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電路板基礎知識

印刷電路板(Printed circuit board,PCB)幾乎會出現在每一種電子設備當中。如果在某樣設備中有電子零件,那么它們也都是鑲在大小各異的PCB上。除了固定各種小零件外,PCB電路板的主要功能是提供上頭各項零件的相互電氣連接。隨著電子設備越來越復雜,需要的零件越來越多,PCB上頭的線路與零件也越來越密集了。

板子本身的基板是由絕緣隔熱、并不易彎曲的材質所制作成。在表面可以看到的細小線路材料是銅箔,原本銅箔是覆蓋在整個板子上的,而在制造過程中部份被蝕刻處理掉,留下來的部份就變成網狀的細小線路了。這些線路被稱作導線(conductor pattern)或稱布線,并用來提供PCB上零件的電路連接。

為了將零件固定在PCB電路板上面,我們將它們的接腳直接焊在布線上。在最基本的PCB(單面板)上,零件都集中在其中一面,導線則都集中在另一面。這么一來我們就需要在板子上打洞,這樣接腳才能穿過板子到另一面,所以零件的接腳是焊在另一面上的。因為如此,PCB的正反面分別被稱為零件面(Component Side)與焊接面(Solder Side)。

如果PCB上頭有某些零件,需要在制作完成后也可以拿掉或裝回去,那么該零件安裝時會用到插座(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)可以輕松插進插座,也可以拆下來。插座旁的固定桿,可以在您插進零件后將其固定。

如果要將兩塊PCB相互連結,一般我們都會用到俗稱「金手指」的邊接頭(edge connector)。金手指上包含了許多裸露的銅墊,這些銅墊事實上也是PCB布線的一部份。通常連接時,我們將其中一片PCB上的金手指插進另一片PCB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,聲卡或是其它類似的界面卡,都是借著金手指來與主機板連接的。

PCB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,也可以防止零件被焊到不正確的地方。在阻焊層上另外會印刷上一層絲網印刷面(silk screen)。通常在這上面會印上文字與符號(大多是白色的),以標示出各零件在板子上的位置。絲網印刷面也被稱作圖標面(legend)。


單面板(Single-Sided Boards)

我們剛剛提到過,在最基本的PCB上,零件集中在其中一面,導線則集中在另一面上。因為導線只出現在其中一面,所以我們就稱這種PCB叫作單面板(Single-sided)。因為單面板在設計線路上有許多嚴格的限制(因為只有一面,布線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的板子。


雙面板(Double-Sided Boards)

這種電路板的兩面都有布線。不過要用上兩面的導線,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上,充滿或涂上金屬的小洞,它可以與兩面的導線相連接。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)

為了增加可以布線的面積,多層板用上了更多單或雙面的布線板。多層板使用數片雙面板,并在每層板間放進一層絕緣層后黏牢(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,不過技術上可以做到近100層的PCB板。大型的超級計算機大多使用相當多層的主機板,不過因為這類計算機已經可以用許多普通計算機的集群代替,超多層板已經漸漸不被使用了。因為PCB中的各層都緊密的結合,一般不太容易看出實際數目,不過如果您仔細觀察主機板,也許可以看出來。

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板子。不過在多層板當中,如果您只想連接其中一些線路,那么導孔可能會浪費一些其它層的線路空間。埋孔(Buried vias)和盲孔(Blind vias)技術可以避免這個問題,因為它們只穿透其中幾層。盲孔是將幾層內部PCB與表面PCB連接,不須穿透整個板子。埋孔則只連接內部的PCB,所以光是從表面是看不出來的。

在多層板PCB中,整層都直接連接上地線與電源。所以我們將各層分類為信號層(Signal),電源層(Power)或是地線層(Ground)。如果PCB上的零件需要不同的電源供應,通常這類PCB會有兩層以上的電源與電線層。

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