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什麼是印刷電路板(PCB)| 所有你必須知道的

Date:2021/3/19 9:57:48 Hits:




“ PCB,也稱為印刷電路板,由不同的非導電材料製成,用於物理支撐和連接表面安裝的插座組件。 但是,PCB板的功能是什麼? 閱讀以下內容以獲得更多有用的信息! ---- FMUSER”


您是否正在尋找以下問題的答案:

印刷電路板有什麼作用?
印刷電路叫什麼?
印刷電路板是由什麼製成的?
一塊印刷電路板多少錢?
印刷電路板有毒嗎?
為什麼稱其為印刷電路板?
你能扔掉電路板嗎?
電路板的零件是什麼?
更換電路板需要多少費用?
您如何識別電路板?
電路板如何工作?

或者,也許您不確定是否知道這些問題的答案,但是請不要擔心,因為 an 電子和射頻工程專家, FMUSER 將介紹您需要了解的有關PCB板的所有信息。


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內容

1) 什麼是印刷電路板?
2) 為什麼稱其為印刷電路板?
3) 不同類型的PCB(印刷電路板) 
4) 2021年印刷電路板行業
5) 印刷電路板是由什麼製成的?
6) 最受歡迎的PCB設計製造材料
7) 印刷電路板組件及其工作方式
8) 印刷電路板功能-為什麼需要PCB?
9) PCB組裝原理:通孔與表面安裝


什麼是印刷電路板?

基本信息 PCB板

暱稱: PCB是 被稱為印刷線路板(電路板)或蝕刻過的接線板(EWB),您也可以將PCB板稱為 電路板, PC板, 或者 PCB 


定義: 一般來說,印刷電路板是指 薄板或平坦的絕緣片 由不同片狀的非導電材料製成,例如 玻璃纖維,複合環氧樹脂或其他層壓材料,這是用於物理 支持並連接 明裝插座式元件 例如大多數電子產品中的晶體管,電阻器和集成電路。 如果您將PCB板視為托盤,那麼“托盤”上的“食物”將是電子電路以及與其相連的其他組件。PCB與許多專業術語有關,您可能會從中發現更多關於PCB術語的信息。頁!


另請閱讀: PCB術語表(適合初學者)| PCB設計


裝有電子元件的PCB稱為 印刷電路板(PCA), 印刷電路板裝配 or PCB組裝(PCBA),印刷線路板(PWB)或“印刷線路卡”(PWC),但PCB印刷電路板(PCB)仍然是最常用的名稱。


計算機中的主板稱為“系統板”或“主板”,


*什麼是印刷電路板?


根據維基百科,印刷電路板是指:
“印刷電路板使用導電軌,焊盤和其他特徵機械地支撐並電氣連接電氣或電子組件,這些特徵是從一個或多個銅片層上層壓而成的,這些銅片層層壓在非導電基板的片層上和/或之間。

大多數PCB都是扁平且剛性的,但是柔性基板可以使電路板適合在復雜的空間中使用。


有趣的是,儘管大多數常見的電路板是由塑料或玻璃纖維和樹脂複合材料製成並使用銅跡線,但可以使用多種其他材料。 


注意:PCB也可能代表“過程控制塊“,”是系統內核中的一種數據結構,用於存儲有關進程的信息。為了使進程能夠運行,操作系統必須首先在PCB中註冊有關該進程的信息。




*一個非常基本的自製PCB板的示例


相關閱讀: PCB製造工藝| 製作PCB板的16個步驟


PCB板的結構

印刷電路板由不同的層和材料組成,它們共同執行不同的動作,以使現代電路更加複雜。 在本文中,我們將詳細討論印刷電路板的所有不同組成材料和項目。

諸如圖像中的示例的印刷電路板僅具有一個導電層。 單層PCB的限制非常嚴格。 電路實現將無法有效利用可用區域,設計人員可能難以創建必要的互連。

* PCB板的組成


支撐印刷電路板上的所有組件和設備的印刷電路板的基材通常是玻璃纖維。 如果考慮到PCB製造的數據,則最流行的玻璃纖維材料是FR4。 FR4實心鐵芯為印刷電路板提供了強度,支撐,剛性和厚度。 由於存在不同類型的印刷電路板,例如普通PCB,柔性PCB等,因此它們是使用柔性高溫塑料製成的。


結合額外的導電層可使PCB更加緊湊且更易於設計。 兩層板是對單層板的重大改進,大多數應用至少具有四層,因此受益匪淺。 四層板由頂層,底層和兩個內部層組成。 (“頂部”和“底部”可能看起來不像是典型的科學術語,但它們仍然是PCB設計和製造領域的正式名稱。)


另請閱讀: PCB設計| PCB製造工藝流程圖,PPT和PDF


為什麼稱其為印刷電路板?


有史以來第一塊PCB板

印刷電路板的發明歸功於奧地利的發明家Paul Eisler。 保羅·埃斯勒(Paul Eisler)於1936年在收音機上工作時首次開發了印刷電路板,但直到1950年代之後,電路板才開始大量使用。 從那時起,PCB的普及開始迅速增長。

印刷電路板是從1850年代開發的電連接系統演變而來的,儘管導致電路板發明的發展可以追溯到1890年代。 金屬帶或棒最初用於連接安裝在木製底座上的大型電氣組件。 



*二手金屬條 在組件連接中


隨著時間的流逝,金屬條被連接到螺絲端子的電線所取代,而木製底座被金屬底盤所取代。 但是,由於使用電路板的產品的操作需求不斷增加,因此需要更小巧,更緊湊的設計。

1925年,美國的查爾斯·杜卡斯(Charles Ducas)提交了一項專利申請,該專利申請了一種通過在模板上用導電油墨進行印刷來在絕緣表面上直接創建電氣路徑的方法。 此方法的名稱為“印刷線路”或“印刷電路”。



*印刷電路板專利和查爾斯·杜卡斯(Charles Ducas)的第一台收音機使用印刷電路板和天線線圈。 


但是,印刷電路板的發明歸功於奧地利發明家保羅·埃斯勒(Paul Eisler)。 保羅·埃斯勒(Paul Eisler)於1936年在收音機上工作時首次開發了印刷電路板,但直到1950年代之後,電路板才開始大量使用。 從那時起,PCB的普及開始迅速增長。


發展歷程 多氯聯苯


●1925年: 美國發明家查爾斯·杜卡斯(Charles Ducas)在將導電材料模壓到平坦的木板上時,就獲得了第一個電路板設計的專利。
●1936年: 保羅·埃斯勒(Paul Eisler)開發了第一套用於收音機的印刷電路板。
●1943年: Eisler申請了一種更高級的PCB設計專利,該設計涉及將電路蝕刻到玻璃增強的非導電基板上的銅箔上。
●1944年: 美國和英國共同開髮用於第二次世界大戰期間的地雷,炸彈和砲彈的近程熔斷器。
●1948年: 美國陸軍向公眾發布了PCB技術,從而促進了廣泛的發展。
●1950年代: 晶體管被引入電子產品市場,從而減小了電子產品的整體尺寸,並使其更易於集成PCB並顯著提高了電子產品的可靠性。
●1950年代至1960年代: PCB演變成雙面板,一側帶有電氣組件,另一側帶有標識打印。 鋅板已被整合到PCB設計中,並且採用了耐腐蝕的材料和塗層來防止降解。
●1960年代:  集成電路(IC或矽芯片)被引入電子設計中,在單個芯片上放置了成千上萬個組件,從而顯著提高了集成這些設備的電子設備的功率,速度和可靠性。 為了適應新的IC,PCB中的導體數量必須急劇增加,從而導致平均PCB內的層數更多。 同時,由於IC芯片非常小,PCB開始變得越來越小,可靠地進行焊接變得更加困難。
●1970年代: 印刷電路板與對環境有害的化學多氯聯苯不正確地相關聯,該化學品在當時也被縮寫為PCB。 這種混亂導致公眾混亂和社區健康問題。 為了減少混亂,直到1990年代化學PCB逐步淘汰之前,印刷電路板(PCB)都被重命名為印刷電路板(PWB)。
●1970年代-1980年代: 開發了薄聚合物材料的阻焊劑,以促進更容易地將焊料施加到銅電路上,而不會橋接相鄰電路,從而進一步增加了電路密度。 後來開發了一種可光成像的聚合物塗層,該塗層可直接應用於電路,乾燥並隨後通過光曝光進行修飾,從而進一步提高了電路密度。 這成為PCB的標準製造方法。
●1980年代:  開發了一種新的組裝技術,稱為表面貼裝技術-簡稱SMT。 以前,所有PCB組件的導線都焊接到PCB的孔中。 這些孔佔用了額外的電路佈線所需的寶貴空間。 開發了SMT組件,並迅速成為製造標準,它們無需孔就可以直接焊接到PCB的小焊盤上。 SMT組件迅速成為行業標準,並努力更換通孔組件,從而再次提高了功能功率,性能,可靠性並降低了電子製造成本。
●1990年代: 隨著計算機輔助設計和製造(CAD / CAM)軟件變得越來越重要,PCB的尺寸繼續減小。 計算機化設計使PCB設計中的許多步驟實現自動化,並通過更小,更輕的組件促進日益複雜的設計。 組件供應商同時工作,以改善其設備的性能,減少其功耗,提高其可靠性,同時降低成本。 較小的連接允許快速增加PCB的小型化。
●2000年代: PCB已經變得更小,更輕,層數更多,更複雜。 多層且靈活的電路PCB設計允許電子設備中越來越多的操作功能,而PCB越來越小且成本越來越低。


另請閱讀: 如何回收廢印刷電路板? | 你應該知道的事情


不同 PCB類型 (P印製電路板) 

PCB通常根據頻率,層數和所用基板進行分類。 下面討論了一些楊樹類型:


單面PCB /單層PCB
雙面印刷電路板/雙層印刷電路板
多層PCB
柔性印刷電路板
硬質PCB
剛柔印刷電路板
高頻PCB
鋁背板

1.單面印刷電路板/單層印刷電路板
單面PCB是電路板的基本類型,僅包含一層基板或基礎材料。 基礎材料的一側塗有一層金屬薄層。 銅是最常見的塗層,因為它作為電導體的功能如何。 這些PCB還包含一個保護性阻焊層,該阻焊層與絲網印刷層一起施加在銅層的頂部。 



*單層PCB圖


單面PCB提供的一些優勢是:
●單面印刷電路板用於批量生產且成本低。
●這些PCB用於功率傳感器,繼電器,傳感器和電子玩具等簡單電路。

低成本,大批量的型號意味著它們通常用於各種應用,包括計算器,照相機,收音機,立體聲設備,固態驅動器,打印機和電源。


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2.雙面印刷電路板/雙層印刷電路板
雙面PCB的兩面都具有金屬導電層。 電路板上的孔允許金屬部件從一側連接到另一側。 這些PCB通過通孔技術和表面安裝技術這兩種安裝方案中的任何一種來連接任一側的電路。 通孔技術涉及將引線組件插入電路板上的預鑽孔中,然後將其焊接到相對側的焊盤上。 表面安裝技術涉及將電氣組件直接放置在電路板表面上的技術。 



*雙層PCB圖


雙面PCB提供的優勢是:
●與通孔安裝相比,表面安裝可以將更多的電路連接到板上。
●這些PCB在移動電話系統,電源監控,測試設備,放大器和許多其他應用中得到了廣泛的應用。

表面貼裝PCB不使用電線作為連接器。 取而代之的是,許多小引線直接焊接到板上,這意味著板本身被用作不同組件的佈線表面。 這樣就可以使用更少的空間來完成電路,釋放空間以使板完成更多的功能,通常以比通孔板所允許的更高的速度和更輕的重量完成該功能。

雙面PCB通常用於需要中等複雜程度電路的應用中,例如工業控制,電源,儀表,HVAC系統,LED照明,汽車儀表板,放大器和自動售貨機。


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3.多層PCB
多層PCB具有印刷電路板,其中包括兩個以上的銅層,例如4L,6L,8L等。這些PCB擴展了雙面PCB中使用的技術。 基板的各個層和絕緣材料將多層PCB中的各層分隔開。 PCB尺寸緊湊,並具有重量和空間上的優勢。 



*多層PCB圖


多層PCB提供的一些優勢是:
●多層PCB提供了高度的設計靈活性。
●這些PCB在高速電路中起著重要作用。 它們為導體圖案和電源提供了更多空間。


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4.柔性PCB
柔性PCB在柔性基材上構建。 這些PCB具有單面,雙面和多層格式。 這有助於降低設備組件內的複雜性。 與使用不移動的材料(例如玻璃纖維)的剛性PCB不同,柔性印刷電路板由可彎曲和移動的材料(例如塑料)製成。 與剛性PCB一樣,柔性PCB也有單層,雙層或多層形式。 由於需要將它們印刷在柔性材料上,因此柔性PCB的製造成本更高。

*柔性PCB圖


儘管如此,與剛性PCB相比,柔性PCB具有許多優勢。 這些優勢中最突出的是它們具有靈活性。 這意味著它們可以折疊在邊緣上並包裹在拐角處。 它們的靈活性可以節省成本和重量,因為單個柔性PCB可以用來覆蓋可能需要多個剛性PCB的區域。

柔性PCB也可以在可能遭受環境危害的區域中使用。 為此,它們僅使用防水,防震,耐腐蝕或耐高溫油的材料製成,而傳統的剛性PCB可能沒有這種選擇。

這些PCB提供的一些優勢是:
● 柔性PCB有助於減小電路板尺寸,這使其成為需要高信號走線密度的各種應用的理想選擇。
● 這些PCB設計用於工作條件,其中主要考慮溫度和密度。

柔性PCB也可以在可能遭受環境危害的區域中使用。 為此,它們僅使用防水,防震,耐腐蝕或耐高溫油的材料製成,而傳統的剛性PCB可能沒有這種選擇。


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5.硬質PCB
硬質PCB是指其基礎材料由固體材料製成且不能彎曲的那些類型的PCB。 剛性PCB由堅固的基板材料製成,可防止電路板扭曲。 剛性PCB的最常見示例是計算機主板。 母板是一種多層PCB,設計用於從電源分配電能,同時允許計算機的所有許多部分(例如CPU,GPU和RAM)之間進行通信。

*剛性PCB可以是簡單的單層PCB到八層或十層的多層PCB。


硬質PCB可能構成了所生產PCB的最大數量。 這些PCB可以在需要將PCB本身設置為一種形狀的任何地方使用,並在設備的整個使用壽命中保持這種狀態。 剛性PCB可以是簡單的單層PCB到八層或十層的多層PCB。

所有剛性PCB都具有單層,雙層或多層結構,因此它們共享相同的應用程序。

● 這些PCB緊湊,可確保在它們周圍創建各種複雜的電路。

● 硬質PCB易於維修和保養,因為所有組件均已清楚標記。 而且,信號路徑組織良好。


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6.剛性-柔性印刷電路板
剛撓式印刷電路板是剛性和柔性電路板的組合。 它們包括連接到一個以上剛性板上的多層柔性電路。

*剛撓性PCB示意圖


這些PCB提供的一些優勢是:
● 這些PCB是精密構建的。 因此,它被用於各種醫療和軍事應用。
● 這些PCB重量輕,可節省60%的重量和空間。

剛撓性PCB最常用於空間或重量最重要的應用中,包括手機,數碼相機,起搏器和汽車。


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7.高頻PCB
高頻PCB在500MHz – 2GHz的頻率範圍內使用。 這些PCB被用於各種關鍵頻率的應用中,例如通信系統,微波PCB,微帶PCB等。

高頻PCB材料通常包括FR4級玻璃纖維增強環氧層壓板,聚苯醚(PPO)樹脂和特氟隆。 鐵氟龍是一種最昂貴的選擇,因為它的介電常數小而穩定,介電損耗小,總體吸水率低。

*高頻PCB是用於在XNUMX吉赫茲範圍內傳輸信號的電路板


選擇高頻PCB板及其相應類型的PCB連接器時,需要考慮許多方面,包括介電常數(DK),耗散,損耗和介電厚度。

其中最重要的是所討論材料的Dk。 具有高介電常數變化可能性的材料通常會發生阻抗變化,這會破壞構成數字信號的諧波並導致數字信號完整性的整體損失,這是高頻PCB旨在解決的問題之一。防止。

選擇設計高頻PCB時要使用的板和PC連接器類型時,還需要考慮以下其他事項:

● 介電損耗(DF),它會影響信號傳輸的質量。 較小的介電損耗會導致少量的信號浪費。
● 熱膨脹。 如果用於構建PCB的材料(例如銅箔)的熱膨脹率不同,則由於溫度變化,材料可能會彼此分離。
● 吸水率。 大量的進水會影響PCB的介電常數和介電損耗,尤其是在潮濕環境中使用時。
● 其他阻力。 必要時,在高頻PCB的構造中使用的材料應具有很高的耐熱性,耐衝擊性和對有害化學物質的耐受性。

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8.鋁背板
這些PCB用於大功率應用,因為鋁結構有助於散熱。 鋁背PCB已知具有高水平的剛性和低水平的熱膨脹性,這使其成為具有高機械公差的應用的理想選擇。 

*鋁PCB圖


這些PCB提供的一些優勢是:

▲成本低。 鋁是地球上最豐富的金屬之一,佔地球重量的8.23%。 鋁易於開採且價格便宜,這有助於減少製造過程中的費用。 因此,用鋁建造產品較便宜。
▲環保。 鋁無毒且易於回收。 由於易於組裝,用鋁製造印刷電路板也是節省能源的好方法。
▲散熱。 鋁是可用於將熱量從電路板的關鍵組件散發出去的最佳材料之一。 它沒有將熱量散佈到電路板的其餘部分中,而是將熱量轉移到了室外。 鋁PCB的冷卻速度比同等尺寸的銅PCB快。
▲材料耐用性。 鋁比玻璃纖維或陶瓷等材料耐用得多,尤其是對於跌落測試。 更堅固的基礎材料的使用有助於減少製造,運輸和安裝過程中的損壞。

所有這些優點使鋁製PCB成為要求在非常嚴格的公差範圍內提供高功率輸出的應用的絕佳選擇,包括交通信號燈,汽車照明,電源,電機控制器和大電流電路。

除了LED和電源。 鋁基PCB也可用於要求高度機械穩定性的應用中,或PCB可能承受高水平機械應力的應用中。 它們比玻璃纖維板更不受熱膨脹的影響,這意味著板上的其他材料(例如銅箔和絕緣材料)剝落的可能性較小,從而進一步延長了產品的使用壽命。


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2021年印刷電路板行業

可以根據產品類型將全球PCB市場細分為柔性(柔性FPCB和剛性-柔性PCB),IC基板,高密度互連(HDI)等。 根據PCB層壓板的類型,市場可以分為PR4,高Tg環氧樹脂和聚酰亞胺。 可以根據應用將市場劃分為消費電子,汽車,醫療,工業以及軍事/航空航天等領域。

在歷史時期內,PCB市場的增長受到各種因素的支持,例如蓬勃發展的消費電子市場,醫療保健設備行業的增長,對雙面PCB的需求增加,汽車對高科技功能的需求激增,以及可支配收入的增加。 市場還面臨一些挑戰,例如嚴格的供應鏈控制和對COTS組件的偏好。

預計印刷電路板市場在預測期內(1.53-2021)的複合年增長率為2026%,58.91年的市場價值為2020億美元,到75.72年2026年的市場價值預計為2021億美元2026年。 最近幾年,該市場經歷了快速增長,這主要是由於消費電子設備的不斷發展以及所有電子和電氣設備中對PCB的需求不斷增加。

聯網汽車中多氯聯苯的採用也加速了多氯聯苯市場。 這些車輛完全配備了有線和無線技術,這使車輛可以輕鬆連接到智能手機等計算設備。 借助這種技術,駕駛員能夠解鎖車輛,遠程啟動氣候控制系統,檢查其電動汽車的電池狀態以及使用智能手機跟踪其汽車。

5G技術的普及,3D打印PCB,可生物降解PCB等其他創新以及可穿戴技術和併購(M&A)活動中PCB的使用激增,是市場上現有的一些最新趨勢。

此外,對智能手機,智能手錶和其他設備等電子設備的需求也促進了市場的增長。 例如,根據美國消費者技術協會(CTA)進行的美國消費者技術銷售和預測研究,智能手機產生的收入在79.1年和77.5年分別價值2018億美元和2019億美元。

3D打印已被證明是最近一項重大的PCB創新所不可或缺的。 預計3D打印電子產品或3D PE將會在未來改變電氣系統的設計方式。 這些系統通過逐層打印基板項目,然後在其頂部添加包含電子功能的液體墨水來創建3D電路。 然後可以添加表面貼裝技術來創建最終系統。 3D PE可以為電路製造公司及其客戶提供巨大的技術和製造優勢,尤其是與傳統的2D PCB相比。

隨著COVID-19的爆發,印刷電路板的生產受到了亞太地區(尤其是中國)在一月和二月期間的限制和延遲的影響。 公司的生產能力尚未發生重大變化,但中國的需求疲軟帶來了一些供應鏈問題。 半導體行業協會(SIA)在19月份的報告中指出,與COVID-2相關的潛在的長期業務影響在中國境外。 需求減少的影響可能反映在公司20季度的收入中。

PCB市場的增長與智能手機,4G / 5G和數據中心等全球經濟和結構技術緊密相關。 由於Covid-2020的影響,預計19年市場將下滑。 流行病使消費類電子產品,智能手機和汽車的生產受到阻礙,從而抑制了對PCB的需求。 由於製造業活動的恢復,市場將呈現逐漸復甦的態勢,從而給全球經濟帶來觸發信號。



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印刷電路板是由什麼製成的?


PCB通常由通過加熱,加壓和其他方法粘合在一起的四層材料製成。 PCB的四層由基板,銅,阻焊膜和絲網印刷而成。

每個電路板都會有所不同,但它們將大部分共享某些元素,以下是製造印刷電路板時使用的一些最常見的材料:

標準印刷電路板的六個基本組件是:

●芯層–包含玻璃纖維增強環氧樹脂
● 導電層–包含構成電路的走線和焊盤(通常使用銅,金,銀)
● 阻焊層–薄聚合物墨水
● 絲印覆蓋層–顯示組件參考的特殊墨水
● 錫焊料–用於將組件連接到通孔或表面安裝墊

預浸料
預浸料是在稱為預浸料處理機的特殊機器上塗有樹脂並乾燥的薄玻璃織物。 玻璃是將樹脂固定在適當位置的機械基板。 樹脂(通常是FR4環氧樹脂,聚酰亞胺,特氟隆等)開始以液體形式塗佈在織物上。 當預浸料穿過處理機時,它進入烤箱部分並開始乾燥。 離開處理機後,手會變乾。

當預浸料坯暴露於更高的溫度(通常高於300華氏度)時,樹脂開始軟化並熔化。 預浸料中的樹脂一旦熔化,就會達到一個點(稱為熱固性),在此溫度下,它會再次硬化,變得非常堅硬。 儘管有這種強度,但預浸料和層壓板往往很輕。 預浸料片或玻璃纖維被用於製造許多東西,從船到高爾夫球桿,飛機和風力渦輪機葉片。 但這在PCB製造中也很關鍵。 預浸料板是我們用來將PCB粘合在一起的材料,它們也是用來構建PCB的第二個組件-層壓板的材料。



* PCB堆疊-側視圖


層壓板
層壓板(有時稱為覆銅層壓板)是通過在高溫高壓下用熱固性樹脂在布層上進行固化而製成的。 此過程形成了PCB必不可少的均勻厚度。 樹脂硬化後,PCB層壓板就像塑料複合材料一樣,兩面都有銅箔,如果您的電路板的層數很高,則層壓板必須由玻璃纖維製成以確保尺寸穩定性。 

符合RoHS的PCB
符合RoHS的PCB是遵循歐盟有害物質限制的PCB。 禁令是在消費產品中使用鉛和其他重金屬。 電路板的每個部分都必須不含鉛,汞,鎘和其他重金屬。

阻焊膜
阻焊劑是綠色的環氧塗層,覆蓋電路板外層的電路。 內部電路埋在半固化片的各層中,因此不需要對其進行保護。 但是,如果不加以保護,外層將隨著時間的流逝而氧化和腐蝕。 阻焊層為PCB外部的導體提供了保護。

命名-絲印
命名法,有時也稱為絲網印刷法,是您在PCB上阻焊膜塗層上看到的白色字母。 絲網印刷通常是板子的最後一層,這使PCB製造商可以在板子的重要區域上書寫標籤。 它是一種特殊的墨水,在組裝過程中會顯示組件位置的符號和組件引用。 術語是顯示每個組件在板上的位置的字母,有時還提供組件的方向。 

阻焊層和命名法通常都是綠色和白色,儘管您可能會看到其他使用的顏色,例如紅色,黃色,灰色和黑色,但它們是最受歡迎的顏色。

阻焊劑可保護PCB外層上的所有電路,我們不打算在這些外層上安裝組件。 但是我們還需要保護裸露的銅孔和焊盤,以便在這些焊盤上焊接和安裝組件。 為了保護這些區域並提供良好的可焊表面質量,我們通常使用金屬塗層,例如鎳,金,錫/鉛焊料,銀和其他僅為PCB製造商設計的最終表面塗層。



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最受歡迎的PCB設計製造材料

PCB設計人員在考慮其設計的材料選擇時會面臨幾種性能特徵。 一些最流行的注意事項是:


介電常數 –關鍵的電氣性能指標
阻燃性 –對UL認證至關重要(請參見上文)
更高的玻璃化轉變溫度(Tg) –承受更高溫度的組裝加工
減輕損失的因素 –在重視信號速度的高速應用中很重要
機械強度 包括PCB投入使用時可能需要的剪切,拉伸和其他機械屬性
熱性能 –高服務環境中的重要考慮因素
尺寸穩定性 –在製造,熱循環或暴露於濕氣的過程中,物料移動了多少,以及移動的持續性如何

以下是一些用於製造印刷電路板的最受歡迎的材料:

基材:FR4環氧層壓板和預浸料-玻璃纖維
FR4是世界上最流行的PCB基板材料。 標記“ FR4”表示滿足NEMA LI 1-1998標准定義的某些要求的一類材料。 FR4材料具有良好的熱,電和機械特性,以及良好的強度重量比,使其成為大多數電子應用的理想選擇。 FR4層壓板和半固化片由玻璃布,環氧樹脂製成,通常是成本最低的PCB材料。 它也可以由柔性材料製成,有時也可以拉伸。 

它尤其適用於層數較少的PCB –單層,雙面到多層結構,通常少於14層。 此外,基礎環氧樹脂可以與可顯著改善其熱性能,電氣性能和UL火焰壽命/額定值的添加劑共混-大大提高了其在更高層數中使用的能力,從而建立了更高的熱應力應用和更高的電氣性能以較低的成本用於高速電路設計。 FR4層壓板和預浸料具有多種用途,可適應廣泛接受的製造技術,並具有可預測的產量。

聚酰亞胺層壓板和預浸料
聚酰亞胺層壓板具有比FR4材料更高的溫度性能,並且在電氣性能方面略有改善。 聚酰亞胺材料的成本高於FR4,但在苛刻和高溫環境下具有更高的生存能力。 它們在熱循環過程中也更穩定,具有較少的膨脹特性,使其適用於較高層數的結構。

鐵氟龍(PTFE)層壓板和粘合層
鐵氟龍層壓板和粘合材料具有出色的電氣性能,使其成為高速電路應用的理想選擇。 聚四氟乙烯材料比聚酰亞胺貴,但可為設計人員提供所需的高速功能。 聚四氟乙烯材料可以塗覆在玻璃織物上,但也可以製成無支撐薄膜,或使用特殊的填料和添加劑來改善機械性能。 製造聚四氟乙烯印刷電路板通常需要具有獨特技能的勞動力,專門的設備和工藝,並期望降低生產良率。

柔性層壓板
柔性層壓板很薄,可以折疊電子設計,而不會失去電氣連續性。 它們沒有用於支撐的玻璃纖維,但是以塑料薄膜為基礎。 它們同等有效地折疊到設備中,以便一次性彎曲以安裝應用程序,就像它們處於動態彎曲狀態一樣,在這種情況下,電路將在設備的使用壽命內連續折疊。 柔性層壓板可以由高溫材料(例如聚酰亞胺和LCP(液晶聚合物))或成本極低的材料(例如聚酯和PEN)製成。 由於撓性層壓板非常薄,因此製造撓性電路還可能需要獨特的技術力量,專門的設備和工藝,並期望降低生產良率。

其他項目

市場上還有許多其他層壓板和粘合材料,包括BT,氰酸酯,陶瓷和將樹脂結合在一起以獲得獨特的電氣和/或機械性能特徵的共混體系。 由於體積遠低於FR4,並且製造難度更大,因此通常認為它們是PCB設計的昂貴替代品。


印刷電路板組裝過程是一個複雜的過程,涉及與許多小組件的相互作用以及對每個零件的功能和位置的詳細了解。 沒有電路板的電路板將無法工作。 此外,根據要使用的設備或產品,使用不同的組件。 因此,深入了解印刷電路板組件中的不同組件非常重要。


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印刷電路板組件 以及它們如何工作
大多數印刷電路板中使用以下13種常見組件:

●電阻
● 晶體管
● 電容器
● 電感器
● 發光二極管
● 變形金剛
● 集成電路
● 晶體振盪器
● 電位器
● SCR(矽控整流器)
● 感知器
● 開關/繼電器
● 電池

1.電阻器-能量控制 
電阻器是PCB中最常用的組件之一,可能是最容易理解的。 它們的功能是通過耗散電能作為熱量來抵抗電流的流動。 如果沒有電阻,其他組件可能無法承受電壓,這可能會導致過載。 它們具有多種不同的類型,它們由多種不同的材料製成。 業餘愛好者最熟悉的經典電阻器是“軸向”式電阻器,其兩端均帶有引線,並在車身上刻有彩色環。

2.晶體管-能量放大
由於其多功能性,晶體管對於印刷電路板組裝過程至關重要。 它們是既可以導電又可以絕緣並且可以充當開關和放大器的半導體器件。 它們尺寸更小,使用壽命相對較長,並且可以在沒有燈絲電流的情況下在較低電壓的電源下安全地工作。 晶體管有兩種類型:雙極結型晶體管(BJT)和場效應晶體管(FET)。

3.電容器-儲能
電容器是無源的兩端電子元件。 它們像可充電電池一樣工作–暫時保持電荷,並在電路中其他地方需要更多電源時釋放電荷。 

您可以通過在由絕緣或介電材料隔開的兩個導電層上收集相反的電荷來實現此目的。 

電容器通常根據導體或介電材料進行分類,從而產生了許多類型,具有不同的特性,從高電容電解電容器,各種聚合物電容器到更穩定的陶瓷圓盤電容器。 有些電容器的外觀與軸向電阻器相似,但是經典電容器是放射狀的,兩條引線從同一端伸出。

4.電感器-能量增加
電感器是無源的兩端電子器件,當電流通過時,它們會在磁場中存儲能量(而不是存儲靜電能)。 電感器用於阻止交流電,同時允許直流電通過。 

電感器通常用於濾除或阻止某些信號,例如,阻止無線電設備中的干擾,或者與電容器結合使用以構成調諧電路,從而在開關模式電源(即)中操縱AC信號。 電視接收器。

5.二極管-能量重定向 
二極管是充當電流單向開關的半導體組件。 它們使電流易於在一個方向上通過,從而僅允許電流從陽極(+)到陰極(-)沿一個方向流動,但限制電流沿相反方向流動,這可能會造成損壞。

業餘愛好者中最受歡迎的二極管是發光二極管或LED。 顧名思義,它們通常用於發光,但是任何嘗試焊接的人都知道,它是二極管,因此正確確定方向非常重要,否則,LED不會點亮。

6.變壓器-能量傳遞
變壓器的功能是隨著電壓的升高或降低將電能從一個電路傳輸到另一個電路。 通用變壓器通過稱為“感應”的過程將電源從一個電源傳輸到另一電源。 與電阻器一樣,它們在技術上調節電流。 最大的區別在於,它們通過“轉換”電壓而提供了比受控電阻更多的電隔離。 您可能已經在電線桿上看到大型工業變壓器。 這些將電壓從架空傳輸線(通常為數十萬伏特)降低到家用通常所需的幾百伏特。

PCB變壓器由兩個或更多個獨立的感應電路(稱為繞組)和一個軟鐵芯組成。 初級繞組用於源電路(或能量將來自的地方),次級繞組用於能量在其中流動的接收電路。 變壓器將大量電壓分解為更小,更易於控制的電流,以免使設備過載或工作過度。

7.集成電路-動力室
IC或集成電路是已縮小到半導體材料晶圓上的電路和組件。 可以安裝在單個芯片上的組件數量之多,導致了第一個計算器,以及現在從智能手機到超級計算機的強大計算機。 它們通常是更大電路的大腦。 電路通常被封裝在黑色塑料外殼中,該外殼可以具有各種形狀和尺寸,並具有可見的觸點,無論它們是從身體伸出的導線,還是像BGA芯片一樣直接位於其下方的接觸墊。

8.晶體振盪器-精密計時器
晶體振盪器為許多需要精確和穩定時序元件的電路提供時鐘。 它們通過物理地引起壓電材料(晶體)振動來產生週期性的電子信號,因此得名。 與其他計時方法相比,每個晶體振盪器都設計為以特定的頻率振動,並且更穩定,更經濟,並且外形尺寸較小。 因此,它們通常用作微控制器的精確計時器,或更常見的是在石英手錶中。

9.電位器-可變電阻
電位器是可變電阻器的一種形式。 它們通常有旋轉型和線性型。 通過旋轉電位器的旋鈕,當滑動觸頭在半圓形電阻器上移動時,電阻會發生變化。 旋轉電位器的經典示例是收音機上的音量控制器,其中旋轉電位器控制流向放大器的電流量。 線性電位器是相同的,除了通過線性移動電阻器上的滑動觸點來改變電阻。 當需要在現場進行微調時,它們非常有用。  

10. SCR(矽控制整流器)-大電流控制
可控矽整流器(SCR)也稱為晶閘管,類似於晶體管和二極管-實際上,它們實際上是兩個一起工作的晶體管。 它們也有三根引線,但是由四個矽層組成,而不是三個,僅用作開關,而不是放大器。 另一個重要的區別是,只需要單個脈衝即可激活開關,而對於單個晶體管,則必須連續施加電流。 它們更適合於切換大量功率。

11.傳感器
傳感器是一種設備,其功能是檢測環境條件的變化並生成與該變化相對應的電信號,該電信號被發送到電路中的其他電子組件。 傳感器將能量從物理現象轉換為電能,因此實際上就是換能器(將一種形式的能量轉換為另一種形式)。 它們可以是電阻溫度檢測器(RTD)中的電阻類型,也可以是檢測遠距離信號的LED,例如電視遙控器中的任何東西。 存在用於各種環境刺激的各種傳感器,例如濕度,光,空氣質量,觸摸,聲音,濕度和運動傳感器。

12.開關和繼電器-電源按鈕
開關是一個基本且易於忽略的組件,它只是一個電源按鈕,通過在開路或閉路之間切換來控制電路中的電流。 它們在外觀上有很大的不同,從滑塊,旋轉,按鈕,控制桿,撥動開關,鍵開關到列表,不一而足。 類似地,繼電器是一個通過螺線管操作的電磁開關,當電流流過時,它就像一種臨時磁鐵。 它們充當開關,還可以將小電流放大為大電流。

13.電池-能源提供
理論上,每個人都知道什麼是電池。 電池可能是此清單中購買最廣泛的組件,不僅僅是電子工程師和業餘愛好者所使用的電池。 人們使用這種小型設備為日常物品供電。 遙控器,手電筒,玩具,充電器等。

在PCB上,電池基本上存儲化學能,並將其轉換為可用的電子能為板上的不同電路供電。 他們使用外部電路讓電子從一個電極流到另一個電極。 這形成了功能性(但有限)的電流。

電流受到化學能到電能的轉換過程的限制。 對於某些電池,此過程可能需要幾天的時間才能完成。 其他人可能要花費數月或數年才能完全消耗化學能。 這就是為什麼有些電池(例如遙控器或控制器中的電池)需要每幾個月更換一次,而另一些電池(例如手錶電池)則需要數年才能全部用完。



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印刷電路板功能-為什麼需要PCB?

在幾乎每個電子和計算設備中都可以找到PCB,包括主板,網絡卡和圖形卡以及硬盤/ CD-ROM驅動器中的內部電路。 在需要精細導電跡線的計算應用(例如筆記本電腦和台式機)中,它們充當許多內部計算機組件(例如視頻卡,控制器卡,網絡接口卡和擴展卡)的基礎。 這些組件都連接到母板,母板也是印刷電路板。


PCB也通過光刻工藝以製造處理器中導電路徑的大規模方式製造。 


儘管PCB通常與計算機相關聯,但它們還用於PC之外的許多其他電子設備中。 例如,大多數電視,收音機,數碼相機,手機和平板電腦都包含一個或多個印刷電路板。 但是,在移動設備中發現的PCB看起來與台式計算機和大型電子設備中的PCB相似,但是它們通常更薄並且包含更精細的電路。


儘管如此,印刷電路板仍廣泛用於幾乎所有精確的設備/設備,從小型消費類設備到大型機械,FMUSER特此列出了日常生活中PCB(印刷電路板)的十大常見用途。


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醫療器械

●醫學成像系統

● 顯示器

● 輸液泵

● 內部設備

●醫學成像系統: CT,CAT和超聲波掃描儀經常使用PCB,編譯和分析這些圖像的計算機也使用PCB。

● 輸液泵: 輸液泵(例如胰島素泵和患者控制的鎮痛泵)可向患者輸送精確量的液體。 PCB幫助確保這些產品可靠,準確地運行。

● 顯示器: 心率,血壓,血糖監測儀以及更多依賴於電子組件來獲取準確的讀數。

● 內部設備: 內部使用的起搏器和其他設備需要小的PCB才能起作用。


結論: 

醫療行業正在不斷提出更多的電子用途。 隨著技術的進步以及更小,更密,更可靠的板成為可能,PCB將在醫療保健中發揮越來越重要的作用。 


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軍事與國防應用

●通信設備:

●控制系統:

●儀表:


● 通訊設備: 無線電通信系統和其他關鍵通信需要PCB起作用。

● 控制系統: PCB是各種設備(包括雷達干擾系統,導彈檢測系統等)的控制系統的中心。

● 儀器儀表: 多氯聯苯使軍事人員可以使用這些指示器監視威脅,進行軍事行動和操作設備。


結論: 

軍事通常處於技術的最前沿,因此PCB的一些最先進的用途是用於軍事和國防應用。 多氯聯苯在軍事上的用途千差萬別。


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安全設備

●監控攝像頭:

●煙霧探測器:

●電子門鎖

●運動傳感器和防盜報警器

● 監控攝像頭: 不論是在室內還是室外使用的安全攝像機,以及用於監視安全錄像的設備都依賴於PCB。

● 煙霧探測器: 煙霧探測器以及其他類似設備,例如一氧化碳探測器,都需要可靠的PCB才能起作用。

● 電子門鎖: 現代電子門鎖還包含PCB。

● 運動傳感器和防盜警報器: 檢測運動的安全傳感器也依賴於PCB。


結論: 

PCB在許多不同類型的安全設備中扮演著至關重要的角色,尤其是隨著越來越多的這類產品獲得連接到Internet的能力。


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發光二極管

● 住宅照明

● 汽車顯示器

● 電腦顯示器

● 醫療照明

● 店面照明

● 住宅照明: 包括智能燈泡在內的LED照明可幫助房主更有效地照亮房屋。

● 店面照明: 企業可以使用LED進行標識並點亮商店。

● 汽車顯示器: 儀表板指示器,前大燈,剎車燈等可能使用LED PCB。

● 電腦顯示器: LED PCB為筆記本電腦和台式計算機上的許多指示器和顯示屏供電。

● 醫療照明: LED提供強光且幾乎不散發熱量,使其成為醫療應用的理想之選,尤其是與外科手術和急診醫學有關的應用。


結論: 

LED在各種應用中正變得越來越普遍,這意味著PCB可能會繼續在照明中扮演更重要的角色。


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航空航天零部件

●電源

●監控設備:

●通訊設備


● 電源: PCB是為各種飛機,控制塔,衛星和其他系統供電的設備中的關鍵組件。

● 監控設備: 飛行員使用各種監測設備(包括加速度計和壓力傳感器)來監測飛機的功能。 這些監視器通常使用PCB。

● 通訊設備: 與地面控制系統的通信是確保安全飛行的重要組成部分。 這些關鍵系統依賴於PCB。


結論: 

航空航天應用中使用的電子產品具有與汽車領域類似的要求,但是航空航天PCB可能會暴露在更惡劣的條件下。 多氯聯苯可用於各種航空航天設備,包括飛機,航天飛機,衛星和無線電通信系統。



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工業設備

●製造設備

●電力設備

●測量設備

●內部設備


● 製造設備: 基於PCB的電子設備為製造中使用的電鑽和壓力機提供動力。


● 電力設備: 為多種類型的工業設備供電的組件都使用PCB。 該電源設備包括直流到交流電源逆變器,太陽能熱電聯產設備等。

● 測量設備: PCB通常為測量和控制壓力,溫度和其他因素的設備供電。


結論: 

隨著機器人技術,工業物聯網技術和其他類型的先進技術變得越來越普遍,在工業領域中出現了PCB的新用途。


應用

海事應用

● 導航系統

● 通訊系統

● 控制系統


●導航系統: 許多海上船隻的導航系統都依賴於PCB。 您可以在GPS和雷達系統以及其他設備中找到PCB。

● 通訊系統: 船員用來與港口和其他船隻通信的無線電系統需要PCB。

● 控制系統: 海上船舶的許多控制系統,包括發動機管理系統,配電系統和自動駕駛系統,都使用PCB。


結論: 

這些自動駕駛系統可以幫助穩定船隻,操縱,最大程度地降低航向誤差並管理方向舵活動。


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消費類電子產品

● 通訊設備

● 電腦

● 娛樂系統

● 家電


● 通訊設備: 智能手機,平板電腦,智能手錶,收音機和其他通信產品需要PCB才能起作用。

● 電腦: 用於個人和企業的計算機均具有PCB。

● 娛樂系統: 與娛樂相關的產品,例如電視,立體聲音響和視頻遊戲機,都依賴PCB。

● 家用電器: 許多家用電器還具有電子元件和PCB,包括冰箱,微波爐和咖啡機。


結論: 

消費類產品中PCB的使用肯定不會減慢。 擁有智能手機的美國人比例現在已經達到77%,並且還在不斷增長。 許多以前非電子的設備現在也獲得了先進的電子功能,並成為了物聯網(IoT)的一部分。 


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汽車零件

● 娛樂和導航系統

● 控制系統

● 感知器

● 娛樂和導航系統: 集成了導航和娛樂功能的立體聲和系統都依賴PCB。

● 控制系統: 控制汽車基本功能的許多系統都依賴於PCB供電的電子設備。 這些包括發動機管理系統和燃油調節器。

● 傳感器: 隨著汽車變得越來越先進,製造商正在集成越來越多的傳感器。 這些傳感器可以監控盲點並警告附近物體的駕駛員。 對於使汽車能夠自動並行停車的系統,PCB也是必不可少的。


結論: 

這些傳感器是使汽車能夠自動駕駛的部分。 全自動駕駛汽車有望在未來變得越來越普遍,這就是為什麼要使用大量印刷電路板的原因。


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電訊設備

● 電信塔

● 辦公通訊設備

● LED顯示屏和指示燈


● 電信塔: 信號塔接收和發送來自手機的信號,並需要能夠承受室外環境的PCB。

● 辦公通訊設備: 您可能在辦公室中發現的許多通信設備都需要PCB,包括電話交換系統,調製解調器,路由器和Internet協議語音(VoIP)設備。

● LED顯示和指示燈: 電信設備通常包括利用PCB的LED顯示器和指示器。


結論: 

電信行業在不斷發展,該行業使用的PCB也在不斷發展。 隨著我們生成和傳輸更多數據,功能強大的PCB對通信將變得越來越重要。


FMUSER知道,任何使用電子設備的行業都需要PCB。 無論您將PCB用於什麼應用,重要的是,它們的可靠性,價格可承受性以及旨在滿足您的需求的設計。 

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PCB組裝原理:通孔與表面安裝


近年來,特別是在半導體領域,需要對更大的功能,更小的尺寸和增加的實用性的增加的需求。 有兩種將元件放置在印刷電路板(PCB)上的方法,即通孔安裝(THM)和表面貼裝技術(SMT)。它們在功能,優點和缺點方面各有不同,下面我們來看一下看看!


通孔組件

有兩種類型的通孔安裝組件: 

軸向引線組件 -沿直線(沿“軸”)穿過組件,導線的一端從任一端退出組件。 然後將兩端通過板上的兩個獨立孔放置,為組件提供更緊密,更平整的配合。 這些組件在尋找緊實,緊湊的配合時是首選。 軸向引線配置可以採用碳電阻器,電解電容器,保險絲和發光二極管(LED)的形式。



徑向鉛組件 -從板上伸出,其引線位於組件的一側。 徑向引線佔用的表面積較小,因此使其更適合於高密度板。 徑向組件可用作陶瓷圓盤電容器。

*軸向引線(頂部)與徑向引線(底部)


軸向引線組件沿直線(“軸向”)穿過組件,並且導線的每一端在任一端均退出組件。 然後將兩端通過板上的兩個單獨的孔放置,以使組件更緊密,更平整地配合。 

通常,軸向引線配置可以採用碳電阻器,電解電容器,保險絲和發光二極管(LED)的形式。

另一方面,徑向引線組件從板上突出,因為其引線位於組件的一側。 兩種通孔元件類型都是“雙股”引線元件。

徑向引線組件可以用作陶瓷圓盤電容器,而軸向引線配置可以採用碳電阻器,電解電容器,保險絲和發光二極管(LED)的形式。

並且使用軸向引線組件以使其緊貼板,徑向引線佔用較小的表面積,從而使其更適合於高密度板



通孔安裝(THM)
通孔安裝是將組件引線放置到裸露的PCB上的鑽孔中的過程,這是表面安裝技術的前身。 在現代化的裝配設備中,通孔安裝方法一直被認為是輔助操作,並且自從引入第二代計算機以來一直在使用。 

直到1980年代表面貼裝技術(SMT)興起之前,該工藝一直是標準做法,當時預計它將完全淘汰通孔。 然而,儘管這些年來流行度急劇下降,但通孔技術在SMT時代已被證明具有彈性,它具有許多優勢和特殊應用:即可靠性,這就是通孔安裝取代了舊式安裝的原因-點建設。


*點對點連接


通孔組件最適合需要高強度產品連接的層之間的高可靠性產品。 SMT組件僅通過焊料固定在電路板上,而通孔組件引線則貫穿電路板,從而使這些組件能夠承受更大的環境壓力。 這就是為什麼通孔技術通常用於軍事和航空航天產品中可能會經歷極度加速,碰撞或高溫的原因。 通孔技術在有時需要手動調整和更換的測試和原型製作應用中也很有用。

總體而言,通孔從PCB組裝中完全消失是一個很大的誤解。 除上述用於通孔技術的用途外,應始終牢記可用性和成本的因素。 並非所有組件都可以SMD封裝形式提供,某些通孔組件的價格更低。


另請閱讀: 通孔與表面貼裝有什麼區別?


表面貼裝技術(SMT)
SMT是將組件直接安裝到PCB表面的過程。 

表面安裝技術最初在1960年左右被稱為“平面安裝”,並在80年代中期被廣泛使用。

如今,幾乎所有的電子硬件都是使用SMT製造的。 它已成為PCB設計和製造中必不可少的,它提高了PCB的整體質量和性能,並大大降低了處理和處理成本。  

用於表面貼裝技術的組件是所謂的表面貼裝封裝(SMD)。 這些組件的引線位於封裝的下方或周圍。 

有許多不同類型的SMD封裝,它們的形狀和材料不同。 這些類型的程序包分為不同的類別。 “矩形無源元件”類別主要包括標準的SMD電阻器和電容器。 “小外形晶體管”(SOT)和“小外形二極管”(SOD)類別用於晶體管和二極管。 還有一些封裝最常用於集成電路(IC),例如運算放大器,收發器和微控制器。 用於IC的封裝示例包括:“小型集成電路”(SOIC),“四方扁平封裝”(QFN)和“球柵陣列”(BGA)。

上面提到的程序包只是可用的SMD程序包的一些示例。 市場上有更多類型的具有不同變體的軟件包。

SMT和通孔安裝之間的主要區別是 
(a)SMT不需要在PCB上鑽孔
(b)SMT組件要小得多
(c)SMT組件可以安裝在電路板的兩側。 

能夠在PCB上安裝大量小部件的能力允許使用密度更大,性能更高且更小的PCB。

一言以蔽之:與通孔安裝相比,最大的不同在於,無需在PCB上鑽孔就可以在PCB上的走線和組件之間建立連接。 

組件的引線將與PCB上的所謂PAD直接接觸。 

貫穿電路板並連接電路板各層的通孔組件引線已由“過孔”代替-允許在PCB的不同層之間進行導電連接的小組件,其本質上起著通孔引線的作用。 一些表面貼裝組件(例如BGA)是性能更高的組件,具有更短的引線和更多的互連引腳,可實現更高的速度。 


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