什麼是PCB印刷電路板?

在我們的日常生活所使用的電子設備中,比如遙控器、手機、冰箱、電視、冷氣機、電腦…等,裡面都有一個重要的零件叫做「電路板」,不過其正式的全名應該為「印刷電路板」,因為其電子電路(circuits)的形成真的就類似早期書本印刷而得,所以其英文縮寫為「PCB (Printed Circuit Board)」,也有人將之縮寫成「PWB (Printed Wire Board)」。簡而言之,PCB就像是電子設備的基座,負責將所有的電子零部件連接在同一個網絡中,讓它們可以協同運作。

工作熊覺得也可以把PCB想像成是一部汽車的底盤,而所有汽車的零部件都會安裝在其上,並使它們能夠協同運作。但個人覺得PCB更像是一片都市計畫中已建設好道路的城鎮土地,等待著其他機關建築物在固定位置進駐。而已經發展完善的城鎮就是一片PCBA(Printed Circuit Board Assembly), 我們通常稱之為「組裝電路板」或「組裝板」。

PCB的主體是一片厚度大約1.0mm~1.6mm厚的硬板子,視設計需求,有些時候PCB的厚度會更薄或更厚,有些還會特意設計成可繞曲可彎折的軟板(FPCB)。有些更特殊的需求,會將硬板與軟板同時結合在一起成為軟硬複合板(rigid-flex board)。而板子的上面會有一層或多層的導電金屬,通常是銅箔,這層金屬被精巧地設計成一個網路(電子電路),就像城鎮的街道一樣,讓電子設備中的不同零部件之間能夠通訊和協作。

這些零部件可以是被動式的電阻、電容、電感等元件,或是主動式的電晶體、積體電路(IC)等,它們都有著各自的功能。當這些零部件通過PCB上的金屬網路連接在一起時,就形成了一個完整的電路,就像是城市中各個位置的建築機關連接串通一樣,給予電源後就會依照設計開始運作起來。

總結來說,PCB使電子設備中的各個部件能夠有組織地合作,從而實現我們所需要的功能,比如播放音樂、顯示畫面、傳送訊息等。這就是PCB在電子裝置中的基本作用。

目前市面上的電路板最主要分類為硬性電路板、軟性電路板板及軟硬複合電路板三大類。

硬板(Rigid Printed Circuit Board)

會這樣分類PCB的基本原因是大部分的板廠都以生產硬性電路板為主,而硬板的市場需求量也是最大的,因為PCB的最主要用途除了傳遞電子訊號外,還要用於支撐電子零件安裝,電子零件通常使用焊錫來固定在PCB上,而焊錫無法承受太大的彎曲或變形應力,否則容易斷裂,甚至可能導致電子零件本身損壞。這也是為何本部落格有多篇文章在探討焊錫破裂問題的原因與對策。

也因為絕大部分的印刷電路板都是硬板,所以我們一般也都會以「電路板(PCB)」來代表硬性電路板。

硬板的組成是在絕緣基板(通常是具有一定強度與剛性的玻璃纖維布)上覆蓋導電銅箔所製成的單層或多層電路板。

軟性電路板(Flexible Printed Circuit Board)

軟性電路板(Flexible Printed Circuit Board),簡稱(FPCB或FPC)。FPC是在聚合物薄膜(可以先想像成類似塑膠袋薄膜的材質)上覆蓋導電銅箔製成線路。FPC最大的優勢就是其可繞性與易彎折的特性,所以FPC非常適合用在一些空間有限,無法使用單一PCB滿足所有設計需求的產品,有些產品可能需要上下交疊多片PCB,所以需要可以彎折的FPC來連接、有些可能是為了節省板材成本,使用軟板來做遠距離訊號連接。所以FPC的最大用途就是將不同PCB的電子訊號連接在一起。

不過,也因為FPC的可繞性而使得它無法承載電子零件焊接其上,但事在人為,聰明的工程師想出在FPC底下黏貼一片硬質的補強板(stiffener),這樣就可以不怕FPC彎折而造成焊錫破裂了。

相較硬板PCB,FPC上面不適合設計複雜的線路與焊接精密的電子零件,有興趣的朋友可以參考這篇文章。

建議延伸閱讀:什麼是FPC(Flex-Printed Circuit Board)軟性電路板?

軟硬複合板(Rigid-Flex PCB)

軟板(FPC)的最主要目的為連接不同的硬板(PCB),但是為了固定軟板於硬板上,通常會採用連接器或是HotBar之類技術將軟板直接焊接於硬板上,但這麼一來就需要在硬板上保留一定空間給連接器或軟板焊接的位置,這對那些尺寸越來越小、零件密度越來越高的產品來說就少一塊可以利用的空間,於是有人想出將軟板與硬板結合為一體成形的樣子成為「軟硬複合板(Rigid-flex PCB)」,這樣應該就可以釋放出連接器或軟板焊接的空間給其他零件使用。

只是想法很美好,「軟硬複合板」也確實有著諸多的優點,比如節省空間、降低電子訊號傳遞損失、簡化組裝步驟降低工時,但現實是殘酷的,因為軟硬複合板的單價不便宜,實際操作下來的成本比軟板+硬板+連接器還貴,而且SMT生產時還得使用過爐托盤(carrier)來支撐軟板的部份,維修也比較不方便。

「軟硬複合板」一般只會使用在一些較高階的產品,或是產品設計有先天上的限制。所以,「軟硬複合板」可以當作設計與製程上的一個選項。

建議延伸閱讀:軟硬複合板(Rigid-flex board)

PCB的分類除了使用上述的分類方法外,還有下列的分法:


延伸閱讀:

 
 
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