Vad är PCB? PCB betyder Printed Circuit Board, även känt som ett tryckt kretskort. Det avser ett tryckt kort som är format på ett vanligt substrat enligt en förutbestämd design, med sammankopplingar mellan punkter och tryckta komponenter. Det fungerar som stödstruktur för elektroniska komponenter och fungerar som bärare för deras elektriska sammankoppling.
Som en viktig komponent i elektroniska produkter spelar PCB en oumbärlig roll. Det har inte bara den viktiga uppgiften att ansluta kretsar, utan ger också ett robust stöd för elektroniska komponenter. Ännu viktigare är att PCB-kretskort förbättrar kretsarnas stabilitet och tillförlitlighet, vilket säkerställer att elektroniska enheter fungerar konsekvent och effektivt. Följaktligen är PCB-kort oundvikligen oumbärliga inom modern elektronisk teknik.
Kretskort består huvudsakligen av isolerande material, såsom glasfiberförstärkt epoxi (FR-4). De innehåller ett eller flera tunna kopparskikt, på vilka kretsmönster bildas genom kemisk etsning eller mekanisk bearbetning. Elektriska anslutningar mellan kopparskikten åstadkoms via genomgående hål (via-hål) eller blindvia (som endast ansluter mellan vissa skikt). Genom kombinationen av ledningar och isolerande material möjliggör kretskortet elektriska anslutningar och funktionell integration av elektroniska komponenter. Det förbättrar inte bara integrationen och tillförlitligheten hos utrustningen avsevärt, utan sparar också ledningsutrymme och förenklar systemdesignen.
Jämfört med den tidigare metoden med trådbindning ligger fördelarna med PCB-kort i deras integration, standardisering och miniatyrisering, vilket manifesteras i tre viktiga aspekter:
Överlägsen elektrisk stabilitet: Kopparfoliespår etsas precist med maskiner, vilket säkerställer enhetliga linjebredder och avstånd. Detta eliminerar riskerna för dålig kontakt och kortslutningar som är förknippade med manuell kabeldragning, vilket resulterar i en mer stabil signalöverföring (särskilt för högfrekventa signaler).
Förbättrad utrymmesutnyttjande: Konstruktionerna kan omfatta enkel-, dubbel- eller flerlagerskonstruktioner (t.ex. 4-lagers, 6-lagers, 12-lagers), med komponenter monterade på båda sidor av kortet (via SMT-processer), vilket avsevärt minskar utrustningens fotavtryck (t.ex. moderkort för mobiltelefoner, moderkort för bärbara datorer).
Låga massproduktionskostnader: Standardiserade produktionsprocesser (design → korttillverkning → lödning) möjliggör batchreplikering, vilket gör det lämpligt för storskalig tillverkning av elektroniska enheter. Vid reparationer underlättar ”silkscreen-märkningar” (t.ex. R1, C2, U1) snabb komponentidentifiering.
Sammansättning av PCB-kort
(1) Ledning: Ledningen (spår) har en nätverksanslutning som motsvarar det schematiska diagrammet, och ledningen har en nätverksetikett (NetLable) som motsvarar kretsdiagrammets noder. Vid kabeldragning kan ledningar automatiskt skjutas, lindas etc. (ledningar ansluts via noder, där det inte finns några noder är fysiska korskopplingar av ledningar inte tillåtna under kabeldragningen).
(2) Kopparläggning: Anslut nätverket genom en enda bit kopparfolie, och efter att kabeldragningen är klar, fyll den återstående delen av PWB-kortet med kopparfolie, som vanligtvis används för jord (GND) och ström (POWER). På grund av kopparfolins stora yta blir värmeavledningen mer objektiv.
(3) Genomgående hål:
① Funktionen hos genomgångshål:
Elektrisk anslutning: Genomgående hål kan användas för att ansluta kretsar på olika nivåer, vilket möjliggör effektiv signal- och kraftöverföring på kretskortet på olika nivåer. Tryckta kretskort är vanligtvis uppdelade i två lager, och med varje ytterligare lager ökar kostnaden dramatiskt
Fästning eller positionering av enheter: Genomgående hål kan användas för att fixera positionen för elektroniska komponenter såsom motstånd, kondensatorer etc., vilket säkerställer deras korrekta placering på kretskortet.
② Klassificering av genomgående hål:
Genomgående hål: De vanligaste och enklaste genomgående hålen i PWB-kort är genomgående hål, som är mekaniska borrhål som borras från toppen till botten av PCB.
Blindhål: Blindhål är en typ av laserborrning som innebär borrning och galvanisering av hål från det övre eller undre lagret av ett PWB-kort till det inre lagret.
Begravningshål: Begravningshål kan vara laserborrning eller mekanisk borrning och avser anslutningshålet som finns i det inre lagret av det tryckta kretskortet, som inte sträcker sig till kretskortets yta.
(4) Lödpunkter: Komponenterna fästs på kretskortet genom lödning genom hål i det tryckta kretskortet. Tryckta ledningar ansluter lödpunkterna för att uppnå elektrisk anslutning av komponenterna i kretsen. Hålen och den omgivande kopparfolien kallas lödpunkter.
(5) Silkscreen: Silkscreen avser information som är tryckt på elektroniska kretskort, såsom text, logotyper, grafik etc. Dessa screentryck har viktiga funktioner, de kan hjälpa till att identifiera position, värde, modell och annan information om elektroniska komponenter, samt riktning och korrekt installationsmetod för komponenter.
Användningsområden för kretskort
Kommunikationsutrustning: Kretskort används i telefoner, mobiltelefoner, radioapparater, satellitkommunikationssystem och liknande enheter, där de tillhandahåller tillförlitliga signalöverföringsvägar för att säkerställa korrekt dataöverföring.
Medicinsk utrustning: Kretskort används i diagnostik- och övervakningsutrustning, kirurgiska instrument och implantat, där de uppfyller stränga krav på precision och tillförlitlighet för att säkerställa utrustningens funktionalitet och patientsäkerhet.
Industriell styrning: PCB-kretskort används i robotik, CNC-verktygsmaskiner och automatiseringssystem för produktionslinjer, vilket möjliggör precis styrning och drift.
Fordonselektronik: Kretskort (PCB) används i motorstyrningsmoduler, karossstyrningsmoduler och airbagstyrningssystem, där de hanterar olika fordonssystem för att säkerställa korrekt funktion.
Konsumentelektronik: Kretskort (PCB) används i hushållsapparater som tv-apparater, kylskåp, tvättmaskiner och luftkonditioneringsapparater, samt i smartphones, surfplattor och spelkonsoler, där de tillhandahåller elektriska anslutningar och komponentstöd.
Flyg- och rymdindustri: Kretskort (PCB) används i flygplan, raketer och satelliter, där de uppfyller stränga krav på tillförlitlighet och precision för att utföra komplexa styr- och övervakningsfunktioner.
Datorer och servrar: PCB-kretskort används i datorer och servrar och tillhandahåller pålitliga signalöverföringsvägar för att säkerställa snabb dataöverföring och bearbetning.
Internet of Things (IoT)-enheter: PCB-kretskort tillhandahåller stabila, pålitliga styr- och dataöverföringsvägar för IoT-enheter, vilket möjliggör intelligent hantering och fjärrövervakning.
Ny energisektor: PCB-kretskort används i solpanelsystem, vindkraftssystem och liknande applikationer, där de tillhandahåller elektriska anslutningar och styrfunktioner.
Klassificering av kretskort
Kretskort kategoriseras efter antalet lager i tre huvudtyper: enkelsidiga kretskort, dubbelsidiga kretskort och flerskiktskretskort.
Ensidiga kretskort har komponenter koncentrerade på ena sidan av det mest grundläggande kretskortet, med ledande spår koncentrerade på den motsatta sidan. Eftersom spåren endast finns på ena sidan kallas denna typ av kretskort för ensidiga kretskort. Ensidiga kort är vanligtvis enkla att tillverka och kostnadseffektiva, men nackdelen är att de inte kan användas för alltför komplexa produkter.
Dubbelsidiga kretskort är en vidareutveckling av enkelsidiga kort. När enkelskiktsrouting inte uppfyller kraven för elektroniska produkter används dubbelsidiga kort. Båda sidorna har kopparplätering och spår, med genomgångar som förbinder kretsarna mellan skikten för att bilda nödvändiga nätverksanslutningar.
Flerskikts-PCB-kort avser kretskort som består av tre eller flera ledande mönsterskikt som laminerats ihop med isolerande material mellan sig, där de ledande mönstren är sammankopplade efter behov. Flerskiktade kretskort representerar utvecklingen av elektronisk informationsteknik mot hög hastighet, multifunktionalitet, stor kapacitet, kompakt storlek, tunna profiler och lättviktskonstruktioner.
Flerskikts-kretskort betecknas vanligtvis med jämna tal, såsom 2, 4, 6, 8, 10, 20, 40 eller 100 lager. Enkelt uttryckt motsvarar antalet kopparlager – dvs. antalet spår – kortets lagerantal. För närvarande innebär de flesta flerlagersprocesser laminering av flera dubbelsidiga kopparpläterade laminat, därav förekomsten av flerlagerskort med jämna nummer. Till exempel ger laminering av två dubbelsidiga kretskort ett 4-lagerskort; om man lägger till ytterligare ett dubbelsidigt kretskort får man ett 6-lagerskort, och så vidare. Dessutom faller avancerade tekniker som HDI, SLP och Anylayer, trots sin komplexitet – som kännetecknas av många genomgångar, fina spår, invecklade processer och hög precision – fortfarande under materialkategorin ”styva kort”. De klassificeras därför generellt som flerlagerskort om de inte specifikt anges separat.
Efter materialegenskaper
Klassificering efter substratets styvhet
Styvt kretskort
Definition: Använder styva isoleringsmaterial som substrat, kan inte böjas eller vikas, den vanligaste typen i elektroniska enheter.
Typiska material: FR-4-glasfiberduksubstrat, fenolpapperssubstrat, metallklädda laminat (aluminiumbaserade, kopparbaserade) etc.
Användningsområden: Moderkort för datorer, moderkort för smartphones, elektroniska styrmoduler för fordon etc.
Flexible PCB
Definition: Användning av flexibla material såsom polyimid (PI) som substrat, som kan böjas och vikas för att passa installation i trånga utrymmen.
Representativa material: PI-substrat, polyesterfilmsubstrat.
Användningsområden: Bärbara enheter, flexibla kablar för vikbara smartphones, minimalt invasiva medicinska kirurgiska instrument etc.
Klassificerat efter förstärkningsmaterial
Glasfiberbas
Kärnkomponenter: Glasfiberduk + epoxiharts (t.ex. FR-4), som ger hög hållfasthet och värmebeständighet.
Fördelar: Överlägsen mekanisk hållfasthet, stabila dielektriska egenskaper och utmärkt fuktbeständighet.
Pappersbaserat
Kärnkomponenter: Trämassafiberpapper + fenolharts (t.ex. FR-1, XPC). Låg kostnad men begränsad prestanda.
Begränsningar: Dålig temperaturbeständighet (vanligtvis <130 °C), endast lämplig för enheter med låg effekt.
Kompositbas
Kärnkomponenter: Glasfiberduk laminerad med papper (t.ex. CEM-1), balanserar kostnad och prestanda.
Användningsområden: Kontrollkort för små apparater, elektroniska moduler i leksaker etc.
Klassificerade efter specialfunktion
Metallbaserade kretskort
Aluminiumbaserade: Exceptionell värmeledningsförmåga, lämpliga för LED-belysning och effektförstärkare.
Kopparkbaserade: Värmeeffektiviteten är mer än tre gånger högre än för aluminiumbaserade, används i högfrekvent kommunikationsutrustning.
Högfrekventa kretskort
PTFE (polytetrafluoretylen): Låg dielektricitetskonstant (ε=2.0-2.5), minimal förlusttangent (tanδ<0.002), lämplig för 5G-basstationer och radarsystem.
Rogers-serien: Erbjuder stabil högfrekvensprestanda med dielektricitetskonstantprecision upp till ±0.02, vilket gör den till det föredragna valet för avancerade RF-kretsar.
Keramikbaserade kretskort
Aluminiumoxid (Al₂O₃), aluminiumnitrid (AlN): Motståndskraftiga mot höga temperaturer (>1000 °C) med exceptionella isoleringsegenskaper, används i rymd- och hög effekt halvledarmoduler.
Klassificerade efter via-typ: genomgående hål, blind via, begravd via.
Genomgående hål: Hålet går igenom hela kortet, med båda ändarna avslutade på det övre eller undre lagret (de två yttersta lagren).
Blind via: Den ena änden av hålet avslutas vid ytskiktet (ytterlagret), medan den andra avslutas vid ett inre lager utan att gå igenom hela kortet.
Begravd via: Båda ändarna av hålet är placerade inom kortet och förbinder endast två inre lager.
Faktorer som påverkar prissättningen av kretskort:
1.Kostnaden för kretskort varierar avsevärt beroende på val av material. Om vi tar ett vanligt dubbelsidigt kort som exempel består substratet vanligtvis av FR4-typer (inklusive märkena Shengyi, Jiantou och Guojie, med priser som minskar i den ordningen). Kretskortets tjocklek varierar från 0,2 mm till 3,0 mm, medan koppartjockleken varierar från 0,5 oz till 3 oz. Substratet i sig står alltså för betydande prisskillnader. När det gäller valet av lödmaskfärg finns det också en prisskillnad mellan standardvärmehärdande färg och ljuskänslig grön färg.
2.Variationer i ytbehandlingsprocesser för kretskort bidrar ytterligare till prisvariationer. Vanliga behandlingar inkluderar: OSP (syre-stabiliserad fosfor), blyhaltig varmförzinkning, blyfri varmförzinkning (miljövänlig), guldplätering, kemisk guldplätering och olika kombinationsprocesser. Dessa processer ökar i allmänhet kostnaden i stegvis ordning.
3.Komplexiteten i PCB-designen påverkar också prissättningen. Till exempel kan två kort med 1000 hål vardera medföra olika borrningskostnader om det ena kortets håldiameter överstiger 0,2 mm medan det andra är under 0,2 mm. På samma sätt, om båda korten har identiska specifikationer förutom spårbredd och avstånd – det ena överstiger 4 mil och det andra är under 4 mil – kommer detta att generera olika produktionskostnader. Dessutom medför konstruktioner som använder icke-standardiserade tillverkningsprocesser – såsom halvpläterade genomgående hål, begravda/blinda via, hål i panelen eller kolbläckstryck på tangentbordskort – ytterligare kostnader.
4.Tjockleken på PCB-kopparfolien påverkar också prissättningen. Vanliga tjocklekar är: 18 μm (1/2 oz), 35 μm (1 oz), 70 μm (2 oz), 105 μm (3 oz) och 140 μm (4 oz). Tjockare kopparfolie medför högre priser.
5.Kvalitetsacceptansstandarderna för PCB-kretskort varierar mellan kunderna, vilket påverkar prissättningen. Vanliga standarder är IPC2, IPC3, företagsspecifikationer och militära standarder. Högre standarder motsvarar högre kostnader.
6.Förklaring av kostnader för verktyg och fixturer
När det gäller verktygskostnader: För prototyper och småskalig produktion använder PCB-tillverkare vanligtvis borrning och fräsning för panelformning, vilket undviker extra kostnader för kantfräsning. Storskalig produktion kräver dock verktyg för panelstansning, vilket medför en kostnad för verktygssatsen.
7.Betalningsmetodernas inverkan på prissättningen
Att välja betalningsmetoder med kortare avräkningsperioder, såsom kontantbetalningar, ger vanligtvis lägre priser.
8.Orderkvantitetens och ledtidens inverkan på prissättningen
(1) Orderkvantitet: Mindre ordervolymer medför högre enhetskostnader. Även vid tillverkning av enstaka enheter måste PCB-tillverkare genomföra alla processer – inklusive framtagning av teknisk dokumentation och filmutskrift – vilket resulterar i högre enhetskostnader.
(2) Krav på ledtid: Data som skickas till PCB-tillverkaren måste vara fullständiga och korrekta. Detta inkluderar detaljerade specifikationer för Gerber-filer, antal lager, substrattyp, PCB-tjocklek, ytfinish, bläckfärg, teckenfärg och eventuella specialkrav.
