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電路板
來源:互聯網

電路板(Printed Circuit Board,簡稱PCB),又稱PCB,是為各類電子系統提供元器件機械裝配支撐和電氣連接,同時承載電子設備信號傳輸、信號收發、電源供給的核心基礎件,被稱為“電子產品之母”。

電路板屬于數?;旌想娐罚饕山^緣基材和導體兩類材料構成,由數字邏輯芯片和模擬電路元器件組成。電路板可以實現電路中各個元器件的電氣連接,代替復雜的布線,減小了傳統方式下的接線工作量,簡化了電子產品的裝配、焊接和調試工作,提高了電子設備的質量和可靠性。從1936年電路板誕生至今,PCB從單層發展到雙面板、多層板和撓性板,并不斷地向高精度、高密度和高可靠性方向發展。

隨著電子信息技術的發展,印制電路板在工業互聯網、無人駕駛、智能制造、元宇宙、人工智能、機器學習、醫療及航空航天等領域都得到了極其廣泛的應用。

發展歷程

誕生

1903年,AlbertHanson首先提出了“線路”的概念,并把它用于電話交換系統。1936年,保羅·愛斯勒博士真正發明了印制電路板的制作技術,印制電路板由此誕生了。在這個歷史時期,PCB采用的制造方法是加成法,即在絕緣板表面添加導電材料來形成導電圖形,采用的具體制造工藝有涂抹法、噴射閥、真空沉積法、蒸發法、化學沉積法和涂敷法等。在1936年底,采用上面所述生產技術的印制電路板曾應用于無線電接收機。

改良

自從1953年起,通信設備制造業開始對印制電路板重視起來。這時開始采用的制造工藝減層法,它的具體制造方法是采用覆銅箔紙基酚醛樹脂層壓板(PP基板),然后采用化學藥品來溶解并除去不需要的銅箔,這樣剩下的銅箔就形成電路。在這個歷史時期,采用的腐蝕液的化學成分是三氯化鐵,其代表產品是索尼制造的手提式晶體管收音機,它是一種采用PP基材的單層PCB。

1960年起,日本公司開始大量使用GE基板材料。1964年,美國光電路公司開發出沉厚銅化學鍍銅液(CC—4),開始了新的加成法制造工藝。日立制作所引進了CC—4技術,目的是用于解決GE基板在初期有加熱翹曲變形、銅箔剝離等問題。隨著材料制造商技術的逐步改進,GE基材的質量不斷地提高。1965年起,日本有好幾家制造商開始批量生產GE基板、工業電子設備用GE基板和民用電子設備用PP基板。

發展

1970年起,通信行業的電子交換機開始使用3層的PCB;之后大型計算機開始采用多層印制電路板,因此多層印制電路板得到了快速的發展。這個時期,超過20層的印制電路板采用聚酰亞胺層壓板作為絕緣基板。這個時期的印制電路板從4層向6層、8層、10層、20層、40層以及更多工作層面發展,同時實現了高密度化(細線、小孔、薄板化),具體的導線寬度和間距從0.5mm向0.35mm、0.2mm、0.01mm發展,印制電路板單位面積上布線密度大幅度提高。另外,印制電路板上原來的插入式安裝技術逐漸過渡到表面貼裝技術。這個時期的另一個重要突破是實現了自動裝配線,可以自動安裝PCB上的元器件。

20世紀80年代,印制電路板處于高速發展的時期,它廣泛應用于各個領域中,逐漸成為電子系統和設備制造中必不可少的一個組成部分。同時,多層印制電路板獲得了飛速發展,它逐漸代替了單層板和雙層板而成為了設計的主流。

1980年后,PCB高密度化也明顯得到提高,這時已經可以生產出62層的玻璃陶瓷基印制電路板。這種高密度化進一步促進了移動通信和計算機的發展。

革新

20世紀90年代前期,PCB的發展經歷了一段低谷時期。1994年,印制電路板開始恢復發展,其中擾性印制電路板獲得了較大的發展。1998年開始,積層法印制電路板開始進入到了實用期,產量開始急劇增加;IC元件封裝形式也開始進入到球刪陣列(BGA)和芯片級封裝(CSP)的階段。

由于歐盟于2003年2月13日頒布RoHS即《禁止在電氣電子設備中使用特定有害物質指令》和WEEE即《廢棄電氣電子設備指令》兩個指令,從2006年7月1日起伴隨著PCB一起成長和成熟的Pb/Sn合金焊接材料被禁用。Pb/Sn合金被SnAgCu合金取代,從印制電路板到電子元件封裝技術發生了巨大的變化,由于新材料共晶溫度提高(從原來的183℃提高到217℃),電路板耐熱性能被提到了前所未有的高度,并由此引發了從印制電路板材料到制程全方位的革新。

如今,印制電路板的發展主要表現在機械化、工業化、專業化、標準化和智能化等方向,它已經形成一門在電子工業領域中的新興的、強大的印制電路制造工業。另外,主導21世紀的技術革命的納米技術,將會極大地帶動電子元器件的研究開發,從而引起PCB制造工業的革命性發展。

原理

工作原理

利用板基絕緣材料隔離開表面銅箔導電層,使得電流沿著預先設計好的路線在各種元器件中流動完成諸如做功、放大、衰減、調制、解調、編碼等功能。

焊接原理

目前電子電路板安裝方式一般采用錫焊方式來進行,錫焊技術一般采用錫合金這種金屬作為焊接時所需的焊接物料,充分利用金屬在到達熔點后會熔化的特性,通過將待焊接的金屬部件與錫合金中的錫原子熔融后擴散并相互結合,在點焊的位置形成存在浸潤的金屬結合層。從外部看,電子電路板熔融后的錫箔和各個器件焊接后的引線表面都比較光滑,而實際上,浸潤的金屬結合層表面存在有肉眼難以觀察的凹凸間隙,熔融后的錫焊材料利用流體力學中的虹吸原理,沿著各個空隙擴散,最終將各個器件的引線與電子電路板上的焊點黏合牢固,保證了良好的導電性。

結構組成

組成部分

電路板的組成部分包含主要基板、助焊膜、阻焊膜等多個組件。

基板

基板一般由絕緣隔熱、不易彎曲的絕緣材料制作,一般常用的基板是覆銅箔版。

接插件

接插件是指用于電路板之間連接的元器件。

焊盤

焊盤用于焊接元器件引腳的金屬孔。一個焊盤可以有幾種不同的形狀和類型,最常用的兩種焊盤類型為表貼元件安裝的鍍錫焊盤和通孔鍍錫焊盤。

助焊膜

PCB的焊盤表面可看到許多比之略大的淺色斑痕,這就是為提高可焊性能而涂覆的助焊膜。

阻焊膜

印制電路板上非焊盤處的銅箔是不能輕易剔除的,因此印制電路板上焊盤以外的各部位都要涂置一層綠色或棕色的阻覆膜,可以防止銅箔氧化和助止焊接時橋焊的產生。

導通孔

其的主要作用是連通各線路層,主要包括盲孔、通孔、埋孔。其中埋孔又分為埋通孔和埋盲孔兩種類型。

電氣邊界

電氣邊界用于確定電路板的尺寸,所有電路板上的元器件都不能超過該邊界。

字符

字符的主要功能是做標記,用于標明焊盤的位置以及焊接的元器件名稱,方便電子設備的組裝或者維修。

走線

PCB上的走線實際上就是信號導線,它提供了相同的傳輸電信號的功能,它的兩端一般與PCB上的元件的引腳相連接。PCB 上的走線是通過對銅層進行蝕刻,去掉不需要的部分而留下的部分就是走線或者焊盤。走線的寬度是 PCB 設計中的重要參數,它與走線所能承受的電流大小相關。

工作層面及其作用

信號層

信號層主要用來放置元器件或布線。包括32層,即頂層、底層及30個中間層。對于單面板頂層不可布線,底層是唯一可以布線的工作層。

精細線路層

精細線路層是實現PCB功能的主要部分,將連接各元器件的線路按照一定的方式排布形成圖形,將設計的圖形加工制作在絕緣介質層的表面就形成了精細線路層。從導電性和成本兩方面考慮之后,現在精細線路的材料都是金屬銅。

表面處理層

表面處理層覆蓋在焊盤位置的銅表面上,一方面防止銅面發生氧化,另一方面增強焊盤與焊錫之間的結合力。表面處理的方式有化學金、化學鎳鈀金、浸錫、浸銀、電鍍鎳金、OSP等,上一代最常用的表面處理是熱風整平,由于含鉛已經被禁止使用。

內部電源/接地層

內部電源/接地層主要用于放置電源和地線,共可放置16層,是一塊完整的銅箔。可直接連元件的電源和地線引腳。這樣單獨設置電源和接地層的方法,可以最大限度地減少電源和地之間連線的長度,可以將電路板表層布線大大簡化,同時也對電路中的高頻信號的輻射到了良好的屏蔽作用,特別適用于較復雜的電路。

機械層

機械層一般用于放置各種指示和說明性文字,如電路板尺寸、孔洞信息。在PCB層數不多的情況下通常只用一個機械層。

助焊層

助焊層有兩層,用于將表面貼裝元件黏貼到電路板上。

絲印層

絲印層主要用來在電路板上印上元器件的流水號、生產編號、公司名稱等其他文本信息。為了焊接元件或維護時便于查找元件而設置的,共2層。需要指出的是,在設計絲印層時,不能只注意布置的美觀而忽略實際制作的多氯聯苯效果。要注意,字符不能被元件遮住,不能侵入防焊區,不能將元件標號打到別的元件上去等。

阻焊層

阻焊層有兩層即頂層阻焊層和底層阻焊層。不需要焊接的地方涂上阻焊劑,阻焊能防止板子上焊錫隨意流動,是免非焊盤處的銅箔粘錫,而造成各種元件之間的短路。因此,在焊盤以外的各部位都要覆一層涂料,用于阻止這些部位上錫。同時,阻焊層能將銅膜導線覆蓋住,防止銅膜過快在空氣中氧化,但是在焊點處留出位置,并不覆蓋焊點。

禁止布線層

禁止布線層即允許布線的范圍,用于定義放置元件和布線的范圍。自動布線和布局都應先設定好。

多層

多層又叫穿透層,主要用于設置多面層,放置所有穿透式焊盤和過孔在每層都可見的符號。

產品規格

技術標準

早期PCB設計采用網格坐標上孔和線的位置為尺寸參照。元器件均為引線插孔安裝,為便于設計和安裝,將所有元件孔和安裝孔位置,甚至PCB外形線都設定在標準網格交點與網格線上,網格間距2.5mm或2.54mm及其1/2輔助線上。

線路規格

PCB設計時,走線及線寬、線線、孔線間距等有一定要求,在不影響電路性能和信號傳輸的情況下,應考慮以下兩點:一是極限線寬間距3/3MIL,通常成品1OZ最小線寬/間距4.5/4.5MIL,成品2OZ最小線寬/間距6/6MIL,后續每增加銅厚1OZ,線寬與間距相應增加1MIL,對應銅厚內層線寬與間距一致,條件允許時建議設計分別加大1MIL。當然特殊情況也可以特殊考慮,溫度不同時,線寬與載流量也受影響。二是線路鋪銅整個設計布線完畢后,盡量對未布線的空白區域進行鋪銅處理,以增加電路的抗干擾力。畫出灌銅區域外框,選擇灌注方式,將地網絡與銅皮相連。但銅皮與焊盤、線最好8MIL以上間距。

銅孔規格

一般來說孔徑公差可控制范圍為:正??讖焦钍前凑誌PCⅡ級標準;壓接孔孔徑公差可以控制在±0.05mm,PTH可以控制孔徑公差±0.08mm,NTPH可以控制孔徑公差±0.05mm,孔位公差±0.075mm??足~要求為:IPCⅢ級標準控制,孔銅平均25um,單點大于20um。最小孔徑0.15MM。同時根據供應商可控能力,PCB設計時應注意:

(1)安裝孔設計時如不需要接地,建議設計成無銅孔;

(2)盡量設計成通孔。需要用到盲埋孔時優先埋孔,盲埋孔設計時盡量不要交叉,孔到孔間距大于10mil,過孔盡量不要打在需要焊接的焊盤上;

(3)考慮孔位偏差與孔徑公差與孔銅厚度,一般按大于器件插腳0.2MM設計,如方孔或矩形孔,應考慮以對角距離為大??;

(4)槽孔設計0.5MM以上,長度盡量大于寬度的兩倍,防止廠商加工時鉆偏,短槽可以考慮用大孔或連孔設計,軟件無法畫槽時孔圖中應標識大小與位置。

(5)厚徑比(最小孔徑與板厚的比值)≤1:16,最好不小于1:12。

制作關鍵技術

電鍍銅技術

PCB伴隨著微電子技術的發展而逐漸從單層,雙層發展到多層結構,多層結構的設計制作是一重要環節,其中各層印制板的導通互連更是一項關鍵技術。各層印制電路板的導通主要采用金屬化后的微小孔進行互連,微孔金屬化的主要方法是電鍍技術。金屬銅以其高導電性能和抗電遷移能力成為微孔金屬化的主要使用金屬,由此電鍍銅技術也由剛開始投入使用的傳統直流電鍍逐漸發展,因而脈沖電鍍銅技術,新型直流電鍍銅技術應運而生,且電鍍銅技術因科學研究者的不懈努力還在不斷改進和開發中。

高密度互連技術

高密度互連電路板

20世紀90年代初期,日本、美國開創應用高密度互連技術,制造工藝是使用雙面或者多層板材作為芯板,使用多層重疊堆疊技術保持每層次版面之間絕對絕緣的PCB,制造高密度、高集成的電子線路板。高密度互連電路板能夠進行高頻率運作,導線以及微型鉆孔都可以進行精細化的操作,對于各層的絕緣都能夠合理設計,使其導熱性能更加科學合理。通過應用高密度互連技術,可以明顯提高印制電路板制造的品質和工作速率。

高密度任意層互連印制電路板

高密度互連(HighDensityInterconnector,HDI)PCB是相對于傳統印制電路板來說的,其與傳統印制電路板的區別在于:第一是高密度互連印制電路板的布線密度比傳統多層板高。第二是高密度互連印制電路板所設計的通孔和盲孔的孔徑比傳統多層板的小很多。第三是高密度互連印制電路板的每一層板厚度比傳統多層板薄很多。這種電路板在應用過程中,由于層次結構的存在差異,所以會對印制電路板制造產生不同的影響。通常情況下,越是精密和復雜的電子產品,它的高密度任意層互連電路板的層數也會更多,層數多了制造難度也會更大?,F階段,高密度任意層互連PCB層的連接方法主要是階梯連接、錯孔連接等,以此確保產品性能穩定。

集成式技術

集成印制電路板技術是將一個或多個分離的電子元器件(如電阻電容、電容等)集成在一個印制電路板結構中,使集成的印制電路板成為具有一定程度系統功能的印制電路板,具有提高電子產品系統功能的可靠性、改善信號傳輸性能、有效降低生產成本、使生產工藝更加綠色環保等優勢,是電子器件系統集成微型化的一種技術途徑,具有巨大的市場開發潛力。這種PCB制造技術,也是朝著短小精細的方向發展。

剛撓技術

采用數枚小型積層多層板與連接它們的撓性板(FPC)或者電纜組合而成的系統結構,稱為模擬剛撓PCB。采用這種技術可以使印制電路板實現多層板層構造,可以使產品在設計以及外形上實現小巧、輕薄、便于攜帶的特點。而且采用剛撓技術,能夠促進印制電路板性能的穩定,使其高效循環。

激光技術

激光成像技術

激光成像技術是利用聚焦激光、光柵掃描、曝光像素點等技術手段,將PCB制造用到的圖像進行呈現。激光成像過程中,通常需通過藍區或者紫光區,來得到圖像的相關數據,接著就可以通過激光實現成像的需求。在印制電路板制造技術中,采用激光成像技術可以有效保證制造技術的水平和質量。

激光微孔技術

在現階段的印制電路板制造過程中,打孔主要是利用激光微打孔來實現。在實際的制造過程中,操作人員要按照電路板的型號及技術要求,來選擇合適的激光微孔技術,確保制造技術的科學合理性。

高散熱金屬基板

高散熱金屬基板主要利用金屬基板材料本身具有較佳的熱傳導性,將熱源從大功率元器件中導出。它的散熱性能關系到多芯片(元器件)封裝的結構布局和元器件封裝的可靠性。高散熱金屬印制板作為高端印制板,其金屬基板兼容表面貼裝工藝、縮小產品體積、降低硬件及裝配成本、取代易碎的陶瓷基板、增加鋼性,同時獲得了更好的機械耐久力,在眾多散熱基板中顯示出強勁的競爭力,應用前景十分廣闊。

設計與制作

設計流程

在繪制PCB之前,用戶要對電路板有一個初步的規劃,比如說電路板采用多大的物理尺寸,采用幾層電路板,是單面板還是雙面板,各元件采用何種封裝形式及其安裝位置等。這是一項極其重要的工作,是確定電路板設計的框架。

參數的設置是電路板設計的重要步驟。設置參數主要是元件的布置參數、板層參數、布線參數等。一般說來,有些參數用其默認值即可。

這是電路板設計的先期工作,主要是完成電路原理圖的繪制,包括生成網絡表。當然有時也可以不進行原理圖的繪制,而直接進人PCB設計系統。通常情況下,設計人員都會選擇ALTIUM DESIGNER軟件來開展描畫和設計工作,大部分的元器件都能夠在該軟件的樣本中找到,有少部分不在圖庫里面,需要設計者自己勾繪制作出來。

網絡表是電路板自動布線的靈魂,也是電路原理圖設計系統與印制電路板設計系統的接口。只有將網絡表裝入之后,才可能完成對電路板的自動布線。元件的封裝就是元件的外形,對于每個裝入的元件必須有相應的外形封裝,才能保證電路板布線的順利進行。

目前元件可實現自動布局,規劃好電路板并裝入網絡表后,用戶可以讓程序自動裝入元件,并自動將元件布置在電路板邊框內。但是一般情況下,該功能并不能滿足實際工作的需要,因此需要設計者熟悉布局的規則。布局時應該將數字電路部分和模擬電路部分分開,中間留有一部分空間隔開。布局時應根據速率高、中、低速、I/O電路分區,以減少高速電路對其它部分的干擾。

目前元件可實現自動布線,只要將有關的參數設置得當,元件的布局合理,自動布線的成功率幾乎是100%。

自動布線結束后,往往存在令人不滿意的地方,需要手工進行調整。

完戰電路板的布線后,保存完成的電路線路圖文件。然后利用各種圖形輸出設備,如打印機或繪圖儀輸出電路板的布線圖。

制作工藝

工業水平PCB工藝

該種工藝流程為:首先在敷銅板上畫好電路圖形,再將保留的部分涂上抗腐蝕材料,然后放到腐蝕液中腐蝕掉沒用的部分,最后除去抗腐蝕材料、鉆孔、涂助焊劑即為待用的PCB。該工藝方法具有非常多的優點,尤其適合制作精密電路板,可使線寬間距達到0.1~0.12mm,適合工廠大批量的生產制造。但是該工藝用于教學和科研則存在一些無法克服的缺點。主要有以下幾點:一是工藝較為復雜,需要投入較高的設備成本;二是操作復雜,操作人員需要具備較高的專業能力和豐富的操作經驗;三是制作過程中,會應用到大量如乙二胺四乙酸二鈉、重金屬、甲醛等有毒有害物質;四是需要配備如保存干膜所需的冷庫、貼膜所需的無塵空間以及黃光環境、制作底片所需的暗室等特殊的工作場地;五是如不進行連續生產和使用,會造成大量的成本浪費。例如干膜保存期非常短,化學鍍銅藥水穩定性極差等等;六是需要配備專業的化學分析實驗室和專業的廢水處理車間。

機械制板工藝

這項工藝更加適合制作高精度的雙向電路板,主要的工藝流程為:電路板刻制機隨機軟件直接讀取設計數據并自動計算刻制機自動鉆孔采用先進的直接電鍍工藝完成孔的導電用刻制機自動完成雙向線路的銑制用刻制機自動完PCB的外型切割。這項工藝有很多優點,比較突出的有:一是能夠快速制作單件樣品,能夠較好的應用于科研和教學方面;二是制作的電路精度相對較高,常見的機型都可以將線寬和間距制作到0.1mm左右,與當前PCB工業化制作處于同一水平;三是系統具備較高的擴展性,設計使用者可以選擇增加阻焊、字符等功能,也可以將其升級為多層板的制作系統,同時還可制作帶有埋孔和臺孔的多層板。

性能檢測

外觀工藝

電路板焊接完后,先不直接給電路板供電,檢查電路板的線路和元器件外觀,確保符合要求。按照電路圖檢查線路,根據電路圖的連線,按順序逐一檢查安裝好的線路;對照原理圖進行,以元件為中心進行檢查。把每個元件引腳的連線都檢查一遍,最好用指針萬用表歐姆擋的蜂鳴器測試,直接測量元器件引腳,這樣可以同時發現接線不良的地方。

電性能

為確保測量精度,可用微歐表和電橋測量,要求金屬化孔電阻不大于3mΩ,早期允許雙面板金屬化孔電阻不大于5mΩ,實測金屬化孔電阻不大于1mΩ。用電阻表確定導線間有無短路、斷開處。當使用PCB時,發現斷路和短路缺陷,如非批量性問題,僅為個別缺陷,如板子結構簡單,線路密度低,可自行補線修復后繼續使用。測電性能需測量絕緣電阻,可用萬用表或高阻儀(兆歐表)測量,對于相鄰導線或金屬化孔之間的絕緣電阻,用500V的輸出電壓測量,絕緣電阻在1MΩ以上。

機械性能

PCB上導線的抗剝強度和焊盤抗拉強度非常重要,早期的成品板表面沒有阻焊層保護,組裝焊接工藝為手工焊或波峰焊,易出現板面導線與焊盤剝落的現象。一般要求導線的抗剝強度不小于1.0N/mm,焊盤為直徑3.0mm的圓盤和1.0mm的孔,引線經過焊上、焊下、再焊上3次烙鐵熱沖擊后,抗拉強度不小于40N/mm。

可靠性實驗

為確保雙面板和多層板金屬化孔的可靠性,先進行高溫、高濕、高低溫循環沖擊老化實驗和振動實驗,再檢驗板子表面的可焊性和耐焊性。機械振動實驗是將印制板放置于振動臺,在一定的振動頻率和加速度條件下振動;另有跌落實驗,即讓板子多次從一定高度跌落。要求實驗后,板子電氣連通性完好,無斷裂、分層等缺陷。對于檢驗時的抽樣方式,在20世紀80年代前均采取百分比抽樣,此后逐步進入計數抽樣,按GB/T2828逐批檢查計數抽樣程序及抽樣表的規定設定抽樣規則。

分類

按導電層層數分

根據電路板的層數,可將其分為單面板、雙面板和多層板三種。單面板是PCB中最基本的一種,電子元件一般設置于電路板的同一側,另一面則放置連接導線。由于導線都位于一面,因此將其稱為單面板。這種早期的電路板,在其使用過程中會受到很多嚴格限制,功能存在較大局限性。雙面板則是兩面都布置有導線,由于基板兩面的導線需要相互作用,因此這種板子都設置有過孔作用連接橋梁。雙面板的功能面積相比單面板擴大了一倍,導線也更加復雜,因此具備更多功能,能夠應用于更加復雜的電路上。多層板在雙面板的基礎應用了更多的雙面布線,并于每層間加入絕緣材料進行壓合。有多少層板就表示有多少獨立布線層,一般情況都是制作成偶數層,并且要包換最外面的兩層。比較常見的板子以4~8層結構居多,雖然從技術方面來講,可以達到將近100層,但因其實用性不高,目前超多層已經逐漸被淘汰。

按彎折韌性分

按彎折韌性,電路板可分為剛性電路板和柔性電路板、軟硬結合板。剛性PCB的常見厚度有0.2mm、0.4mm、0.6mm、0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.6mm、2.0mm等。柔性PCB的常見厚度為0.2mm,要焊零件的地方會在其背后加上加厚層,加厚層的厚度0.2mm、0.4mm不等。剛性PCB的材料常見的包括:酚醛紙質層壓板、環氧紙質層壓板、聚玻璃氈層壓板、環氧玻璃布層壓板;柔性PCB的材料常見的包括:聚酯薄膜、聚酰亞胺薄膜、化乙丙烯薄膜。

按基材材料分

PCB按材料分為:有機材料電路板和無機化合物材料電路板。有機類基板是用增強材料如玻璃纖維布等制成,這類基板又稱為覆銅箔層壓板。無機類基板主要是陶瓷板和瓷釉包覆鋼基板。

按適用范圍分

按適用范圍電路板可分為低頻和高頻印制電路板。高頻線路板具有更好的高頻性能,能夠在高速信號傳輸時保持穩定的信號質量和較低的信號失真率。而普通電路板則通常只適用于低頻信號傳輸,其性能相對較弱。所以高頻線路板一般應用于高頻率信號處理、微波天線、衛星通信、射頻醫療設備等高性能領域。而普通電路板則應用于各種電子產品中,比較廣泛。

應用領域

PCB是承載電子元器件并連接電路的橋梁,廣泛應用于通訊電子、消費電子、計算機、汽車電子、工業控制、醫療器械、國防及航天等領域。

通信設備

在通信設備領域,PCB電路板扮演著重要角色。例如,手機、平板電腦等消費類電子產品都離不開PCB電路板。在智能手機中將以高多層印制電路板為主板,低多層印制電路板作為補充子板,主板一般會用10層的積層電路板。此外,無線路由器、衛星通信系統等通信設備的內部也有許多復雜的電路板。這些電路板負責處理數據傳輸、信號放大、電源管理等功能,是實現通信設備正常運行的關鍵。

醫療儀器

在醫療設備領域,PCB電路板同樣發揮著重要作用。例如,心電監護儀、血壓計、血糖儀等醫療設備的內部都有復雜的電路板。這些電路板負責收集和處理患者的生理數據,為醫生提供準確的診斷依據。此外,隨著遠程醫療的發展,越來越多的醫療設備開始具備數據傳輸功能,這也需要高效的PCB電路板來實現。

汽車電子

隨著汽車電子技術的不斷發展,越來越多的汽車開始使用各種電子設備,如導航系統、音響系統、安全氣囊等。這些電子設備都需要依賴PCB電路板來實現各種功能。此外,新能源汽車的興起也為PCB電路板帶來了新的機遇。電動汽車需要大量的電池管理系統和充電設備,這些都離不開高效的PCB電路板。

航空航天

在航空航天領域,陶瓷線路板被用于飛行控制系統中,以確保這些系統在高速飛行和復雜的氣候條件下正常工作。這是由于陶瓷材料的熔點很高,可以承受高達1000°C的高溫且陶瓷線路板還具有優良的尺寸穩定性和耐化學腐蝕性,這可以保證它們在各種環境下都能夠表現出良好的穩定性和可靠性。

工業控制

在工業控制領域,PCB電路板被廣泛應用于自動化生產線、機器人、傳感器等設備中。這些設備需要實時采集和處理各種數據,以實現高效、穩定的生產過程。PCB電路板作為這些設備的“大腦”,負責協調各個部件的工作,確保整個系統的穩定運行。

回收知識

回收意義

廢棄的電子垃圾被公認為世界上增長速度最快和處理難度最大的垃圾種類。其中,如電視、計算機、打印機、智能手機、平板電腦等一些電子產品的集成電路板是它們的核心部件,主要用于承載其上的各種電子元器件,使其相互關聯。這些電子產品報廢后,其中的電路板成會為廢棄印刷電路板。它們的含量約占全世界每年產生電子廢料的30%左右,由于廢舊印刷電路板中含有有毒有機物質,如ep、溴化阻燃劑、固化加速劑等;無有機化合物如玻璃纖維、二氧化硅、氧化鈣、氧化鋁等成為嚴重的污染源。所以這些廢棄的電子垃圾如果不妥善處理,都會對世界的生態環境和人體健康帶來非常嚴重的后果。

此外對廢舊印刷電路板進行了相關成分檢測發現,一噸廢舊印刷電路板大約中含有0.5kgAu、130kgCu、40kgPb、20kgNi以及270kg的有機高分子化合物聚合物。在相同的規格下,廢舊印刷電路板中貴重金屬含量有可能是原礦石的10倍之多。不過,非金屬部分也有自己的價值,它含有大量的聚合物材料,可以作為能源或原材料。因此從廢舊印刷電路板中二次回收有價值的金屬和非金屬,從經濟上和環境上來看都是非常有意義的。

回收方法

機械物理回收法

機械處理法是一種以廢棄電路板不同的機械物理性能、不同有價金屬的富集量以及不同成本的分離方法為分選標準的方法。廢電路板首先采用2~4級破碎,由于廢電路板有一定硬度,金屬有延展性,因此破碎設備同時帶有剪切功能,常用的破碎設備有切碎機、剪切式破碎機、錘式破碎機、磨碎機等。經過一級破碎,板子尺寸可降低到1~10mm,經過兩級破碎,可降低至1mm左右。根據實驗和經驗,通常破碎至1mm以下時,金屬與非金屬解離度可達到90%,破碎至0.6mm以下,解離度幾乎達到100%。破碎效果對后續的選別分離影響較大,但無論哪種選礦方法,都要求破碎尺寸越均勻越好。

化學反應處理法

化學法依據廢棄電路板中不同組分具有不同的化學性質,進行不同提取方法。其中,焚燒、熱解以及濕法冶金技術是目前最常用的化學法。焚燒法包括了普通焚燒與防氧化焙燒。普通焚燒是利用焚化爐燃燒分解電路板破碎產物中的可燃物,使金屬和難熔物富集。防氧化焙燒法是在高溫環境下將廢棄電路板緊密地疊加在一起進行焙燒,使得可燃物燃燒碳化,線路板中的金屬未被氧化。焚燒法具有減容、減量、資源化等優點,但易產生HBr、二噁英等劇毒物質。

熱解是使廢棄電路板中的有機化合物在惰性氣體保護下進行加熱,當加熱到一定溫度時,有機物將發生分解反應,生成以氣體形式存在的相對分子質量較低的碳氫化合物,將其從反應器中排出處理后再利用,接著利用物理法回收余下的固體物質(主要為金屬、陶瓷和玻璃纖維混合物)。

生物濕法冶金技術借助微生物的生物吸附、積累和浸出性,使廢棄電路板中的鉻、銅、鎳、金、銀等金屬溶解到含有微生物的浸出液中。具體操作流程如下圖所示:

發展前景

在當前云技術、5G網絡建設、大數據、人工智能、共享經濟、工業4.0、物聯網等加速演變的大環境下,作為“電子產品之母”的PCB行業將成為整個電子產業鏈中承上啟下的基礎力量。

隨著5G建設的不斷推進,由于5G高速、高頻的特點,就單個基站而言,通訊板的價值量也會有很大的提升,5G基站建設對于電路板的需求會進一步拉動。其次,由于5G信道增多,因此對于單片PCB面積和層數要求更高,面積從15cm增加到35cm,電路板層數也從雙面板升級至12層板左右。另外,5G終端設備,如手機、智能手表等,也要與通信技術同步更新換代,這部分的電路板需求比基礎設施部分還要大得多。而且隨著下游電子產品追求輕、薄、短、小的發展趨勢,PCB持續向高精密、高集成、輕薄化方向發展。

最后新型數字化印刷技術、無銅孔板技術以及新型金加工工藝等新技術在電路板制造領域得到了廣泛應用,有更高的制造效率、制造質量更高,同時也帶來了更低的生產成本。這些新技術為電路板行業提供了新思路和新方向,也為印制線路板企業的信息化和智能化生產提供了支持。從產品結構看,以多層板和IC封裝基板為代表的高端產品增速會顯著優于普通單層板、雙面板等常規產品。

參考資料 >

電路板有什么品牌?十大PCB電路板廠家排名.南方財富網.2023-08-24

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電路板的工作原理是什么?.今日頭條.2023-08-26

電路板原理.電子元件技術網.2023-08-24

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PCB電路板的多元化應用.搜狐網.2023-08-24

利用陶瓷線路板提高電子設備的溫度穩定性和抗干擾性能.新浪看點.2023-08-26

2023電路板行業現狀與市場發展前景趨勢分析.中研網.2023-08-24

中國電路板行業發展前景淺析.前瞻產業研究所.2023-08-24

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