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什麼是PCB？ 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，那麼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複雜，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。 標準的PCB長得就像這樣。裸板（上頭沒有零件）也常被稱為印刷線路板Printed Wiring Board（PWB）。 板子本身的基板是由絕緣隔熱、並不易彎曲的材質所製作成。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，而在製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）或稱佈線，並用來提供PCB上零件的電路連接。 導線（Conductor Pattern） 為了將零件固定在PCB上面，我們將它們的接腳直接焊在佈線上。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。這麼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，需要在製作完成後也可以拿掉或裝回去，那麼該零件安裝時會用到插座（Socket）。由於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（這裏指的是CPU）可以輕鬆插進插座，也可以拆下來。插座旁的固定杆，可以在您插進零件後將其固定。 ZIF插座 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佈線的一部份。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）。在電腦中，像是顯示卡，音效卡或是其他類似的介面卡，都是借著金手指來與主機板連接的。 邊接頭（俗稱金手指）AGP擴充槽 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示面（legend）。 有白色圖示面的綠色PCB沒有圖示面的棕色PCB PCB的種類 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，佈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。 單面PCB表面 單面PCB底面雙面板（Double-Sided Boards） 這種電路板的兩面都有佈線。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。這種電路間的橋樑叫做導孔（via）。導孔是在PCB上，充滿或塗上金屬的小洞，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，而且因為佈線可以互相交錯（可以繞到另一面），它更適合用在比單面板更複雜的電路上。 雙面PCB表面雙面PCB底面多層板（Multi-Layer Boards） 為了增加可以佈線的面積，多層板用上了更多單或雙面的佈線板。多層板使用數片雙面板，並在每層板間放進一層絕緣層後黏牢（壓合）。板子的層數就代表了有幾層獨立的佈線層，通常層數都是偶數，並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。大型的超級電腦大多使用相當多層的主機板，不過因為這類電腦已經可以用許多普通電腦的集群代替，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，那麼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，那麼導孔可能會浪費一些其他層的線路空間。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。 零件封裝技術 插入式封裝技術（Through Hole Technology） 將零件安置在板子的一面，並將接腳焊在另一面上，這種技術稱為插入式（Through Hole Technology，THT）封裝。這種零件會需要佔用大量的空間，並且要為每只接腳鑽一個洞。所以它們的接腳其實占掉兩面的空間，而且焊點也比較大。但另一方面，THT零件和SMT（Surface Mounted Technology，表面黏著式）零件比起來，與PCB連接的構造比較好，關於這點我們稍後再談。像是排線的插座，和類似的介面都需要能耐壓力，所以通常它們都是THT封裝。 THT零件（焊接在底部） 表面黏貼式封裝技術（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。這種技術不用為每個接腳的焊接，而都在PCB上鑽洞。 表面黏貼式零件 表面黏貼式的零件，甚至還能在兩面都焊上。 表面黏著式的零件焊在PCB上的同一面。 SMT也比THT的零件要小。和使用THT零件的PCB比起來，使用SMT技術的PCB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上大部分都是SMT，自然不足為奇。 因為焊點和零件的接腳非常的小，要用人工焊接實在非常難。不過如果考慮到目前的組裝都是全自動的話，這個問題只會出現在修復零件的時候吧。 製造流程 PCB的製造過程由玻璃環氧樹脂（Glass Epoxy）或類似材質製成的基板開始。 影像（成形導線製作） 製作的第一步是建立出零件間聯機的佈線。我們採用負片轉印（Subtractive transfer）方式將工作底片表現在金屬導體上。這項技巧是將整個表面鋪上一層薄薄的銅箔，並且把多餘的部份給消除。追加式轉印（Additive Pattern transfer）是另一種比較少人使用的方式，這是只在需要的地方敷上銅線的方法，不過我們在這裏就不多談了。 如果製作的是雙面板，那麼PCB的基板兩面都會鋪上銅箔，如果製作的是多層板，接下來的步驟則會將這些板子黏在一起。 接下來的流程圖，介紹了導線如何焊在基板上。 正光阻劑（positive photo resist）是由感光劑製成的，它在照明下會溶解（負光阻劑則是如果沒有經過照明就會分解）。有很多方式可以處理銅表面的光阻劑，不過最普遍的方式，是將它加熱，並在含有光阻劑的表面上滾動（稱作幹膜光阻劑）。它也可以用液態的方式噴在上頭，不過幹膜式提供比較高的解析度，也可以製作出比較細的導線。 遮光罩只是一個製造中PCB層的範本。在PCB板上的光阻劑經過UV光曝光之前，覆蓋在上面的遮光罩可以防止部份區域的光阻劑不被曝光（假設用的是正光阻劑）。這些被光阻劑蓋住的地方，將會變成佈線。 在光阻劑顯影之後，要蝕刻的其他的裸銅部份。蝕刻過程可以將板子浸到蝕刻溶劑中，或是將溶劑噴在板子上。一般用作蝕刻溶劑的有，氯化鐵（Ferric Chloride），鹼性氨（Alkaline Ammonia），硫酸加過氧化氫（Sulfuric Acid + Hydrogen Peroxide），和氯化銅（Cupric Chloride）等。蝕刻結束後將剩下的光阻劑去除掉。這稱作脫膜（Stripping）程式。 您可以由下面的圖片看出銅線是如何佈線的。 這項步驟可以同時作兩面的佈線。 鑽孔與電鍍 如果製作的是多層PCB板，並且裏頭包含埋孔或是盲孔的話，每一層板子在黏合前必須要先鑽孔與電鍍。如果不經過這個步驟，那麼就沒辦法互相連接了。 在根據鑽孔需求由機器設備鑽孔之後，孔璧裏頭必須經過電鍍（鍍通孔技術，Plated-Through-Hole technology，PTH）。在孔璧內部作金屬處理後，可以讓內部的各層線路能夠彼此連接。在開始電鍍之前，必須先清掉孔內的雜物。這是因為樹脂環氧物在加熱後會產生一些化學變化，而它會覆蓋住內部PCB層，所以要先清掉。清除與電鍍動作都會在化學制程中完成。 多層PCB壓合 各單片層必須要壓合才能製造出多層板。壓合動作包括在各層間加入絕緣層，以及將彼此黏牢等。如果有透過好幾層的導孔，那麼每層都必須要重複處理。多層板的外側兩面上的佈線，則通常在多層板壓合後才處理。 處理阻焊層、網版印刷面和金手指部份電鍍 接下來將阻焊漆覆蓋在最外層的佈線上，這樣一來佈線就不會接觸到電鍍部份外了。網版印刷面則印在其上，以標示各零件的位置，它不能夠覆蓋在任何佈線或是金手指上，不然可能會減低可焊性或是電流連接的穩定性。金手指部份通常會鍍上金，這樣在插入擴充槽時，才能確保高品質的電流連接。 測試 測試PCB是否有短路或是斷路的狀況，可以使用光學或電子方式測試。光學方式採用掃描以找出各層的缺陷，電子測試則通常用飛針探測儀（Flying-Probe）來檢查所有連接。電子測試在尋找短路或斷路比較準確，不過光學測試可以更容易偵測到導體間不正確空隙的問題。 零件安裝與焊接 最後一項步驟就是安裝與焊接各零件了。無論是THT與SMT零件都利用機器設備來安裝放置在PCB上。 THT零件通常都用叫做波峰焊接（Wave Soldering）的方式來焊接。這可以讓所有零件一次焊接上PCB。首先將接腳切割到靠近板