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在印刷電路板(PCB)出現(xiàn)之前，電路是通過點到點的接線組成的。這種方法的可靠性很低，因為隨著電路的老化，線路的破裂會導(dǎo)致線路節(jié)點的斷路或者短路。繞線技術(shù)是電路技術(shù)的一個重大進(jìn)步，這種方法通過將小口徑線材繞在連接點的柱子上，提升了線路的耐久性以及可更換性。

當(dāng)電子行業(yè)從真空管、繼電器發(fā)展到硅半導(dǎo)體以及集成電路的時候，電子元器件的尺寸和價格也在下降。電子產(chǎn)品越來越頻繁的出現(xiàn)在了消費領(lǐng)域，促使廠商去尋找更小以及性價比更高的方案。于是印刷電路板(PCB)就誕生了。那具體來講，什么是印刷電路板(PCB)、它有著怎樣的制作工藝、有哪些常見缺陷......這就是本章節(jié)要跟大家分享的內(nèi)容。

一、印刷電路板(PCB)的簡介與發(fā)展歷程

1、印刷電路板(PCB)的簡介

PCB是 Printed Circuit Board的簡稱，中文名稱為：印制電路板，又稱印刷線路板，是重要的電子部件，是電子元器件的支撐體，是電子元器件電氣連接的載體。由于它是采用電子印刷術(shù)制作的，故被稱為“印刷”電路板。

印刷電路板(PCB)是由相互連接的電子元件組成的獨立模塊，從我們身邊日常使用的電子設(shè)備，如：手機、路由器、個人電腦到復(fù)雜的雷達(dá)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星上，都能找到它們的身影，只是它們靚麗的光芒被設(shè)備外殼給遮蓋住了，你那天才般的設(shè)計往往被用戶所忽視，直到設(shè)備出現(xiàn)故障或者需要功能擴展，拆開設(shè)備外殼的剎那才能領(lǐng)略它的美。

2、印刷電路板(PCB)的發(fā)展歷程

電子學(xué)的起源可以追溯到1897年，約瑟夫·湯姆森發(fā)現(xiàn)電子的存在，電子學(xué)是在早期的電磁學(xué)和電工學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在電子學(xué)誕生之前，人類對于電磁現(xiàn)象的研究已相當(dāng)深入。一系列物理定律已經(jīng)確立，如庫侖定律、安培定律、 歐姆定律、 楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律等。

1831年6月13日，天降男神詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（James Clerk Maxwell，1831年6月13日－1879年11月5日）于英國愛丁堡的印度街14號，麥克斯韋被普遍認(rèn)為是十九世紀(jì)物理學(xué)家中，對于二十世紀(jì)初物理學(xué)的巨大進(jìn)展影響最為巨大的一位。他在1864年發(fā)表的論文《電磁場的動力學(xué)理論》中，集以往電磁學(xué)研究之大成，提出電場和磁場以波的形式以光速在空間中傳播，并提出光是引起同種介質(zhì)中電場和磁場中許多現(xiàn)象的電磁擾動，同時從理論上預(yù)測了電磁波的存在，將電、磁、光統(tǒng)歸為電磁場中現(xiàn)象，提出了著名的麥克斯韋方程組，建立了第一個完整的電磁學(xué)理論體系，為電磁學(xué)在生產(chǎn)生活中應(yīng)用奠定了強大的理論基礎(chǔ)。

電磁學(xué)是現(xiàn)代科技生活最重要的學(xué)科，它的高速發(fā)展，將人類帶入了電氣時代和信息時代。可以說，沒有電磁學(xué)的發(fā)展，就沒有人類的現(xiàn)代文明；這一自然科學(xué)理論的成果，奠定了現(xiàn)代的電力工業(yè)、電子工業(yè)和無線電工業(yè)的基礎(chǔ)。當(dāng)然，沒有麥克斯韋，也就沒有PCB，也就沒有PCB Layout這個行業(yè)，可能現(xiàn)在的老wu還是村口賣豬肉的最靚的仔。

有了電磁學(xué)理論的支撐，人們對電磁學(xué)的利用也達(dá)到了一定的水平，有線電報和有線電話也相繼發(fā)明，并且有了橫貫美洲大陸的電報、電話線路和橫跨大西洋的海底電纜。亞歷山大-格雷厄姆-貝爾在1876年發(fā)明了電話，托馬斯-愛迪生1879年發(fā)明了白熾燈、尼古拉-特斯拉于1888年發(fā)明了電動機，所有這些，都為電子學(xué)的誕生準(zhǔn)備了充足的條件。

1831年法拉第發(fā)表電磁感應(yīng)定律之后，人們就開始研究如何利用電磁原理來實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，薩繆爾·摩爾斯1837年發(fā)明了電報，貝爾于1876獲得了電話的發(fā)明專利。到了1904年美國有300萬電話需要靠人工電話交換連接。

印刷電路板也是隨著電子連接系統(tǒng)發(fā)展而來的，以解決電報/電話系統(tǒng)的連接問題。初期，金屬條或金屬棒用于連接安裝在木制底座上的大型電子元件。隨著時間的推移，金屬條被螺絲端子和可擰入其中的電纜所取代，這樣連接更具有靈活性，而木制底座則被金屬底板所取代。但是，隨著電報/電話業(yè)務(wù)的發(fā)展，電話交換門數(shù)越來越多，電話系統(tǒng)相關(guān)的電子操作也越來越復(fù)雜，這就需要更小、更緊湊的設(shè)計。

與PCB有關(guān)的發(fā)明專利最早的時間節(jié)點應(yīng)該在1903年，當(dāng)時一位名叫阿爾伯特·漢森（Albert Hanson）的德國著名發(fā)明家申請了一項英國專利，他首創(chuàng)利用“線路”的觀念應(yīng)用于電話交換機系統(tǒng)，利用金屬箔切割成線路導(dǎo)體，然后線路導(dǎo)體上下面都粘上石蠟紙，在線路交點上設(shè)置導(dǎo)通孔實現(xiàn)不同層間的電氣互聯(lián)。這與我們現(xiàn)代的PCB制造方法有明顯的區(qū)別，因為當(dāng)時苯酚樹脂還未發(fā)明，而化學(xué)蝕刻技術(shù)也還未成熟，阿爾伯特·漢森發(fā)明的方法可以說是現(xiàn)代PCB制造的雛形吧。

1907年，出生于比利時的美國化學(xué)家利奧·亨德里克·貝克蘭（Leo Hendrik Baekeland，1863年－1944年）改進(jìn)了酚醛樹脂的生產(chǎn)技術(shù)，將樹脂實用化、工業(yè)化。這也為印制電路板的問世與發(fā)展，創(chuàng)造了必要的條件。

1920年代–早期的PCB板材幾乎無所不包，從電木（就是上邊說的酚醛樹脂，俗稱電木）和松石到普通的舊薄木板。 可以在材料上鉆一些孔，然后將扁銅絲鉚接到該材料上。 外形看起來可能不是很美觀，但是后來的印刷電路板的理念就從這里誕生。 當(dāng)時，這些電路板主要用于收音機和留聲機。

二、印刷電路板(PCB)板材的基本構(gòu)成

印刷電路板(PCB)是以覆銅板(Copper-clad Laminate，簡稱CCL) 作為原料而制造的電器或電子的重要機構(gòu)組件。主要由覆銅板（CCL）、半固化片（PP）、銅箔（Copper Foil）、阻焊層（Solder Mask）組成。結(jié)構(gòu)如下圖所示：

1、覆銅板CCL

是制造印制電路板的基礎(chǔ)材料，是由介電層（樹脂、玻璃纖維）及高純度的導(dǎo)體（銅箔）二者所構(gòu)成的復(fù)合材料?，F(xiàn)在用得比較多的有 FR1、FR4、CEM3、陶瓷板等。

2、半固化片又稱PP片

是多層板生產(chǎn)中的主要材料之一。主要由樹脂和增強材料組成，增強材料分為玻璃纖維布（簡稱玻璃布）、紙基、復(fù)合材料和特殊材料等幾種類型。制作多層印制電路板所使用的半固化片（黏結(jié)片）大多采用玻璃布作為增強材料。

3、銅箔

沉淀于電路板基底層上的一層薄的、連續(xù)的金屬箔，它作為 PCB 的導(dǎo)電體，被黏合在絕緣層上，經(jīng)蝕刻后形成電路圖樣，常用銅箔可分為壓延銅箔（RA）和解銅箔（ED）兩類。

4、阻焊層

指印制電路板上有阻焊油墨的部分。阻焊油墨顏色有綠色、紅色、黑色和藍(lán)色等，是用來保護(hù)印制電路板的涂層。

三、印刷電路板(PCB)的重要工藝參數(shù)

1、TG值

關(guān)于TG值，我在之前的文章中有跟大家分享過，它是指板材在高溫受熱下從固態(tài)變?yōu)楦邚棏B(tài)的玻璃化臨界溫度，是衡量板材耐熱性的重要指標(biāo)。層數(shù)多、厚度厚和面積尺寸大的高性能板件比起常規(guī)PCB應(yīng)具有更好的耐熱性或更高的Tg溫度。在一般FR-4樹脂配方中，引入部分三官能團及多功能團的環(huán)氧樹脂或是引入部分酚酫型環(huán)氧樹脂，可以有效提高Tg值。

2、熱膨脹系數(shù)CTE

熱膨脹系數(shù)是衡量材料在溫度變化時尺寸膨脹或收縮程度的物理量?；宀牧显谑軣岷螅鋯挝粶囟壬仙g引起的基板材料尺寸的線性變化。一般是高Tg樹脂的基板材料也具有低的熱膨脹系數(shù)。覆銅板的尺寸穩(wěn)定性主要取決于構(gòu)成覆銅板的三種原材料:樹脂、增強材料、銅箔。

3、介電常數(shù)DK

介電常數(shù)決定了電信號在介質(zhì)中傳播的速度。電信號傳播的速度與介電常數(shù)平方根成反比。介電常數(shù)越低，信號傳送速度越快。影響PCB上走線的阻抗。

4、耐離子遷移（CAF）性能

離子遷移是在線路板正負(fù)電極間沿玻璃纖維表面出現(xiàn)導(dǎo)電絲生長而發(fā)生絕緣破壞的現(xiàn)象，可能會造成短路發(fā)生。離子遷移會造成電子產(chǎn)品信號變差，性能下降，可靠性下降，同時電子產(chǎn)品使用壽命縮短，能耗提高；絕緣破壞，可能出現(xiàn)短路而發(fā)生火災(zāi)安全問題。

四、印刷電路板(PCB)的制作工藝和常見缺陷

以下就是本章節(jié)要跟大家分享的主要內(nèi)容：

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五、印刷電路板(PCB)的應(yīng)用領(lǐng)域

印刷電路板(PCB)是電子設(shè)備中印刷電路板(PCB)的組成部分，廣泛分布于各個行業(yè)。以下是一些主要行業(yè)中印刷電路板(PCB)的應(yīng)用及其具體分析：

1、電子消費行業(yè)

應(yīng)用范圍：手機、平板電腦、電視、攝像頭、音響等消費電子產(chǎn)品。

在電子消費行業(yè)，印刷電路板(PCB)是各種電子設(shè)備的“芯片”，用于連接和支持芯片、傳感器、電源等元件，實現(xiàn)各種功能。隨著消費電子產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，對印刷電路板(PCB)的需求也在不斷增加。

2、通信行業(yè)

應(yīng)用范圍：手機基站、通信設(shè)備、衛(wèi)星通信等。

通信行業(yè)對印刷電路板(PCB)的要求通常包括高頻特性、抗干擾能力、穩(wěn)定性等。隨著5G技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，對高頻、高速傳輸?shù)男枨蟛粩嘣黾?，推動了高頻材料和高密度印刷電路板(PCB)技術(shù)的發(fā)展。

3、汽車電子行業(yè)

應(yīng)用范圍：發(fā)動機控制單元（ECU）、汽車導(dǎo)航、儀表板、傳感器等。

汽車電子行業(yè)對印刷電路板(PCB)的要求主要包括耐高溫、抗關(guān)機、抗干擾等特性。隨著電動汽車和智能駕駛技術(shù)的快速發(fā)展，對印刷電路板(PCB)的要求也在不斷提升，例如高溫耐受性、高耐受性密度布線等。

4、工業(yè)控制與自動化行業(yè)

應(yīng)用范圍：PLC（自動化邏輯控制器）、工業(yè)機器人、自動化生產(chǎn)線等。

在工業(yè)控制領(lǐng)域，印刷電路板(PCB)相當(dāng)于連接各種傳感器、執(zhí)行器和控制芯片的作用，實現(xiàn)自動化控制和監(jiān)測。穩(wěn)定性、可靠性和抗干擾能力是印刷電路板(PCB)在該領(lǐng)域的重要考量因素。

5、醫(yī)療電子行業(yè)

應(yīng)用范圍：醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備、醫(yī)療成像設(shè)備、診斷儀器等。

在醫(yī)療電子行業(yè)，印刷電路板(PCB)承擔(dān)著連接傳感器、控制器和放大器等部件的任務(wù)。同時，對于醫(yī)療設(shè)備來說，安全性、穩(wěn)定性和精準(zhǔn)度是印刷電路板(PCB)材料和工藝的重要考慮因素。

總的來說，印刷電路板(PCB)作為現(xiàn)代電子設(shè)備的基礎(chǔ)組件，幾乎涵蓋了所有行業(yè)。不同行業(yè)對印刷電路板(PCB)的需求會因行業(yè)特性、應(yīng)用場景和環(huán)境要求而有所不同，因此印刷電路板(PCB)制造商需要根據(jù)不同行業(yè)的提供相應(yīng)需求的定制化解決方案。

六、印刷電路板(PCB)的行業(yè)前景

印刷電路板(PCB)不僅在傳統(tǒng)電子產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用，如手機、電視等消費類電子產(chǎn)品，而且在新興產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用也日益擴大。例如，智能手環(huán)、智能穿戴設(shè)備、人臉識別系統(tǒng)等，都離不開印刷電路板(PCB)的支持。預(yù)計未來，隨著智能化水平的提升，印刷電路板(PCB)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏訌V泛?，F(xiàn)從三大行業(yè)發(fā)展趨勢來分析印刷電路板(PCB)行業(yè)前景。

1、印刷電路板(PCB)行業(yè)高性能

隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和5G等新興技術(shù)的快速發(fā)展，對于印刷電路板(PCB)的應(yīng)用需求也在不斷增加。這些領(lǐng)域?qū)τ∷㈦娐钒?PCB)的性能要求更高，如信號傳輸速率更快、電磁兼容性更好、耐高溫性能更強等。為了滿足這些高性能應(yīng)用的需求，印刷電路板(PCB)行業(yè)需要持續(xù)改善材料、設(shè)計和制造工藝，不斷提高產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性。

2、印刷電路板(PCB)行業(yè)技術(shù)化

隨著電子設(shè)備的不斷升級換代，對于印刷電路板(PCB)的要求也越來越高。因此，在技術(shù)創(chuàng)新方面，不僅需要不斷提高印刷電路板(PCB)的性能和可靠性，還要追求更高的制造精度和生產(chǎn)效率。例如，通過引入先進(jìn)的材料和工藝，如高密度互連技術(shù)、多層堆疊技術(shù)以及薄膜封裝技術(shù)，可以實現(xiàn)更小尺寸、更輕薄的印刷電路板(PCB)，滿足電子設(shè)備對于緊湊型設(shè)計的需求。

3、印刷電路板(PCB)行業(yè)環(huán)保化

隨著環(huán)境保護(hù)意識的增強和可再生資源的限制，印刷電路板(PCB)制造商正積極尋找更環(huán)保和可持續(xù)的材料和生產(chǎn)過程。他們正在采取措施減少有害物質(zhì)的使用，例如限制有害物質(zhì)的含量和開發(fā)可回收和可降解的材料。此外，優(yōu)化能源利用、提高廢料處理效率以及推動綠色制造也是印刷電路板(PCB)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要方向。

總之，隨著電子設(shè)備的不斷智能化和高性能化，印刷電路板(PCB)行業(yè)正面臨著巨大的機遇和挑戰(zhàn)。通過技術(shù)創(chuàng)新、高性能應(yīng)用和可持續(xù)發(fā)展，印刷電路板(PCB)行業(yè)可以不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量和競爭力，為電子行業(yè)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

總結(jié)一下

我們在如今的印刷電路板(PCB)上，能看到巨大的復(fù)雜性。一塊可能指甲蓋大小的印刷電路板(PCB)，集成了多層板制造技術(shù)、CAD計算機輔助設(shè)計技術(shù)、表面貼裝技術(shù)等，推動當(dāng)前印刷電路板(PCB)技術(shù)發(fā)展的不僅僅是這些特定技術(shù)體系上的創(chuàng)新，更多的是，先進(jìn)技術(shù)趨勢及其相關(guān)應(yīng)用的出現(xiàn)，推動了印刷電路板(PCB)發(fā)展。

那么，推動印刷電路板(PCB)發(fā)展的這些技術(shù)趨勢是什么？

它們可以分為兩大類：“以人為本”，關(guān)注技術(shù)如何影響人類，以及“智慧空間”的趨勢，集中于影響生活或工作環(huán)境的技術(shù)方向。

這些關(guān)鍵技術(shù)趨勢包括5G、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、人工智能（AI）、人體增強、超級自動化和自動化物體等。這些趨勢使得大量數(shù)據(jù)在短時間內(nèi)傳輸、轉(zhuǎn)移、管理和處理成為了可能，從而最小化時延問題-這是邊緣計算的一個關(guān)鍵方面。

印刷電路板(PCB)發(fā)展的技術(shù)方向是與這些先進(jìn)技術(shù)趨勢對印刷電路板(PCB)需求的集成，所以大家可以看到印刷電路板(PCB)從最基礎(chǔ)的通孔板，發(fā)展出了高多層板、軟硬結(jié)合板、半軟板、使用IC基板技術(shù)的HDI板等，也看到了對于20-30um的細(xì)導(dǎo)線和間隙要求，微孔，3D打印電路板，自動化程度更高的制造流程，以及新的表面處理方法 - 當(dāng)然，還有許多其他進(jìn)步。正如大家所看到的，印刷電路板(PCB)發(fā)展歷史很漫長，無數(shù)發(fā)明家、工程師在其中添磚加瓦，新興的技術(shù)需求，也推動了它的發(fā)展。

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審核編輯 黃宇