什么是印刷电路板（PCB）？
印刷电路板（PCB）是一种用于固定和连接电路组件的机械基板。几乎所有现代消费电子设备和配件，包括手机、平板电脑、智能手表、无线充电器和电源等，都要用到PCB。这些多材料、多层板构成了印刷电路板组装（PCBA）的稳定基础，负责引导有源组件和无源组件之间的电流。
有源组件：产生能量 | 无源组件：储存能量 |
|---|---|
| 晶体管 | 电阻 |
| 二极管 | 电容 |
| 集成电路 | 电感器 |
| 放大器 | 变压器 |
| 传感器 | 继电器 |
| 晶体振荡器 | 保险丝 |
PCB的底层通常由坚固的非导电材料组合而成，这些材料具有绝缘性、防水性和温度稳定性。常见的PCB材料包括FR4、金属和聚酰亚胺（PI）。在选择PCB材料时，成本节省、功能性（如热膨胀）和环保性等都是需要考虑的因素。
在PCB的底层上蚀刻着将信号从一点传输到另一点的路径。这些薄体被称为“迹线”，通常由铜制成，铜是一种高导电性材料，其中电子在组件间移动时电阻很小。
PCB类型
不同类型的PCB具有不同的性能品质，并且通常根据所用基板的延展性进行分类。这些基板可以是刚性、柔性或刚柔结合型的。
| 刚性PCB | 柔性PCB | 刚柔结合型PCB | |
|---|---|---|---|
| 材料 | 玻璃纤维或金属 | 聚酰亚胺薄膜 | 可弯曲层和固体层 |
| 优势 | 成本效益高，易于大规模生产 | 轻量化，可弯曲 | 耐用，节省空间 |
| 应用示例 | 计算机、汽车、电子产品、家用电器、工业设备、电动工具 | 笔记本电脑、平板电脑、手机、摄像头、医疗设备、车载电子产品、显示器 | 雷达设备、航空电子设备、LCD显示器 |
除了这三种主要类型之外，PCB还可以根据其它标准进行分类，例如组件布局（单面或双面PCB）、材料（金属芯或陶瓷PCB）、连接密度（高密度互连和超高密度互连PCB）或层数（16层PCB）。
刚性PCB是使用最广泛的印刷电路板类型。
按行业划分的PCB应用
如果一款产品有接通开关，那么其很可能具有PCB。PCB几乎被用于所有电子设备，其应用范围涵盖各行业和各类设备。
高科技：定制PCB助力高度复杂、快速发展的高科技行业实现创新，包括5G基础设施和高速数据处理。由于该行业处于设备开发的前沿，此类电路板会具有高层数并使用独特的材料。
航空航天与国防：在此类应用中，可靠性至关重要，因为设备通常位于偏远地区，并可能面临极端环境因素（如温度、振动或冲击）。在该行业中，PCB可用于卫星和飞机的传感器、电源和导航系统。
汽车：虽然PCB可被用于所有现代汽车的抬头显示器、安全气囊、高级驾驶辅助系统等应用，但其在电动汽车中发挥着尤为关键的作用，因为它们管理着电机的运行和电力输送。
能源：PCB对于电力的产生、收集和分配至关重要。其可靠性不仅可保持能源的正常运行，而且还可促进电源网格与控制器、储能和系统监控之间的通信。
工业：工业应用中使用的自动化设备依靠PCB来应对高压电流、机械振动和极端温度等恶劣条件。此外，其还可用于制造钻头和压力机、测量设备和高速视频采集。
PCB设计基础知识
早期的电路板设计依赖于通孔结构，随后是表面贴装技术（SMT）。几十年来，设计都由手工绘制而成，这使得制造速度缓慢且成本高昂。计算机的引入使得整个设计流程发生了变化，不仅加速了生产，还提高了产品的一致性和功能。如今，制造商使用仿真软件进行PCB设计，以便在开发的各个环节都能对其设计进行建模、分析和验证。
PCB设计面临的挑战包括尺寸限制、热因素、电迁移、机械集成和电源效率。这些复杂性要求设计人员与不同领域的专家合作，以确保在整个流程中解决电气、机械和热工程方面的问题。
PCB设计流程：
- 原理图创建：设计人员使用电子计算机辅助设计（ECAD）软件绘制PCB的2D蓝图，以确定PCB组件、组件布局及其连接方式。
- 材料选择：设计人员根据最终装配的需求，选择用于电路板上的材料。材料选择包括FR-4、聚酰亚胺层压材料、复合环氧树脂材料（CEM）、液晶聚合物等。
- 设计审核：在生产之前，仿真软件被用于测试和验证电路板在各种情况下的性能。这些测试可确保组件布置满足所有要求。
PCB是如何制造的？
上述流程完成后，就可以开始制造电路板了。PCB制造是一个包含许多关键阶段的多阶段流程，其中，关键步骤包括打印、蚀刻、压板、钻孔、丝印和掩膜。
- 首先，将PCB原理图打印在覆铜基板上。
- 然后，在蚀刻过程中去除多余的铜，以显示电路的迹线和焊盘。
- 接下来，使用高温将交替的材料层压在一起，并在电路板上钻出安装孔、通孔引脚和过孔。
- 之后添加丝印层，将极性、连接器名称和公司徽标等信息标记在表面上。
- 最后，涂上一层阻焊剂以防止氧化和焊桥的形成。
PCB的未来
作为现代电子产品的支柱，PCB将随着其所支持的设备和机器的不断小型化、灵活化和功能强化而继续发展。微型化以及透明和可拉伸的材料，将使PCB能够以多种有趣的方式与电子产品设计相辅相成。随着电气化推动汽车和航空航天领域的创新，PCB将在确定清洁能源如何为通信和导航等系统提供动力方面发挥重要作用。
透明PCB由陶瓷或玻璃制成，以便于观察设备。
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