什么是PCB

什么是PCB

印刷电路板（Printed circuit board，PCB）几乎会出现在每一种电子设备当中。如果在某样设备中有电子零件，那么它们也都是镶在大小各异的PCB上。除了固定各种小零件外，PCB的主要功能是提供上头各项零件的相互电气连接。随着电子设备越来越复杂，需要的零件越来越多，PCB上头的线路与零件也越来越密集了。

标准的PCB长得就像这样。裸板（上头没有零件）也常被称为「印刷线路板Printed Wiring Board（PWB）」。

板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在表面可以看到的细小线路材料是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部份被蚀刻处理掉，留下来的部份就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线（conductor pattern）或称布线，并用来提供PCB上零件的电路连接。

导线（Conductor Pattern）

编者按:在前几期杂志的《主板是怎么炼成的——微星 主板生产线探秘》、《弹指一挥间——多彩鼠标、键盘生产线 探秘》和《千锤百炼——九州风神散热器生产线探秘》等文 章中，都不约而同提到了 PCB。虽然 PCB 是无处不在，几乎 在所有的电子设备中均可看到它的身影，但是大多数人对 PCB还是很陌生。一个好的硬件工程师可以光看 PCB的设计， 就知道一块板卡品质的好坏，做为一个普通的消费者或许没 有这份功底，不过了解 PCB 的基础知识还是非常必要的。接 下来，小编特别组织这篇文章，让大家对 PCB 能有更深入的 了解。

掀起 PCB 的盖头

PCB 是英文全称为“Printed Circuit Board”，中文称为“印刷电路板”。PCB 的半成品是没有任何电子元件的 裸板，我们一般将裸板称为 “印刷线路板”，英文全称 为“Printed Wiring Board ”，简称“PWB ”。

PCB 本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的玻璃环 氧树脂或类似材质制造而成的。在 PCB 的零件旁边还可以 看到许许多多零部件的编号和名称。

在 PCB 表面可以看到的细小线路材料是铜箔，原本铜 箔是覆盖在整个 PCB上的，而在制造过程中部份被蚀刻处理 掉，留下来的部分

就变成网状的细 小线路了●。这些 线路被称作铜膜 走线 ， 简称导线

(或称布线)，并用 来提供 PCB上电子 元件的电路连接。随着电子设备越来越复杂，需要的零件越 来越多，PCB 上头的线路与零件也越来越密集了。在双层 PCB 中，都可以看到连通电路间的桥梁，我们称之为“导孔”。导 孔是在 PCB 上，充满或涂上金属的小洞，它可以与双层 PCB 的 两面的导线相连接。多层 PCB 中，一般是通过盲孔(可从表面

看出来)或埋孔(不可从表面看出来)连通各层的导线
PCB 的种类

对于 PCB 的分类，一般来说是以层数来分的，主要分 为 : 单层 、 双层 、 多层 。

1.单层PCB

单层 PCB 也是最基本的 PCB，当中的零件集中在其中一面，导线则集中在另一面上。因为单层 PCB 在设计线路上有许 多严格的限制(因为只有一面，布线间不能交叉而必须绕独自 的路径)，所以只有早期的电路才使用这类的 PCB。

2.双层PCB

双层 PCB 的两面都有布线。不过要用上两面的导线， 是通过两层之间的导孔连通电路。因为双层 PCB 的面积比 单层 PCB 大了一倍，而且因为布线可以互相交错(可以绕到 另一面) ，它更适合用在比单层 PCB 更复杂的电路上。

3.多层 PCB

为了增加可以布线的面积，多层 PCB 用上了更多单或 双层的布线板。多层 PCB 使用数片双面板，并在每层板间 放进一层绝缘层后压合。PCB 的层数就代表了有几层独立 的布线层，通常层数都是偶数，并且包含最外侧的两层。 大部分的主板都是 4～8 层的结构。由于 PCB 中的各层都紧 密结合的 ，所以一般是不太容易看出实际数目。

在多层板当中，更多使用到的是埋孔和盲孔技术。因 为在双层 PCB 中提到的导孔，一定要打穿整个 PCB，在多 层 PCB 中如果只想连接其中一些线路，那么导孔可能会浪 费一些其他层的线路空间。埋孔和盲孔技术只穿透其中几 层。盲孔是将几层内部 PCB 与表面 PCB 连接，不须穿透整 个 PCB 。埋孔则只连接内部的 PCB ，所以光是从表面是看 不出来的 。

了将零件固定在PCB上面，我们将它们的接脚直接焊在布线上。在最基本的PCB（单面板）上，零件都集中在其中一面，导线则都集中在另一面。这么一来我们就需要在板子上打洞，这样接脚才能穿过板子到另一面，所以零件的接脚是焊在另一面上的。因为如此，PCB的正反面分别被称为零件面（Component Side）与焊接面（Solder Side）。

如果PCB上头有某些零件，需要在制作完成后也可以拿掉或装回去，那么该零件安装时会用到插座（Socket）。由于插座是直接焊在板子上的，零件可以任意的拆装。下面看到的是ZIF（Zero Insertion Force，零拨插力式）插座，它可以让零件（这里指的是CPU）可以轻松插进插座，也可以拆下来。插座旁的固定杆，可以在您插进零件后将其固定。

ZIF插座

如果要将两块PCB相互连结，一般我们都会用到俗称「金手指」的边接头（edge connector）。金手指上包含了许多裸露的铜垫，这些铜垫事实上也是PCB布线的一部份。通常连接时，我们将其中一片PCB上的金手指插进另一片PCB上合适的插槽上（一般叫做扩充槽Slot）。在计算机中，像是显示卡，声卡或是其它类似的界面卡，都是借着金手指来与主机板连接的。

边接头（俗称金手指）

AGP扩充槽

PCB上的绿色或是棕色，是阻焊漆（solder mask）的颜色。这层是绝缘的防护层，可以保护铜线，也可以防止零件被焊到不正确的地方。在阻焊层上另外会印刷上一层丝网印刷面（silk screen）。通常在这上面会印上文字与符号（大多是白色的），以标示出各零件在板子上的位置。丝网印刷面也被称作图标面（legend）。

有白色图标面的绿色PCB

没有图标面的棕色PCB

单面板（Single-Sided Boards）

我们刚刚提到过，在最基本的PCB上，零件集中在其中一面，导线则集中在另一面上。因为导线只出现在其中一面，所以我们就称这种PCB叫作单面板（Single-sided）。因为单面板在设计线路上有许多严格的限制（因为只有一面，布线间不能交叉而必须绕独自的路径），所以只有早期的电路才使用这类的板子。

单面PCB表面

单面PCB底面

双面板（Double-Sided Boards）

这种电路板的两面都有布线。不过要用上两面的导线，必须要在两面间有适当的电路连接才行。这种电路间的「桥梁」叫做导孔（via）。导孔是在PCB上，充满或涂上金属的小洞，它可以与两面的导线相连接。因为双面板的面积比单面板大了一倍，而且因为布线可以互相交错（可以绕到另一面），它更适合用在比单面板更复杂的电路上。

双面PCB表面

双面PCB底面

多层板（Multi-Layer Boards）

为了增加可以布线的面积，多层板用上了更多单或双面的布线板。多层板使用数片双面板，并在每层板间放进一层绝缘层后黏牢（压合）。板子的层数就代表了有几层独立的布线层，通常层数都是偶数，并且包含最外侧的两层。大部分的主机板都是4到8层的结构，不过技术上可以做到近100层的PCB板。大型的超级计算机大多使用相当多层的主机板，不过因为这类计算机已经可以用许多普通计算机的集群代替，超多层板已经渐渐不被使用了。因为PCB中的各层都紧密的结合，一般不太容易看出实际数目，不过如果您仔细观察主机板，也许可以看出来。

我们刚刚提到的导孔（via），如果应用在双面板上，那么一定都是打穿整个板子。不过在多层板当中，如果您只想连接其中一些线路，那么导孔可能会浪费一些其它层的线路空间。埋孔（Buried vias）和盲孔（Blind vias）技术可以避免这个问题，因为它们只穿透其中几层。盲孔是将几层内部PCB与表面PCB连接，不须穿透整个板子。埋孔则只连接内部的PCB，所以光是从表面是看不出来的。

在多层板PCB中，整层都直接连接上地线与电源。所以我们将各层分类为信号层（Signal），电源层（Power）或是地线层（Ground）。如果PCB上的零件需要不同的电源供应，通常这类PCB会有两层以上的电源与电线层。

零件封装技术

插入式封装技术（Through Hole Technology）

将零件安置在板子的一面，并将接脚焊在另一面上，这种技术称为「插入式（Through Hole Technology，THT）」封装。这种零件会需要占用大量的空间，并且要为每只接脚钻一个洞。所以它们的接脚其实占掉两面的空间，而且焊点也比较大。但另一方面，THT零件和SMT（Surface Mounted Technology，表面黏着式）零件比起来，与PCB连接的构造比较好，关于这点我们稍后再谈。像是排线的插座，和类似的界面都需要能耐压力，所以通常它们都是THT封装。

THT零件（焊接在底部）

表面黏贴式封装技术（Surface Mounted Technology）

使用表面黏贴式封装（Surface Mounted Technology，SMT）的零件，接脚是焊在与零件同一面。这种技术不用为每个接脚的焊接，而都在PCB上钻洞。

表面黏贴式零件

表面黏贴式的零件，甚至还能在两面都焊上。

表面黏着式的零件焊在PCB上的同一面。

SMT也比THT的零件要小。和使用THT零件的PCB比起来，使用SMT技术的PCB板上零件要密集很多。SMT封装零件也比THT的要便宜。所以现今的PCB上大部分都是SMT，自然不足为奇。

因为焊点和零件的接脚非常的小，要用人工焊接实在非常难。不过如果考虑到目前的组装都是全自动的话，这个问题只会出现在修复零件的时候吧。

设计流程

在PCB的设计中，其实在正式布线前，还要经过很漫长的步骤，以下就是主要设计的流程：

系统规格

首先要先规划出该电子设备的各项系统规格。包含了系统功能，成本限制，大小，运作情形等等。

系统功能区块图

接下来必须要制作出系统的功能方块图。方块间的关系也必须要标示出来。

将系统分割几个PCB

将系统分割数个PCB的话，不仅在尺寸上可以缩小，也可以让系统具有升级与交换零件的能力。系统功能方块图就提供了我们分割的依据。像是计算机就可以分成主机板、显示卡、声卡、软盘驱动器和电源等等。

决定使用封装方法，和各PCB的大小

当各PCB使用的技术和电路数量都决定好了，接下来就是决定板子的大小了。如果设计的过大，那么封装技术就要改变，或是重新作分割的动作。在选择技术时，也要将线路图的品质与速度都考量进去。

绘出所有PCB的电路概图

概图中要表示出各零件间的相互连接细节。所有系统中的PCB都必须要描出来，现今大多采用CAD（计算机辅助设计，Computer Aided Design）的方式。下面就是使用CircuitMakerTM设计的范例。

PCB的电路概图

初步设计的仿真运作

为了确保设计出来的电路图可以正常运作，这必须先用计算机软件来仿真一次。这类软件可以读取设计图，并且用许多方式显示电路运作的情况。这比起实际做出一块样本PCB，然后用手动测量要来的有效率多了。