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科学史话 | 多样化的PCB基板

发布时间:2023/03/13浏览次数:

PCB板在现实生活中无处不在,有电子产品的地方就有它们的身影。通常我们印象中的PCB是搭载着各式各样电子元器件的绿色载板,不管是手机,电脑,还是路边的灯,甚至太空的空间站,PCB板都起着至关重要的作用。PCB全称Printed Circuit Board,正如其名,PCB通过将电路“印刷”在电路板上,是一种支撑和互连电子元器件的载板。PCB实现了电能的传输信号的控制与传输电子元器件的载体等诸多功能,实现电路和整个系统的小型化、轻便化。而在实际应用中,PCB板需要面临高温,高压,弯折等各种情况,多样化的PCB基板也因此应运而生。

一种常见的PCB电路板

PCB板的制作

常见的刚性PCB板的基底通常为合成树脂材料FR4(FR4由玻璃纤维布与环氧树脂压合所得)。在PCB板的生产过程中,首先需要在基材的两侧涂上铜膜,然后通过光绘和其他过程将设计蓝图中的电线连接“打印出来”。比如保护图纸中的印刷电线、焊盘和通孔膜,以防止这些部分的铜膜在下一个腐蚀过程中被腐蚀,而没有膜覆盖保护部分的铜膜则被化学腐蚀,从而保留了电路。为了防止不同层之间以及与外界的电路误触和误连,生产中会在电路的外表面涂上了一层绝缘的绿油。而需要连接电子元器件的部位则把部分电路裸露出来,贴上锡膏防护层,用于贴片元件焊接在PCB板上,从而实现电路与电子元器件的互连。然而,常规的FR4在加工过程中受热会产生一定的翘曲,使得成型的PCB板合格率较低,且尺寸稳定性较差,无法满足高精端产品需求。

挠性板

当部分电子设备(比如笔记本电脑,数码摄像机)面临需要弯折的情况,传统PCB就无法满足需求,而挠性板(FPC)则解决了这一问题。挠性板又叫做柔性PCB板,以聚酰亚胺或聚酯薄膜等柔性基材制成,因此不仅可以在X,Y,Z三个维度上进行弯曲,还可以根据需求进行任意的移动和伸缩。此外,挠性板还有布线密度高,重量轻,体积小的优越性。因此,被广泛应用在计算机、通信机、仪器仪表、医疗器械、军事和航天等领域。挠性板的基板叫做FCCL,即挠性覆铜板(Flexible Copper Clad Laminate, FCCL),主要由铜箔,聚酰亚胺及胶粘剂制造而成。除此之外,不同的挠性板,柔性程度也各不相同,衍生出软-硬板等各种产品。

挠性板

其他种类PCB板

PCB基板除了刚性和柔性板以外,还有其他种类的基板。我馆收藏电子科技大学自主研发的玻璃PCB印制电路板。玻璃PCB板有效解决了常规PCB板在加工过程的翘曲问题,提高了成型的PCB板合格率。并且可以作为太阳能板的基底,以延长太阳能电池板使用寿命,确保太阳能电池板结构强度。从而解决普通太阳能电池板在长期紫外线照射下的损耗问题,延长太阳能电池的使用寿命。玻璃PCB板的制作工艺与传统PCB类似,首先将玻璃板浸入氢氟酸混合液,再对玻璃板表面进行镀钛层和铜层。然后在铜表面压覆干膜,并进行曝光、显影蚀刻,以形成线路。最后在表面涂覆油漆制作防焊层。

成电自制玻璃PCB电路板制

陶瓷为基板的高频层压板也是一种有很强应用性的PCB类型。在高压线之间,我们经常能看见白色的绝缘子,就是由陶瓷为材料制成的。陶瓷作为介电材料导电性差,在高频电路中热量损失少。此外,两表面之间电压过大时,容易造成击穿,而陶瓷材料的耐压性也很好。而且陶瓷基板的高频层压板在不同温度和频率下具有卓越的介电常数 (Dk) 稳定性,消除了通用 PTFE 材料的介电常数在常温下的阶跃变化。非常适合汽车雷达和5G无线基础设施(毫米波)等应用。

2021年全球PCB公司前40名,中国大陆独占10家。而面向未来,多样化的PCB类型将面向更多智能设备,计算机、通讯等基础设施,军工等自动化设备,以及新能源汽车等能效领域。PCB的发展,反映着电子信息领域不断迈步向前的强大动力。

参考文献:

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[6]张家亮,吴荣. 韩国PCB基板的市场与技术研究[C]//.第三届全国青年印制电路学术年会论文汇编.[出版者不详],2006:137-149.

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文章:肖洋

审核:杨一川

排版:周春宇



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