面PCB，每平方米的成本通常比FR-4低约1至2美元。根据特性和应用，CEM-3层压板分为以下子类：

标准，带或不带防紫外线

与无铅回流焊技术兼容

无卤素，无磷和锑，无毒

CTI标准化指数≥600

CEM系列的其余部分

CEM-2：纤维素纸芯和玻璃纤维织物表面

CEM-4与CEM-3非常相似，但不阻燃

CEM-5（也称为CRM-5）具有聚酯编织玻璃芯

多层PCB使用哪种材料？

当然，堆叠PCB的目的是节省空间。使用本指南与PCB垫片堆叠可以很容易做到这一点。