關於印刷電路板設計與製造您需要知道的一切

關鍵字：印刷電路板製造商

印刷電路板是現代電子設備中使用的材料，因為它們提供了一種將電子設備連接在一起的方式。這些板具有金屬走線和焊盤，以及其他通過光刻工藝從銅箔製成的成形元件，銅箔粘合到非導電材料（例如FR-4環氧玻璃纖維）上。印刷電路板製造商生產的印刷電路板在眾多領域都有需求，包括家用電器、工業設備和航空航天設備。單面、雙面和多層印刷電路板滿足電路的特定設計參數和限制。

市場上還引入了其他印刷電路板技術子類型，以滿足開發先進和小型化電子設備的複雜性，其中包括柔性、剛柔結合和高密度互連印刷電路板。在選擇過程中，確定特定應用中將使用何種類型的印刷電路板是基礎，這可以根據印刷電路板的性質和特點以更清晰的視角來完成。

印刷電路板主要原材料

印刷電路板的基本層是非導電基材，通常源自稱為FR-4的玻璃纖維、聚醯亞胺或PTFE。在基板表面形成實心銅路徑、連接和其他圖案，以建立所需的電氣通路。

為了實現印刷電路板上放置的元件的不同部分之間的電氣連接，需要使用銅走線。這些走線的寬度和厚度取決於電路的載流能力和所需的阻抗。

過孔是穿過印刷電路板並填充銅層的小孔，從而允許電路板各層之間的連接。一些常見的過孔類型包括通孔、盲孔和埋孔，在印刷電路板設計中有不同的用途。

阻焊層（通常是一種聚合物）塗覆在印刷電路板表面，主要是為了保護銅走線免受氧化，尤其是在焊接過程中避免短路。它還有助於在最接近的走線和焊盤之間進行電氣絕緣。

銅箔：銅箔有不同的重量，用於生產導電走線、焊盤和平面。

基板材料：FR-4是典型的基材，因為其具有良好的機械和電氣特性；然而，聚醯亞胺和PTFE用於高頻和高溫應用。

阻焊層：液態光成像阻焊層非常受歡迎，因為其能夠提供出色的尺寸精度和顯著的靈活性。

絲印：外層銅箔上的一層油墨，包含文字、標誌和元件參考標記，有助於元件組裝和故障排除。

表面處理：基板選項包括熱風焊料整平，以及化學鍍方法，如化學鍍鎳浸金或有機可焊性保護劑，它們覆蓋裸露的銅並提高可焊性。

當今的印刷電路板由多種材料製成，但了解每種材料的特性非常重要。

FR-4，代表玻璃纖維增強環氧樹脂層壓板，因其電氣、熱和機械特性而在印刷電路板製造商中廣受歡迎，其在1 MHz下的介電常數為4.5，損耗因數為0.02，適用於一般用途。其玻璃化轉變溫度範圍為130°C至180°C；熱導率為0.3 W/mK。

聚醯亞胺，一種高性能聚合物，以其高耐熱性、耐化學性及機械強度著稱。在1MHz頻率下，其介電常數介於3.2至3.6之間，損耗因子為0.002，這使其成為高頻應用的理想材料。聚醯亞胺屬於熱固性塑料，其玻璃轉化溫度在260至400攝氏度之間；該材料的散熱能力為每米開爾文0.2瓦。

以下是印刷電路板設計的首要考量因素：

元件佈局：設計目標應是元件的正確擺放，以減少輻射發射，同時提升信號與熱完整性，並增強印刷電路板的可製造性。關於元件佈局，必須採取一些具體措施：元件的尺寸、形狀、方向，以及它們與干擾因素之間的鄰近關係都應妥善考慮，並須符合確保系統正常工作的必要條件。

信號完整性：透過適當的走線佈線、阻抗匹配以及最小化串擾和電磁干擾，確保從印刷電路板製造商到最終產品的整個過程中，信號品質和時序都能在印刷電路板上得以維持。應採用接地層、避免銳角彎曲以及良好的終端匹配等措施，以防止信號失真。因此，可使用時域反射計、眼圖或其他模擬工具與分析技術來改善性能。

熱管理：進行熱控制是為了避免元件因過度積熱而失效。需考量電子元件的功率損耗、環境溫度以及系統冷卻方法。為了散熱，應使用散熱孔、銅箔澆注和散熱片。利用所有熱模擬工具來研究和改善熱管理，特別是在高功耗應用中。

電源分配：設計一個適當的電源分配網絡，以確保系統元件能獲得穩定、潔淨的電力供應。需對電源層和接地層進行去耦，避免印刷電路板上有未使用的銅箔區域，並減少電源反彈。必須使用去耦電容，同時優化過孔佈局以改善電源分配狀況。在這些限制範圍內進行設計，以實現可觀的製造可靠性，同時控制成本。

電磁相容性：這意味著必須確保印刷電路板不會產生過高的電磁干擾，並能抵抗來自外部的高電磁干擾。實施交流接地、屏蔽和濾波等措施。遵守電磁相容性法規與標準，特別是在汽車、航空航天和醫療領域。

印刷電路板的類型

了解主要類型的印刷電路板對於做出更好的應用選擇同樣重要。印刷電路板的三種分類包括單面板、雙面板和多層板，每種都有其特點、優勢和劣勢。

單面印刷電路板的導電線路和元件僅位於基板的一側，基板材料通常為FR-4。這類電路板是設計師可用的最簡單且成本最低的選擇；推薦用於簡單設備和初始模型中的簡易電路。然而，單面印刷電路板有兩個缺點：a) 佈線選項有限，以及 b) 元件密度較低，這限制了它們在更複雜應用中的使用。

雙面印刷電路板在基板的兩面都有導電線路和元件，並使用通孔進行連接。這些通孔是鑽出的孔洞，內壁鍍有金屬，促進了兩層之間的信號傳輸。雙面印刷電路板允許更複雜的佈線和更高的元件密度，其應用範圍涵蓋消費電子、電腦設備、工業控制和自動化等領域。

多層印刷電路板是擁有三層或up導電層的電路；電路板由編織或絎縫絕緣材料或多層預浸料製成。這些板提供了最複雜的設計和分層元件，使其能夠應用於高速數位設備、電子射頻裝置及航空航太裝置等複雜應用中。

這就是為什麼來自印刷電路板製造商的多層印刷電路板能夠實現複雜的佈線、更好的信號完整性以及更好的散熱性能，因為所有內部層都可以用作電源層和接地層。這也意味著更多的層數允許採用如盲孔和埋孔等增強技術，從而進一步提升多層印刷電路板的整體性能。