[科普中国]-PCB分板

PCB分板，也叫印刷电路板，使用导电轨道，焊盘和从一层或多层铜层蚀刻的其他特征来机械地支撑和电连接电子元件或电子元件，所述铜层层叠在非导电衬底的片层之上和/或之间。通常将元件焊接到PCB上以电连接并将它们机械地固定到PCB上。

介绍印刷电路板用于除最简单的电子产品之外的所有产品。它们也用于某些电子产品，例如无源开关盒。

PCB的替代品包括绕线和点对点结构，这两种材料曾经很受欢迎但很少使用。 PCB需要额外的设计工作来布置电路，但制造和组装可以自动化。专业的CAD软件可用于完成大部分布局工作。与其他布线方法相比，采用PCB的批量生产电路更便宜，更快速，因为元件在一次操作中安装和接线。可以同时制造大量PCB，布局只需要进行一次。 PCB也可以少量手工制造，效益降低。

PCB可以是单面的（一个铜层），双面的（一个基板层两侧的两个铜层），或多层（铜的外层和内层，与基板层交替）。多层PCB允许更高的元件密度，因为内层上的电路迹线否则将占据元件之间的表面空间。具有两个以上，特别是四个以上铜平面的多层PCB的普及与采用表面贴装技术同时发生。然而，多层PCB使电路的修复，分析和现场修改变得更加困难并且通常是不切实际的。

2014年全球裸PCB的市场规模超过602亿美元。

历史在开发印刷电路板之前，电气和电子电路在底盘上进行点对点布线。通常，底盘是金属板框架或平底锅，有时带有木制底部。当机箱上的连接点是金属时，组件通常通过绝缘体连接到机箱，然后通过焊接直接或通过跳线连接它们的引线，或者有时使用压接连接器，螺钉端子上的电线连接器接线片或其他方法。电路体积大，体积大，重且相对易碎（甚至不包括电路中经常包含的真空管的易碎玻璃外壳），并且生产是劳动密集型的，因此产品价格昂贵。

现代印刷电路板中使用的方法的开发始于20世纪初。 1903年，德国发明家阿尔伯特·汉森（Albert Hanson）描述了在多层中层压到绝缘板上的扁平箔导体。托马斯·爱迪生于1904年试验了在亚麻纸上电镀导体的化学方法.Arthur Berry于1913年在英国获得了印刷和蚀刻方法的专利，而在美国，Max Schoop获得了将金属火焰喷涂到金属上的专利通过图案面具的板。查尔斯·杜卡斯于1927年申请了一种电镀电路图案的方法。

奥地利工程师保罗·艾斯勒（Paul Eisler）在1936年左右在英国工作时发明了印刷电路作为收音机的一部分。1941年，德国磁性影响海军矿山使用了多层印刷电路。大约在1943年，美国开始大规模地使用这项技术制造用于第二次世界大战的接近保险丝。战争结束后，1948年，美国将该发明用于商业用途。直到20世纪50年代中期，在美国陆军开发自动装配工艺之后，印刷电路在消费电子产品中并不常见。在英国大约同一时间，Geoffrey Dummer在RRDE开展类似工作。

即使电路板可用，点对点机箱构造方法至少在20世纪60年代后期仍然在工业（例如电视和高保真音响设备）中普遍使用。引入印刷电路板以减小电路部件的尺寸，重量和成本。在1960年，一个小型消费无线电接收器可能在一个电路板上构建了所有电路，但电视机可能包含一个或多个电路板。

约翰·萨格罗夫（John Sargrove）的1936-1947电子电路制造设备（ECME）将金属喷涂到电木塑料板上，从而实现了印刷电路的发明和类似的精神。 ECME每分钟可以生产三个无线电板。

在第二次世界大战期间，防空接近保险丝的开发需要一种能够经受枪支射击的电子电路，并且可以大量生产。 Globe Union的Centralab部门提交了一份符合要求的提案：陶瓷板上将印有金属涂料用于导体和碳材料用于电阻器，陶瓷圆盘电容器和超小型真空管焊接到位。该技术被证明是可行的，并且由美国陆军分类的该过程的最终专利被分配给Globe Union。直到1984年，电气和电子工程师协会（IEEE）才授予Harry W. Rubinstein先生Cledo Brunetti奖，以表彰其在共同绝缘基板上开发印刷元件和导体的早期关键贡献。鲁宾斯坦先生于1984年被他的母校威斯康星大学麦迪逊分校授予荣誉，因为他在印刷电子电路技术和电容器制造方面的创新。本发明还代表了集成电路技术发展的一个步骤，因为不仅在陶瓷基板上制造了布线而且还制造了无源元件。

特点1、通孔技术。

第一个PCB使用通孔技术，通过引线插入电路板一侧的孔并将电路元件焊接到另一侧的铜迹线上。板可以是单面的，具有未电镀的元件侧，或者更紧凑的双面板，两侧都焊接有元件。通过将引线沿相同方向弯曲90度，将部件插入电路板（通常是位于电路板背面的弯曲引线），可以水平安装带有两个轴向引线（例如电阻器，电容器和二极管）的通孔部件。在相反的方向上提供板以提高部件的机械强度），焊接引线，并修剪端部。引线可以手动焊接，也可以用波峰焊机焊接。通孔制造通过要求精确钻孔来增加电路板成本，并限制了多层电路板顶层正下方层上信号走线的可用布线区域，因为这些孔必须通过所有层到达对面。一旦表面安装投入使用，尽可能使用小尺寸SMD元件，由于功率要求或机械限制，仅通孔安装不适合表面安装的元件，或受到可能损坏PCB的机械应力（例如，将铜从电路板表面提起）

2、表面贴装技术。

表面贴装技术在20世纪60年代出现，在20世纪80年代早期获得了发展势头，并在20世纪90年代中期得到广泛应用。对元件进行机械重新设计，使其具有可以直接焊接在PCB表面上的小金属片或端盖，而不是导线穿过孔。元件变得更小，电路板两侧的元件放置比通孔安装更常见，允许更小的PCB组件具有更高的电路密度。表面安装非常适合高度自动化，降低劳动力成本并大大提高生产率。可以将元件安装在载带上。表面贴装元件的尺寸和重量可以是通孔元件的四分之一到十分之一，而无源元件要便宜得多。然而，半导体表面贴装器件（SMD）的价格更多地取决于芯片本身而不是封装，与较大封装相比几乎没有价格优势，而一些线端元件，如1N4148小信号开关二极管，实际上要便宜得多比SMD等价物1。

3、PCB的电路特性

每条迹线由蚀刻后残留的扁平窄部分铜箔组成。 由其宽度，厚度和长度决定的电阻必须足够低，以便导体承载的电流。 电源和接地走线可能需要比信号走线宽。 在多层板中，整个层可以主要是实心铜，以用作屏蔽和功率返回的接地平面。 对于微波电路，传输线可以以平面形式布置，例如带状线或微带，其尺寸经过精心控制，以确保一致的阻抗。 在射频和快速开关电路中，印刷电路板导体的电感和电容成为重要的电路元件，通常是不希望的; 相反，它们可以作为电路设计的一个有意识的部分，不需要额外的分立元件。

本词条内容贡献者为:

李嘉骞 - 博士 - 同济大学