除了固定各種小零件外,PCB多層板的主要功能是提供上頭各項零件的相互電氣連接。隨著(zhù)電子設備越來(lái)越復雜,需要的零件越來(lái)越多,PCB多層板上頭的線(xiàn)路與零件也越來(lái)越密集了。 標準的PCB多層板長(cháng)得就像這樣。裸板(上頭沒(méi)有零件)也常被稱(chēng)為「印刷線(xiàn)路板Printed Wiring Board(PWB)」。
板子本身的基板是由絕緣隔熱、并不易彎曲的材質(zhì)所制作成。在表面可以看到的細小線(xiàn)路材料是銅箔,原本銅箔是覆蓋在整個(gè)板子上的,而在制造過(guò)程中部份被蝕刻處理掉,留下來(lái)的部份就變成網(wǎng)狀的細小線(xiàn)路了。這些線(xiàn)路被稱(chēng)作導線(xiàn)(conductor pattern)或稱(chēng)布線(xiàn),并用來(lái)提供PCB多層板上零件的電路連接。
為了將零件固定在PCB多層板上面,我們將它們的接腳直接焊在布線(xiàn)上。在最基本的PCB多層板(單面板)上,零件都集中在其中一面,導線(xiàn)則都集中在另一面。這么一來(lái)我們就需要在板子上打洞,這樣接腳才能穿過(guò)板子到另一面,所以零件的接腳是焊在另一面上的。因為如此,PCB多層板的正反面分別被稱(chēng)為零件面(Component Side)與焊接面(Solder Side)。
如果PCB多層板上頭有某些零件,需要在制作完成后也可以拿掉或裝回去,那么該零件安裝時(shí)會(huì )用到插座(Socket)。由于插座是直接焊在板子上的,零件可以任意的拆裝。下面看到的是ZIF(Zero Insertion Force,零撥插力式)插座,它可以讓零件(這里指的是CPU)可以輕松插進(jìn)插座,也可以拆下來(lái)。插座旁的固定桿,可以在您插進(jìn)零件后將其固定。
如果要將兩塊PCB多層板相互連結,一般我們都會(huì )用到俗稱(chēng)「金手指」的邊接頭(edge connector)。金手指上包含了許多裸露的銅墊,這些銅墊事實(shí)上也是PCB多層板布線(xiàn)的一部份。通常連接時(shí),我們將其中一片PCB多層板上的金手指插進(jìn)另一片PCB多層板上合適的插槽上(一般叫做擴充槽Slot)。在計算機中,像是顯示卡,聲卡或是其它類(lèi)似的界面卡,都是借著(zhù)金手指來(lái)與主機板連接的。
PCB多層板上的綠色或是棕色,是阻焊漆(solder mask)的顏色。這層是絕緣的防護層,可以保護銅線(xiàn),也可以防止零件被焊到不正確的地方。在阻焊層上另外會(huì )印刷上一層絲網(wǎng)印刷面(silk screen)。通常在這上面會(huì )印上文字與符號(大多是白色的),以標示出各零件在板子上的位置。絲網(wǎng)印刷面也被稱(chēng)作圖標面(legend)。
單面板(Single-Sided Boards)
我們剛剛提到過(guò),在最基本的PCB多層板上,零件集中在其中一面,導線(xiàn)則集中在另一面上。因為導線(xiàn)只出現在其中一面,所以我們就稱(chēng)這種PCB多層板叫作單面板(Single-sided)。因為單面板在設計線(xiàn)路上有許多嚴格的限制(因為只有一面,布線(xiàn)間不能交叉而必須繞獨自的路徑),所以只有早期的電路才使用這類(lèi)的板子。
雙面板(Double-Sided Boards)
這種電路板的兩面都有布線(xiàn)。不過(guò)要用上兩面的導線(xiàn),必須要在兩面間有適當的電路連接才行。這種電路間的「橋梁」叫做導孔(via)。導孔是在PCB多層板上,充滿(mǎn)或涂上金屬的小洞,
它可以與兩面的導線(xiàn)相連接。因為雙面板的面積比單面板大了一倍,而且因為布線(xiàn)可以互相交錯(可以繞到另一面),它更適合用在比單面板更復雜的電路上。
多層板(Multi-Layer Boards)
為了增加可以布線(xiàn)的面積,多層板用上了更多單或雙面的布線(xiàn)板。多層板使用數片雙面板,并在每層板間放進(jìn)一層絕緣層后黏牢(壓合)。板子的層數就代表了有幾層獨立的布線(xiàn)層,通常層數都是偶數,并且包含最外側的兩層。大部分的主機板都是4到8層的結構,不過(guò)技術(shù)上可以做到近100層的PCB多層板板。大型的超級計算機大多使用相當多層的主機板,不過(guò)因為這類(lèi)計算機已經(jīng)可以用許多普通計算機的集群代替,超多層板已經(jīng)漸漸不被使用了。因PCB多層板中的各層都緊密的結合,一般不太容易看出實(shí)際數目,不過(guò)如果您仔細觀(guān)察主機板,也許可以看出來(lái)。
我們剛剛提到的導孔(via),如果應用在雙面板上,那么一定都是打穿整個(gè)板子。不過(guò)在多層板當中,如果您只想連接其中一些線(xiàn)路,那么導孔可能會(huì )浪費一些其它層的線(xiàn)路空間。埋孔(Buried vias)和盲孔(Blind vias)技術(shù)可以避免這個(gè)問(wèn)題,因為它們只穿透其中幾層。盲孔是將幾層內部PCB多層板與表面PCB多層板連接,不須穿透整個(gè)板子。埋孔則只連接內部的PCB多層板,所以光是從表面是看不出來(lái)的。 在多層板PCB多層板中,整層都直接連接上地線(xiàn)與電源。所以我們將各層分類(lèi)為信號層(Signal),電源層(Power)或是地線(xiàn)層(Ground)。如果PCB多層板上的零件需要不同的電源供應,通常這類(lèi)PCB多層板會(huì )有兩層以上的電源與電線(xiàn)層。
零件封裝技術(shù):插入式封裝技術(shù)(Through Hole Technology)
將零件安置在板子的一面,并將接腳焊在另一面上,這種技術(shù)稱(chēng)為「插入式(Through Hole Technology,THT)」封裝。這種零件會(huì )需要占用大量的空間,并且要為每只接腳鉆一個(gè)洞。所以它們的接腳其實(shí)占掉兩面的空間,而且焊點(diǎn)也比較大。但另一方面,THT零件和SMT(Surface Mounted Technology,表面黏著(zhù)式)零件比起來(lái),與PCB多層板連接的構造比較好,關(guān)于這點(diǎn)我們稍后再談。像是排線(xiàn)的插座,和類(lèi)似的界面都需要能耐壓力,所以通常它們都是THT封裝。
表面黏貼式封裝技術(shù)(Surface Mounted Technology)
使用表面黏貼式封裝(Surface Mounted Technology,SMT)的零件,接腳是焊在與零件同一面。這種技術(shù)不用為每個(gè)接腳的焊接,而都在PCB多層板上鉆洞。
表面黏貼式的零件,甚至還能在兩面都焊上。
SMT也比THT的零件要小。和使用THT零件的PCB多層板比起來(lái),使用SMT技術(shù)的PCB多層板板上零件要密集很多。SMT封裝零件也比THT的要便宜。所以現今的PCB多層板上大部分都是SMT,自然不足為奇。