PCBA基础知识详细解析

时间：2022-03-02

PCBA是英文Printed Circuit Board +Assembly 的简称，也就是说PCB空板经过SMT上件，或经过DIP插件的整个制程，简称PCBA .这是国内常用的一种写法，而在欧美的标准写法是PCB'A，加了“'”，这被称之为官方习惯用语。

电路板

印刷电路板，又称印制电路板，印刷线路板，常使用英文缩写PCB（Printed circuit board），是重要的电子部件，是电子元件的支撑体，是电子元器件线路连接的提供者。由于它是采用电子印刷技术制作的，故被称为“印刷”电路板。在印制电路板出现之前，电子元件之间的互连都是依靠电线直接连接而组成完整的线路。现在，电路面包板只是作为有效的实验工具而存在，而印刷电路板在电子工业中已经成了占据了**统治的地位。20世纪初，人们为了简化电子机器的制作，减少电子零件间的配线，降低制作成本等优点，于是开始钻研以印刷的方式取代配线的方法。三十年间，不断有工程师提出在绝缘的基板上加以金属导体作配线。而较成功的是1925年，美国的Charles Ducas 在绝缘的基板上印刷出线路图案，再以电镀的方式，成功建立导体作配线。

直至1936年，奥地利人保罗·爱斯勒（Paul Eisler）在英国发表了箔膜技术，他在一个收音机装置内采用了印刷电路板；而在日本，宫本喜之助以喷附配线法“メタリコン法吹着配线方法（特许119384号）”成功申请专利。[2]而两者中Paul Eisler 的方法与现今的印刷电路板较为相似，这类做法称为减去法，是把不需要的金属除去；而Charles Ducas、宫本喜之助的做法是只加上所需的配线，称为加成法。虽然如此，但因为当时的电子零件发热量大，两者的基板也难以配合使用[1]，以致未有正式的实用作，不过也使印刷电路技术进一步。

基材

基材普遍是以基板的绝缘部分作分类，常见的原料为电木板、玻璃纤维板，以及各式的塑胶板。而PCB的制造商普遍会以一种以玻璃纤维、不织物料、以及树脂组成的绝缘部分，再以环氧树脂和铜箔压制成“黏合片”（prepreg）使用。

而常见的基材及主要成份有：

FR-1 ──酚醛棉纸，这基材通称电木板（比FR-2较高经济性）

FR-2 ──酚醛棉纸，

FR-3 ──棉纸（Cotton paper）、环氧树脂

FR-4 ──玻璃布（Woven glass）、环氧树脂

FR-5 ──玻璃布、环氧树脂

FR-6 ──毛面玻璃、聚酯

G-10 ──玻璃布、环氧树脂

CEM-1 ──棉纸、环氧树脂（阻燃）

CEM-2 ──棉纸、环氧树脂（非阻燃）

CEM-3 ──玻璃布、环氧树脂

CEM-4 ──玻璃布、环氧树脂

CEM-5 ──玻璃布、多元酯

AIN ──氮化铝

SIC ──碳化硅

金属涂层

金属涂层除了是基板上的配线外，也就是基板线路跟电子元件焊接的地方。此外，不同的金属也有不同的价钱，不同的会直接影响生产的成本；不同的金属也有不同的可焊性、接触性，也有不同的电阻阻值，也会直接影响元件的效能。

常用的金属涂层有：

铜

锡

厚度通常在5至15μm[4]

铅锡合金（或锡铜合金）

即焊料，厚度通常在5至25μm，锡含量约在63%[4]

金

一般只会镀在接口[4]

银

一般只会镀在接口，或以整体也是银的合金

线路设计

印制电路板的设计是以电子电路图为蓝本，实现电路使用者所需要的功能。印刷电路板的设计主要指版图设计，需要内部电子元件、金属连线、通孔和外部连接的布局、电磁保护、热耗散、串音等各种因素。优秀的线路设计可以节约生产成本，达到良好的电路性能和散热性能。简单的版图设计可以用手工实现，但复杂的线路设计一般也需要借助计算机辅助设计（CAD）实现，而*的设计软件有Protel、OrCAD、PowerPCB、FreePCB等。

基本制作

简介

根据不同的技术可分为消除和增加两大类过程。

减去法

减去法（Subtractive），是利用化学品或机械将空白的电路板（即铺有完整一块的金属箔的电路板）上不需要的地方除去，余下的地方便是所需要的电路。

丝网印刷：把预先设计好的电路图制成丝网遮罩，丝网上不需要的电路部分会被蜡或者不透水的物料覆盖，然后把丝网遮罩放到空白线路板上面，再在丝网上油上不会被腐蚀的保护剂，把线路板放到腐蚀液中，没有被保护剂遮住的部份便会被蚀走，最后把保护剂清理。

感光板：把预先设计好的电路图制在透光的胶片遮罩上（较简单的做法就是用打印机印出来的投影片），同理应把需要的部份印成不透明的颜色，再在空白线路板上涂上感光颜料，将预备好的胶片遮罩放在电路板上照射强光数分钟，除去遮罩后用显影剂把电路板上的图案显示出来，最后如同用丝网印刷的方法一样把电路腐蚀。

刻印：利用铣床或雷射雕刻机直接把空白线路上不需要的部份除去。

加成法

加成法（Additive），现在普遍是在一块预先镀上薄铜的基板上，覆盖光阻剂（D/F），经紫外光曝光再显影，把需要的地方露出，然后利用电镀把线路板上正式线路铜厚增厚到所需要的规格，再镀上一层抗蚀刻阻剂－金属薄锡，最后除去光阻剂（这制程称为去膜），再把光阻剂下的铜箔层蚀刻掉。

积层法

[1] 积层法是制作多层印刷电路板的方法之一。是在制作内层后才包上外层，再把外层以减去法或加成法所处理。不断重复积层法的动作，可以得到再多层的多层印刷电路板则为顺序积层法。

内层制作

积层编成（即黏合不同的层数的动作）

积层完成（减去法的外层含金属箔膜；加成法）

钻孔

减去法

Panel电镀法

全块PCB电镀

在表面要保留的地方加上阻绝层（resist，防以被蚀刻）

蚀刻

去除阻绝层

Pattern电镀法

在表面不要保留的地方加上阻绝层

电镀所需表面至一定厚度

去除阻绝层

蚀刻至不需要的金属箔膜消失

加成法

令表面粗糙化

完全加成法（full-additive）

在不要导体的地方加上阻绝层

以无电解铜组成线路

部分加成法（semi-additive）

以无电解铜覆盖整块PCB

在不要导体的地方加上阻绝层

电解镀铜

去除阻绝层

蚀刻至原在阻绝层下无电解铜消失

增层法

增层法是制作多层印刷电路板的方法之一，顾名思义是把印刷电路板一层一层的加上。每加上一层就处理至所需的形状。

生产方式

简介

SMT和DIP都是在PCB板上集成零件的方式，其主要区别是SMT不需要在PCB上钻孔，在DIP需要将零件的PIN脚插入已经钻好的孔中。

SMT（Surface Mounted Technology）

表面贴装技术，主要利用贴装机是将一些微小型的零件贴装到PCB板上，其生产流程为：PCB板定位、印刷锡膏、贴装机贴装、过回焊炉和制成检验。随着科技的发展，SMT也可以进行一些大尺寸零件的贴装，例如主机板上可贴装一些较大尺寸的机构零件。

SMT集成时对定位及零件的尺寸很敏感，此外锡膏的质量及印刷质量也起到关键作用。

DIP

DIP即“插件”，也就是在PCB版上插入零件，由于零件尺寸较大而且不适用于贴装或者生产商生产工艺不能使用SMT技术时采用插件的形式集成零件。目前行业内有人工插件和机器人插件两种实现方式，其主要生产流程为：贴背胶（防止锡镀到不应有的地方）、插件、检验、过波峰焊、刷版（去除在过炉过程中留下的污渍）和制成检验。

应用

电脑及相关产品、通讯类产品和消费电子等 3C 类产品是 PCB 主要的应用领域。根据美国消费性电子协会（CEA）发表的数据显示，2011 年**消费电子产品销售额将达到 9,640 亿美元，同比增长 10%。 2011 年的数据相当接近 1 兆美元。 CEA 表示，较大需求来自于智能手机与笔记本电脑，另外销售十分显著的产品还包括数码相机、液晶电视等产品。

智能手机

据 Markets and Markets 发布的较新市场研究报告显示，**手机市场规模将在2015 年增至 3,414 亿美元，其中智能手机销售收入将达到 2,589 亿美元，占整个手机市场总收入的 76%；而苹果将以 26% 的市场份额****手机市场。

iPhone 4 PCB 采用 Any Layer HDI 板，任意层高密度连接板。iPhone 4 为了在较小 PCB 的面积内，正反两面装入所有的晶片，采用 Any Layer HDI 板可以避开机戒钻孔所造成的空间浪费，以及做到任一层可以导通的目的。

触控面板

随着 iPhone、iPad ****，捧红多点触控应用，预测触控风潮将成为软板下一波成长驱动引擎。DisplaySearch 预计 2016 年平板电脑所需触摸屏出货量将高达 2.6 亿片，比 2011 年上升 333%。

电脑

Gartner 分析师指出，笔记本电脑在过去五年里是个人电脑市场的增长引擎，平均年增幅接近 40%。基于笔记本电脑需求减弱的预期，Gartner 预测，2011 年**个人电脑出货量将达到 3.878 亿台，2012 年将为 4.406 亿台，比 2011 年增长 13.6%。CEA 表示，2011 年，包括平板电脑在内的可移动电脑的销售额将达到 2,200 亿美元，台式电脑的销售额将达到 960 亿美元，使个人电脑的总销售额达到 3,160 亿美元。

iPad 2 于 2011 年 3 月 3 日正式发布，在 PCB 制程环节将采用 4 阶 Any Layer HDI。苹果 iPhone 4 和 iPad 2 采用的 Any Layer HDI 将引发行业热潮，预计未来 Any Layer HDI 将在越来越多的高端手机、平板电脑中得到应用。

电子书

根据 DIGITIMES Research 预测，**电子书出货量有望在 2013 年达到 2,800 万台，2008 年至 2013 年复合年增长率将为 386%。分析指出，到 2013 年，**电子书市场规模将达到 30 亿美元。电子书用 PCB 板设计趋势：一是要求层数增多；二是要求采用盲埋孔工艺；三是要求采用适合高频信号的 PCB 基材。

数码相机

iSuppli 公司称，随着市场趋于饱和，2014 年数码相机产量将开始停滞不前。预计 2014 年出货量将下降 0.6% 至 1.354 亿台，低端数码相机将遇到来自可拍照手机的强烈竞争。但该产业中的某些领域仍可实现增长，如混合型高清（HD）相机、未来的 3D 相机和数字单反（DSLR）这种比较高档的相机。数码相机的其它增长领域包括集成 GPS 和 Wi-Fi 等功能，提高其吸引力和日常使用潜力。促使软板市场进一步提升，实际上任何轻薄短小的电子产品对软板的需求都很旺盛。

液晶电视

市场研究公司 DisplaySearch 预计，2011 年**液晶电视出货量将达到 2.15 亿台，同比增长 13%。2011 年，由于制造商逐步换液晶电视的背光源，LED 背光模块将逐渐成为主流，给 LED 散热基板带来的技术趋势：一高散热性，精密尺寸的散热基板；二严苛的线路对位精确度，优质的金属线路附着性；三使用黄光微影制作薄膜陶瓷散热基板，以提高 LED 高功率。

LED 照明

DIGITIMES Research 分析师指出应白炽灯于 2012 年禁产禁售的规范，2011 年 LED 灯泡出货量将显著成长，产值预估将高达约 80 亿美元，再加上北美、日本、韩国等国家对于 LED 照明等绿色产品实施补贴政策，及卖场、商店及工场等有较高意愿置换成为 LED 照明等因素驱动下，以产值而言** LED 照明市场渗透率有很大机会突破 10%。于 2011 年起飞的 LED 照明，必将带动对铝基板的大量需求。

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