印制電路板

本章概述了印制電路板（PCB）的設計和布局方法，主要關注使用的技術而非特定的工具。本章特別關注了PCB材料、多層技術和表面組裝元件等問題。

15.1　PCB的歷史

在印制電路板發明以前，裝配電氣或電子設備是一項費力的工程。將絕緣柱或金屬連接片用鉚釘固定到絕緣片上，就為各種元件提供了連接點，并且絕緣導線（大部分時間）負責從電路的一個區域將信號和電壓發送到另一個區域。這一切都是手工裝配的。圖15-1展示了一個人力投入量的例子。照片拍攝的是20世紀初期亞特華德-肯特收音機裝配線上的情景。

圖 15-1　亞特華德-肯特工廠內一條真空管收音機裝配線上的情景，約攝于1925年

從20世紀50年代末開始，簡單的單層或雙層印制電路板逐漸取代了電子設備點對點的接線方式，如圖15-2所示。真空管仍然在使用，但是它們被焊接到了PCB上，纏繞的導線不再到處都是了，也沒有電阻、電容懸掛在終端連接片和焊接柱之間。這樣的電路（恰好是惠普的一臺140A示波器上的一個插件模塊）仍然基本上由手工裝配，但是裝配過程產生的瑕疵普遍減少了，產品質量整體得到了提升。

圖 15-2　真空管示波器上的一個插件模塊，約于1963年制造

隨著固態元件和后來集成電路的普及，電路的尺寸一直在縮小，這一趨勢直至今日依然如此。一塊帶有通孔元件和表面組裝元件的多層PCB板與圖15-3中所示的德州儀器生產的MSP430開發板很相似。

圖 15-3　MSP430微控制器開發板

這塊板子很小，但如果用20世紀80年代的工藝制造的話，其尺寸可能會是現在的兩三倍。如今，拾取和放置 機器人從繞在卷軸上的部件條抓取表面組裝部件，按照正確的方向和位置把它們放在電路板上，再對另外的每個表面組裝元件重復同樣的程序。有的機器速度非�？�，只用幾分鐘時間就可以將電路板上的部件擺放完畢。

現代計算機內部的母板可以作為說明PCB技術在過去50年內發展程度的一個例子。如今，無論你希望與否，很多商用PCB都是無法手工裝配的，因為板面上的元件密度太高，而且元件也非常小。如果沒有自動化PCB制造機器制造電路基板，如果沒有機器人將元件放置在PCB上，如果沒有自動焊接技術和PCB電路自動檢測技術，我們今天所擁有的大多數電子設備都無法制造出來。

但是，有了一塊簡單的PCB，并掌握了第4章所述的焊接技術，你還是有很多工作可以做。本章以高層次的視角講解了如何設計并制造PCB，以幫助你減少因多次嘗試而耗費的訂購成本。