印刷電路板設計與佈線
印刷電路板(printed circuit board, PCB)
印刷電路板是一塊扁平、通常是綠色、堅硬的板子,幾乎每一件現代電子產品都建立在它之上。把它想成電的永久城市地圖:不再讓散亂的電線四處繞圈,連線改以扁平的銅製道路印在一塊硬挺的絕緣板上,元件則焊在固定的門牌位置。拿起任何一支手機、筆電或充電器拆開,你看到的那塊板子就是 PCB。它同時做兩件事:在機械上固定零件,在電氣上把它們接在一起。
在實體上,PCB 是一層三明治。中間是一片堅硬的絕緣板,幾乎都是 FR-4(編織玻璃布浸入硬化環氧樹脂)。在它的一面或兩面貼合一層薄銅箔,典型厚度 35 微米(稱為一盎司銅)。製造商在銅上塗一層遮光膜,把圖案曝印上去,再蝕刻掉不要的銅——留下的就是走線(電線)與焊墊(零件落腳的金屬小島)。接著在銅上印一層有顏色的防焊層(solder mask),只露出焊墊,再用白色絲印文字標示各個零件。
為何重要:PCB 把脆弱、易出錯的手工接線一團亂,變成可重複、緊湊、能以百萬量產的東西。它也是電子學裡誠實的難處。電路圖只說什麼接到什麼;PCB 卻決定每條線實際走在哪裡,而這個實體事實會帶來電路圖從未顯示的寄生電阻、電容與電感。一張完全正確的電路圖,仍可能在佈局糟糕的板子上失敗。從構想到能動的硬體,板子正是設計化為真實之處。
拆開一個 USB 充電器,你會看到一塊小小的 PCB:一張綠色的 FR-4 板,銅走線在幾顆焊上的零件間蜿蜒,銅上覆著藍色或綠色的防焊層,還有 C1、R3、U1 之類的白色印刷小標示,告訴你哪顆是哪個零件。
PCB 同時固定零件並把它們接起來——機械與電氣合於一張板。
別把板子想成中性、完美的連接器。每條銅路都有真實的電阻與電感,兩條靠近的路會像一顆小電容。在高速或敏感電路上,板子本身會變成你必須設計的電路元件,而非事後才想的東西。
又称
另见