电子器件通常都排列在平面板表面并且这些器件之间是相互连接的,这些统称为电路板。目前电路板被分为两类:一类是原型以及实验电路板;另一类是产品以及商业销售电路板。一般做实验用的都是原型电路板和实验电路板,这类电路板工程师可以快速的做出来,这样,通过对实验板的研究从而达到学习和电路修改的目的,直到完成最优化的设计。在实验板使用中,工程师是随着设计进度逐步完善器件和线路的设计,从而能够记录下整个设计过程中的新数据和新思路。由于实验电路板只是在实验室里用的,所以没有更多的考虑到可靠性和操作性,工程师可能更多的只关心其电路性能。与之相应的,用之于产品和商业用途的电路板就必须要有高可靠性的器件和线路,所以就必须要永久性粘合所有器件,并且其要能够方便的作到大量生产还要通过彻底的测试。此外,原材料也必须可靠,低成本,并且方便制造。带有铜线(从铜层蚀刻而来)的玻璃纤维感光板才已经成为印制电路板的主要材料,并已经沿用了二十多年。Digilent电路板就是这样的电路板。值得注意的是,很多时候,在完成了大量的实验之后就开始生产正式的产品电路板了。器件要被永久的焊接在产品电路板上。
产品电路板一般都是一块薄薄的玻璃纤维感光板(约1mm厚),其正反两面都覆盖有薄金属层(一般是铜层)。一块“标准”电路板要消耗一盎司的铜材料,这就意味着一盎司的铜均匀覆盖在一平方英尺的电路板上。电路板制作过程通常是这样的,先将线路印制在敷铜层上,并用抗腐蚀材料刷在线路上(因此得名印制电路板简称PCB,以后也将以PCB简写表示)。然后经过化学蚀刻过程去掉不需要的通面。剩下的,在抗腐蚀保护下位被腐蚀的铜就形成了实际的电路线路,连接电路板上的器件,还有小的焊盘,用来焊接器件。
PCB中通常都会使用焊孔技术,焊孔就是打通了的焊盘,用来焊接和固定器件引脚。PCB中也通常会使用表贴技术,器件引脚直接焊接在表面的焊盘上。这些焊盘和过孔组成的封装就可以表示实际的器件了。为了确定具体的器件焊接位置,要在器件焊盘旁边、丝印层上印制出该器件的参考标识。器件列表会为器件的引脚分配标号。布线工程师和测试工程师就可以根据这些标号来做具体的工作了。为了方便,器件引脚都必须从标号1开始,并且在PCB上,标号1的引脚焊盘周围,在丝印层都会标记出来。
除了超级简单的PCB外,绝大多数PCB都会使用两层或多层布线。其中含有印制铜线的一面就称为一层。在比较简单的PCB中,都使用的是两层板,即电路板正反两面都可以走线。在较为复杂的PCB中,一般使用的是多层板。每层电路板都单独制作,然后将这些单层板压制在一起,组成一块多层板。在两层或多层板上走线,就需要打过孔,过孔就是在电路板上打穿一个小孔,用来连接处于不同层面的铜线。这些过孔内表面都是金属构成,所以电流可以通过过孔经过不同的层面。很多Digilent电路板都是四层或六层板;一些更复杂的计算机主板甚至超过了20层。
一块刚制作出来的PCB一般是绿色的,这是由于电路板两面都使用了绿色塑料的原因(也有的用黄色塑料)。这些塑料也称为阻焊材料,在除了焊盘和焊孔之外所有的金属层上刷上这么一层阻焊材料,就可以防止意外的器件和线路的短路。所有的金属表面,除了焊盘和焊孔(还有铜线),都要覆盖在阻焊材料的下面。经常使用的还有兰色和红色的阻焊材料。
电路器件的外部金属引脚是用来焊接在PCB上的,从而达到物理(固定器件)和电气(器件之间的通电)两方面的连接。焊接工艺,能够通过产生非常好的机械连接物和电气连接物,从而很好的将器件固定在PCB上。焊接的时候,将器件的引脚插入PCB的焊孔中,然后加热器件引脚和焊孔的金属层,并使之达到焊料的熔点(500到700摄氏度)。焊料(金属化合物)在其熔点温度熔化并在器件引脚和焊盘周围形成焊点。焊料能快速冷却从而在器件和PCB之间形成一个强力粘和物。通常工程师根据器件标号来将其放置在PCB的指定位置,并焊接它们,这就是PCB的装配了。
观察Digilent电路板,我们能注意到电路板两面都有印制铜线。其中一面的走线大部分都是垂直方向的,而另一面大部分都是水平方向的。在多层板中,每层板的走线交替为垂直和水平方向的,这种走线方法目前是很通用的。再来观察过孔,我们可以发现过孔用来连接不同层面的走线。最后观察器件,注意它们的焊孔以及其标号,我们能发现每个器件都有焊盘标记为1。同时我们也能发现焊孔一般都比过孔大,这样设计是为了使器件引脚只能插入到焊孔中,而不能错误的插进过孔中。