什么是PCB

什么是PCB

印刷電路板（Printed circuit board，PCB）幾乎會出現在每一種電子設備當中。如果在某樣設備中有電子零件，那么它們也都是鑲在大小各異的PCB上。除了固定各種小零件外，PCB的主要功能是提供上頭各項零件的相互電氣連接。隨著電子設備越來越復雜，需要的零件越來越多，PCB上頭的線路與零件也越來越密集了。

標準的PCB長得就像這樣。裸板（上頭沒有零件）也常被稱為「印刷線路板Printed Wiring Board（PWB）」。

板子本身的基板是由絕緣隔熱、并不易彎曲的材質所制作成。在表面可以看到的細小線路材料是銅箔，原本銅箔是覆蓋在整個板子上的，而在制造過程中部份被蝕刻處理掉，留下來的部份就變成網狀的細小線路了。這些線路被稱作導線（conductor pattern）或稱布線，并用來提供PCB上零件的電路連接。

導線（Conductor Pattern）

編者按:在前幾期雜志的《主板是怎么煉成的——微星 主板生產線探秘》、《彈指一揮間——多彩鼠標、鍵盤生產線 探秘》和《千錘百煉——九州風神散熱器生產線探秘》等文 章中，都不約而同提到了 PCB。雖然 PCB 是無處不在，幾乎 在所有的電子設備中均可看到它的身影，但是大多數人對 PCB還是很陌生。一個好的硬件工程師可以光看 PCB的設計， 就知道一塊板卡品質的好壞，做為一個普通的消費者或許沒 有這份功底，不過了解 PCB 的基礎知識還是非常必要的。接 下來，小編特別組織這篇文章，讓大家對 PCB 能有更深入的 了解。

掀起 PCB 的蓋頭

PCB 是英文全稱為“Printed Circuit Board”，中文稱為“印刷電路板”。PCB 的半成品是沒有任何電子元件的 裸板，我們一般將裸板稱為 “印刷線路板”，英文全稱 為“Printed Wiring Board ”，簡稱“PWB ”。

PCB 本身的基板是由絕緣隔熱、并不易彎曲的玻璃環 氧樹脂或類似材質制造而成的。在 PCB 的零件旁邊還可以 看到許許多多零部件的編號和名稱。

在 PCB 表面可以看到的細小線路材料是銅箔，原本銅 箔是覆蓋在整個 PCB上的，而在制造過程中部份被蝕刻處理 掉，留下來的部分

就變成網狀的細 小線路了●。這些 線路被稱作銅膜 走線 ， 簡稱導線

(或稱布線)，并用 來提供 PCB上電子 元件的電路連接。隨著電子設備越來越復雜，需要的零件越 來越多，PCB 上頭的線路與零件也越來越密集了。在雙層 PCB 中，都可以看到連通電路間的橋梁，我們稱之為“導孔”。導 孔是在 PCB 上，充滿或涂上金屬的小洞，它可以與雙層 PCB 的 兩面的導線相連接。多層 PCB 中，一般是通過盲孔(可從表面

看出來)或埋孔(不可從表面看出來)連通各層的導線
PCB 的種類

對于 PCB 的分類，一般來說是以層數來分的，主要分 為 : 單層 、 雙層 、 多層 。

1.單層PCB

單層 PCB 也是最基本的 PCB，當中的零件集中在其中一面，導線則集中在另一面上。因為單層 PCB 在設計線路上有許 多嚴格的限制(因為只有一面，布線間不能交叉而必須繞獨自 的路徑)，所以只有早期的電路才使用這類的 PCB。

2.雙層PCB

雙層 PCB 的兩面都有布線。不過要用上兩面的導線， 是通過兩層之間的導孔連通電路。因為雙層 PCB 的面積比 單層 PCB 大了一倍，而且因為布線可以互相交錯(可以繞到 另一面) ，它更適合用在比單層 PCB 更復雜的電路上。

3.多層 PCB

為了增加可以布線的面積，多層 PCB 用上了更多單或 雙層的布線板。多層 PCB 使用數片雙面板，并在每層板間 放進一層絕緣層后壓合。PCB 的層數就代表了有幾層獨立 的布線層，通常層數都是偶數，并且包含最外側的兩層。 大部分的主板都是 4～8 層的結構。由于 PCB 中的各層都緊 密結合的 ，所以一般是不太容易看出實際數目。

在多層板當中，更多使用到的是埋孔和盲孔技術。因 為在雙層 PCB 中提到的導孔，一定要打穿整個 PCB，在多 層 PCB 中如果只想連接其中一些線路，那么導孔可能會浪 費一些其他層的線路空間。埋孔和盲孔技術只穿透其中幾 層。盲孔是將幾層內部 PCB 與表面 PCB 連接，不須穿透整 個 PCB 。埋孔則只連接內部的 PCB ，所以光是從表面是看 不出來的 。

了將零件固定在PCB上面，我們將它們的接腳直接焊在布線上。在最基本的PCB（單面板）上，零件都集中在其中一面，導線則都集中在另一面。這么一來我們就需要在板子上打洞，這樣接腳才能穿過板子到另一面，所以零件的接腳是焊在另一面上的。因為如此，PCB的正反面分別被稱為零件面（Component Side）與焊接面（Solder Side）。

如果PCB上頭有某些零件，需要在制作完成后也可以拿掉或裝回去，那么該零件安裝時會用到插座（Socket）。由于插座是直接焊在板子上的，零件可以任意的拆裝。下面看到的是ZIF（Zero Insertion Force，零撥插力式）插座，它可以讓零件（這里指的是CPU）可以輕松插進插座，也可以拆下來。插座旁的固定桿，可以在您插進零件后將其固定。

ZIF插座

如果要將兩塊PCB相互連結，一般我們都會用到俗稱「金手指」的邊接頭（edge connector）。金手指上包含了許多裸露的銅墊，這些銅墊事實上也是PCB布線的一部份。通常連接時，我們將其中一片PCB上的金手指插進另一片PCB上合適的插槽上（一般叫做擴充槽Slot）。在計算機中，像是顯示卡，聲卡或是其它類似的界面卡，都是借著金手指來與主機板連接的。

邊接頭（俗稱金手指）

AGP擴充槽

PCB上的綠色或是棕色，是阻焊漆（solder mask）的顏色。這層是絕緣的防護層，可以保護銅線，也可以防止零件被焊到不正確的地方。在阻焊層上另外會印刷上一層絲網印刷面（silk screen）。通常在這上面會印上文字與符號（大多是白色的），以標示出各零件在板子上的位置。絲網印刷面也被稱作圖標面（legend）。

有白色圖標面的綠色PCB

沒有圖標面的棕色PCB

單面板（Single-Sided Boards）

我們剛剛提到過，在最基本的PCB上，零件集中在其中一面，導線則集中在另一面上。因為導線只出現在其中一面，所以我們就稱這種PCB叫作單面板（Single-sided）。因為單面板在設計線路上有許多嚴格的限制（因為只有一面，布線間不能交叉而必須繞獨自的路徑），所以只有早期的電路才使用這類的板子。

單面PCB表面

單面PCB底面

雙面板（Double-Sided Boards）

這種電路板的兩面都有布線。不過要用上兩面的導線，必須要在兩面間有適當的電路連接才行。這種電路間的「橋梁」叫做導孔（via）。導孔是在PCB上，充滿或涂上金屬的小洞，它可以與兩面的導線相連接。因為雙面板的面積比單面板大了一倍，而且因為布線可以互相交錯（可以繞到另一面），它更適合用在比單面板更復雜的電路上。

雙面PCB表面

雙面PCB底面

多層板（Multi-Layer Boards）

為了增加可以布線的面積，多層板用上了更多單或雙面的布線板。多層板使用數片雙面板，并在每層板間放進一層絕緣層后黏牢（壓合）。板子的層數就代表了有幾層獨立的布線層，通常層數都是偶數，并且包含最外側的兩層。大部分的主機板都是4到8層的結構，不過技術上可以做到近100層的PCB板。大型的超級計算機大多使用相當多層的主機板，不過因為這類計算機已經可以用許多普通計算機的集群代替，超多層板已經漸漸不被使用了。因為PCB中的各層都緊密的結合，一般不太容易看出實際數目，不過如果您仔細觀察主機板，也許可以看出來。

我們剛剛提到的導孔（via），如果應用在雙面板上，那么一定都是打穿整個板子。不過在多層板當中，如果您只想連接其中一些線路，那么導孔可能會浪費一些其它層的線路空間。埋孔（Buried vias）和盲孔（Blind vias）技術可以避免這個問題，因為它們只穿透其中幾層。盲孔是將幾層內部PCB與表面PCB連接，不須穿透整個板子。埋孔則只連接內部的PCB，所以光是從表面是看不出來的。

在多層板PCB中，整層都直接連接上地線與電源。所以我們將各層分類為信號層（Signal），電源層（Power）或是地線層（Ground）。如果PCB上的零件需要不同的電源供應，通常這類PCB會有兩層以上的電源與電線層。

零件封裝技術

插入式封裝技術（Through Hole Technology）

將零件安置在板子的一面，并將接腳焊在另一面上，這種技術稱為「插入式（Through Hole Technology，THT）」封裝。這種零件會需要占用大量的空間，并且要為每只接腳鉆一個洞。所以它們的接腳其實占掉兩面的空間，而且焊點也比較大。但另一方面，THT零件和SMT（Surface Mounted Technology，表面黏著式）零件比起來，與PCB連接的構造比較好，關于這點我們稍后再談。像是排線的插座，和類似的界面都需要能耐壓力，所以通常它們都是THT封裝。

THT零件（焊接在底部）

表面黏貼式封裝技術（Surface Mounted Technology）

使用表面黏貼式封裝（Surface Mounted Technology，SMT）的零件，接腳是焊在與零件同一面。這種技術不用為每個接腳的焊接，而都在PCB上鉆洞。

表面黏貼式零件

表面黏貼式的零件，甚至還能在兩面都焊上。

表面黏著式的零件焊在PCB上的同一面。

SMT也比THT的零件要小。和使用THT零件的PCB比起來，使用SMT技術的PCB板上零件要密集很多。SMT封裝零件也比THT的要便宜。所以現今的PCB上大部分都是SMT，自然不足為奇。

因為焊點和零件的接腳非常的小，要用人工焊接實在非常難。不過如果考慮到目前的組裝都是全自動的話，這個問題只會出現在修復零件的時候吧。

設計流程

在PCB的設計中，其實在正式布線前，還要經過很漫長的步驟，以下就是主要設計的流程：

系統規格

首先要先規劃出該電子設備的各項系統規格。包含了系統功能，成本限制，大小，運作情形等等。

系統功能區塊圖

接下來必須要制作出系統的功能方塊圖。方塊間的關系也必須要標示出來。

將系統分割幾個PCB

將系統分割數個PCB的話，不僅在尺寸上可以縮小，也可以讓系統具有升級與交換零件的能力。系統功能方塊圖就提供了我們分割的依據。像是計算機就可以分成主機板、顯示卡、聲卡、軟盤驅動器和電源等等。

決定使用封裝方法，和各PCB的大小

當各PCB使用的技術和電路數量都決定好了，接下來就是決定板子的大小了。如果設計的過大，那么封裝技術就要改變，或是重新作分割的動作。在選擇技術時，也要將線路圖的品質與速度都考量進去。

繪出所有PCB的電路概圖

概圖中要表示出各零件間的相互連接細節。所有系統中的PCB都必須要描出來，現今大多采用CAD（計算機輔助設計，Computer Aided Design）的方式。下面就是使用CircuitMakerTM設計的范例。

PCB的電路概圖

初步設計的仿真運作

為了確保設計出來的電路圖可以正常運作，這必須先用計算機軟件來仿真一次。這類軟件可以讀取設計圖，并且用許多方式顯示電路運作的情況。這比起實際做出一塊樣本PCB，然后用手動測量要來的有效率多了。