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理论基础之PCB和FPC

理论基础之PCB和FPC

PCB,Printed Circuit Board。如其字面意思,一块板子,上面有电路,印刷上去的。就是印刷电路板。也叫硬板。

FPC,Flexible Printed Circuit。如字面所述,这是一个电路,也是印刷上去的,并且是柔性的。就是柔性电路板。也叫软板。一般是黄色的。

还有一种电路板,一部分是硬的,一部分是软的,一般叫做软硬结合板,或者刚挠板。(刚性和挠性)

PCB的生产流程

多层PCB的构造,主要是玻璃纤维的板材和铜的线路叠在一起构成的。问了以下问题,就可以对PCB板有更深入的理解了:

PCB线路

如何做线路?

最初的一块PCB基板,是一张薄玻璃纤维板,两面覆盖有铜箔,完整的一片铜箔。线路就是在铜箔上刻出来的。类似于洗照片,Gerber里有每一层的图像,把图像做成底片(菲林),用光投射到基板上,基板就会把菲林上的图案显示出来。实际工作是通过化学蚀刻来把不需要的区域的铜腐蚀掉的,剩余的就是线路。两面都一样。对于两层板,只需要把基材的线路做出来就好了。

注:这里说玻璃纤维板是有助于理解,实际里面还有其他的树脂材料,常用的型号是FR-4。

如何做多层?

拿一块实心的塑料,想在里面嵌入一些金属,怎么办?不做任何破坏,不可能在内部装入金属的。但是咱们可以用两块塑料,把一片金属夹起来,金属就到实心塑料里面去了。这就就是多层电路板的内层线路的来历:一层一层的叠起来。

先做好两层板的线路,然后在基板的上下两面,再各压合一层单面铜箔的基板,就有了4层。表面线路的做法,跟基板的线路做法如出一辙。如果要做6层,那就再压合两层基板。再多就再压合。

通常中间的基板会厚一些,两侧的基板要薄很多。大部分电路板不会做到每一层的厚度是均匀的。

如何做过孔?

基板的两边,是没有连接起来的。为了把两边的线路连起来,就需要钻个孔。不过只有孔,孔里面是空气,还是导不了电。此时就需要在孔里面电镀。镀上一层铜,两面的线路通过孔里面的铜,就可以连接起来了。

原理很简单,实际工艺很复杂,需要遮盖住线路,还需要在孔内做表面处理才能镀上铜。

孔是怎么钻的?

还记得我们会在Gerber里输出钻孔图么?钻孔图标注了每一个孔的相对坐标,输入到机床里,机械手带着细细的钻头,在电路板上把孔逐个钻出来。这种就是机械孔。常用的机械孔最小直径在0.2mm,还有0.25和0.3mm的。大家想想,0.2mm直径的钻头,只比头发丝粗一点,很容易弯曲或断裂。这也就是为什么0.15mm的机械孔几乎没有工厂愿意做,0.2的孔的电路板,也会比0.2孔5的要更贵一些。这种穿过整个电路板的孔,叫做“通孔”。打通了的孔。如果通孔两边没有被油漆覆盖,肉眼就可以看到中间是空的。如果焊接,还会发现有焊锡漏到对面去了。

对于HDI板(High Density Interconnector,高密度互联)板来讲,还有一种特殊的孔,激光孔。通过激光烧蚀电路板,烧开一个孔。激光不会断,光束可以做的很细。在电路板上通常使用0.1mm直径的激光孔。激光是通过高温来烧蚀材料的,基材的主要成分是玻璃纤维和树脂,熔点不高,因此用激光可以很容易烧穿。但激光遇到铜箔,就没烧不穿了。因此激光孔只有一边是通的,另一边会被铜箔封死,不能被看穿。因此叫做盲孔(Blind hole)

对于内层线路,可以先打孔再压合外层线路,这时候原本的通孔,就被埋在板子里了,因此叫做埋孔(buried hole)。本质上就是个通孔。

能不能只钻一半,留一半?

例如,电路板只把1-2层钻开,保留3-4层。很抱歉,加工难度太大了,深度做不了这么精确。因此电路板上的开口,只要是机械开孔的,一定要打穿,不能限定深度。如果非要做,也有一些特殊工艺,例如提前把基材钻孔,这样的工艺不常见,所以价格也很高。

线路画多宽?

PCB板上的线路,单位是mil。Mil=千分之一英寸。0.0254毫米。通俗来记忆,就是4mil=0.1mm。

国内目前主流的线宽和线距的尺寸,一般是4mil。算是0.1mm。如果宽度太窄了,就不好加工了。前面讲到,导线是在通过照片在铜箔上蚀刻出来的,线太窄了容易腐蚀断掉,线距太窄了容易腐蚀不完导致短路。目前主流多层HDI板上,线宽线距可以做到局部2.5mil,整体3mil。线细了,不良率就会比较高,单价也会比较贵。

既然线太细了价格会上升,咱们统一都把线做粗一些行不行?也不行,如果线路太粗了,PCB画图的难度就会加大。并且线路粗细和信号类型是有很大的关系的,必须要根据电路上传递的信号的种类和参数来合理的选择线宽线距,也需要PCB绘图人员,对原理设计很熟悉。例如:电源线要根据通过的最大电流来设计宽度,通常按照40mil通过1A电流来计算。普通信号线走4mil足够了。射频线需要做阻抗匹配,线宽要根据板材和层数来计算。画原理图的时候,线路名称也要标识清楚,能够让PCB绘图人员轻松无误的从名字上看出来这条线路的功能,然后采取合适的走线方式。

过孔能不能随便打?

能,但也不能。

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