PCB工藝 PCB線路板設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識

電路板本身的基板是由絕緣和不可彎曲的材料制成的。表面可見的細(xì)電路材料是銅箔。最初，銅箔覆蓋了整個電路板，但是在制造過程中，它的一部分被蝕刻，處理掉了，剩下的部分成為網(wǎng)狀的精細(xì)電路。這些線被稱為導(dǎo)體圖案或布線，用于為印刷電路板多層板上的部件提供電路連接。

為了將零件固定在印刷電路板多層板上，我們將它們的引腳直接焊接在布線上。在最基本的印刷電路板多層板(單板)上，零件集中在一側(cè)，導(dǎo)線集中在另一側(cè)。所以我們需要在板上打孔，這樣引腳就可以穿過板到達(dá)另一側(cè)，這樣零件的引腳就焊接在另一側(cè)。因此，印刷電路板多層板的正面和背面分別稱為元件面和焊接面。

如果印刷電路板多層板上有一些零件，生產(chǎn)后需要拆卸或放回，安裝零件時將使用插座。由于插座直接焊接在板上，零件可以隨意拆卸。下面是一個zif(零撥插入力)插座，它允許部件(這里是中央處理器)容易地插入插座或從插座中取出。插座旁邊的固定桿可以在你插入后固定住零件。

如果兩塊PCB多層板要相互連接，我們通常使用邊緣連接器(edge連接器，俗稱“金手指”)。金手指包含許多暴露的銅墊，它們實(shí)際上是布線印刷電路板多層板的一部分。通常，在連接時，我們將一個印刷電路板多層板上的金手指插入另一個印刷電路板多層板上的適當(dāng)插槽(通常稱為擴(kuò)展槽)。在電腦中，比如顯示卡、聲卡或者其他類似的接口卡，都是通過金手指連接到主板上的。

PCB多層板上的綠色或棕色是阻焊膜的顏色。這一層是絕緣保護(hù)層，可以保護(hù)銅線，防止零件焊接到不正確的地方。此外，阻焊層上印刷有絲網(wǎng)。通常會在上面印上文字和符號(大部分是白色)來表示板子上各個部分的位置。絲網(wǎng)印刷面也叫圖例。

單面電路板)

就像我們剛才說的，在最基礎(chǔ)的PCB多層板上，零件集中在一邊，導(dǎo)線集中在另一邊。因?yàn)閷?dǎo)線只出現(xiàn)在一面，所以我們稱這種PCB多層板為單面。因?yàn)閷蝹€面板的設(shè)計(jì)電路有許多嚴(yán)格的限制(因?yàn)橹挥幸贿?，布線不能穿越，必須繞過自己的路)，只有早期的電路使用這種板。

雙面紙板(雙面紙板)

這個電路板兩邊都有布線。然而，要在兩側(cè)使用電線，兩側(cè)之間必須有適當(dāng)?shù)碾娐愤B接。電路之間的這種“橋梁”叫做通路。導(dǎo)孔是PCB多層板上填充或涂有金屬的小孔。

可以兩邊用電線連接。因?yàn)殡p面板的面積是單面板的兩倍，并且因?yàn)椴季€可以相互交錯(可以纏繞在另一側(cè))，所以它比單面板更適合更復(fù)雜的電路。多層板(多層板)

為了增加可以布線的面積，多層板使用更多的單面或雙面接線板。多層板采用幾塊雙面板，每層板之間放置一層保溫層，然后粘合(壓制)。電路板上的層數(shù)意味著有幾個獨(dú)立的布線層，通常是偶數(shù)，包括最外面的兩層。大部分主板都是4-8層，但是技術(shù)上可以做到將近100層的PCB多層板。大多數(shù)大型超級計(jì)算機(jī)使用相當(dāng)多層的主板。但是因?yàn)檫@些電腦可以被很多普通電腦的集群代替，所以超級多層板就不再使用了。因?yàn)镻CB多層板中各層結(jié)合緊密，一般不容易看到實(shí)際數(shù)量，但如果仔細(xì)觀察主板，也許就能看到。

印制電路板

我們剛才提到的通孔，如果應(yīng)用于雙面板，必須穿透整個電路板。然而，在多層板中，如果您只想連接一些電路，過孔可能會浪費(fèi)其他層的一些電路空間。掩埋通孔和盲孔技術(shù)可以避免這個問題，因?yàn)樗鼈冎淮┩笌讓?。盲孔將幾塊內(nèi)部印刷電路板多層板與表面印刷電路板多層板連接起來，而不穿透整塊板。埋孔只連接內(nèi)部的PCB多層板，所以從表面看不到光。

在多層印刷電路板多層板中，整個層直接與上地線和電源相連。因此，我們將每一層分為信號層、功率層或地線層。如果印刷電路板多層板上的部件需要不同的電源，通常這種印刷電路板多層層板會有兩個以上的電源和導(dǎo)線層。

零件封裝技術(shù)：通孔技術(shù)

將零件放置在電路板的一側(cè)，并將引腳焊接在另一側(cè)的技術(shù)稱為“通孔技術(shù)(THT)”封裝。這種零件會占用很大的空間，每個銷都會鉆一個孔。因此，他們的大頭針實(shí)際上占據(jù)了兩邊的空間，而且焊點(diǎn)比較大。另一方面，與SMT(表面貼裝技術(shù))零件相比，THT零件與PCB多層板的連接更好，這一點(diǎn)我們后面會講到。像帶狀電纜和類似接口這樣的插座需要承受壓力，所以它們通常是THT封裝。

表面貼裝技術(shù)

使用表面貼裝技術(shù)(SMT)的零件具有焊接在零件同一側(cè)的引腳。這項(xiàng)技術(shù)不需要焊接每一個引腳，而是在PCB多層板上鉆孔。

帶有粘性表面的零件甚至可以在兩側(cè)焊接。

SMT也比THT零件小。與使用THT部件的印刷電路板多層板相比，使用表面貼裝技術(shù)的印刷電路板多層板具有更密集的部件。貼片封裝的零件也比THT的便宜。所以現(xiàn)在的PCB多層板大部分是SMT也就不足為奇了。

由于焊點(diǎn)銷和零件非常小，手工焊接非常困難。但是，如果當(dāng)前的裝配是全自動的，這個問題只會出現(xiàn)在修理零件的時候。

設(shè)計(jì)過程

在PCB多層板的設(shè)計(jì)中，其實(shí)在正式布線之前，要經(jīng)過很長的一步。以下是主要設(shè)計(jì)流程：

系統(tǒng)規(guī)范

首先要列出電子設(shè)備的系統(tǒng)規(guī)格規(guī)劃。包括系統(tǒng)功能、成本約束、規(guī)模、運(yùn)行條件等。系統(tǒng)功能框圖接下來，必須制作系統(tǒng)功能框圖。方塊之間的關(guān)系也必須標(biāo)注。將系統(tǒng)分成幾塊多層印刷電路板

如果將系統(tǒng)分成幾塊PCB多層板，不僅可以減小尺寸，還可以使系統(tǒng)具備升級和更換部件的能力。系統(tǒng)功能框圖為我們的劃分提供了依據(jù)。電腦可以分為主板，顯卡，聲卡，軟驅(qū)，電源。確定使用的封裝方法和每個PCB多層板的尺寸。

當(dāng)每塊PCB多層板所采用的工藝和電路數(shù)量確定后，下一步就是決定板的尺寸。如果設(shè)計(jì)過大，會改變包裝工藝，或者重新進(jìn)行分割。在選擇技術(shù)時，還應(yīng)考慮電路圖的質(zhì)量和速度。

繪制所有印刷電路板多層板的電路概圖

零件之間相互連接的細(xì)節(jié)應(yīng)在概覽中顯示。所有系統(tǒng)中的PCB多層板都必須繪制，現(xiàn)在大多采用CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))。下面是一個使用CircuitMakerTM設(shè)計(jì)的例子。

印刷電路板多層板電路概述

初步設(shè)計(jì)模擬操作

為了保證所設(shè)計(jì)的電路圖能夠正常工作，必須用計(jì)算機(jī)軟件模擬一次。這種軟件可以讀取設(shè)計(jì)圖紙，并以多種方式顯示電路操作。這比實(shí)際制作一個樣本PCB多層板，然后手工測量要高效得多。

將零件放在印刷電路板多層板上

零件的放置方式取決于它們是如何連接的。它們必須以最有效的方式連接到路徑上。所謂高效布線，就是拉線越短，通過的層數(shù)越少(這也減少了導(dǎo)孔的數(shù)量)，越好。但是，我們在實(shí)際布線時會再次提到這個問題。下面是總線布線在PCB多層板上的外觀。為了使所有部件都有完美的布線，放置位置非常重要。

測試接線可能性和高速下的正確操作

現(xiàn)在一些計(jì)算機(jī)軟件可以檢查各部分的位置是否可以正確連接，或者在高速運(yùn)行下是否可以正確操作。這一步叫做排零件，不過我們就不太深究了。如果電路設(shè)計(jì)有問題，可以在現(xiàn)場導(dǎo)出電路之前重新排列零件的位置。

上線路出口印刷電路板多層板

現(xiàn)在，概覽中的連接將以物理方式連接。這一步通常是全自動的，但通常有些零件需要手動更換。下面是2層板的線模板。紅線和藍(lán)線分別代表PCB多層板的零件層和焊接層。白色字符和正方形代表絲網(wǎng)印刷表面上的標(biāo)記。紅點(diǎn)和圓圈代表鉆孔和導(dǎo)向孔。在最右邊，我們可以看到PCB多層板的焊接面上有金手指。這種印刷電路板多層板的最終組成通常被稱為藝術(shù)品。

每一個設(shè)計(jì)都必須遵守一套規(guī)定，比如最小預(yù)留線間距、最小線寬等類似的實(shí)際限制。這些規(guī)定根據(jù)電路的速度、傳輸信號的強(qiáng)度、電路對功耗和噪聲的靈敏度以及材料質(zhì)量和制造設(shè)備而有所不同。如果電流強(qiáng)度增加，導(dǎo)線的厚度也必須增加。為了降低PCB多層板的成本，在減少層數(shù)的同時，需要注意這些規(guī)定是否仍然滿足要求。如果需要2層以上的結(jié)構(gòu)，通常使用電源層和接地層來防止信號層上的傳輸信號受到影響，可以作為信號層的屏蔽。

線后電路測試

為了確保導(dǎo)線在導(dǎo)體后面能夠正常工作，必須通過最終檢查。該測試還可以檢查是否有不正確的連接，并且所有連接都遵循概述。

創(chuàng)建生產(chǎn)文件

因?yàn)槟壳霸O(shè)計(jì)PCB多層板的CAD工具很多，所以廠家必須有標(biāo)準(zhǔn)文件才能制造板。有幾種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但最常用的是Gerber文件。一套Gerber文件包括各信號、電源和接地層的平面圖，阻焊膜和絲網(wǎng)印刷面的平面圖，以及鉆孔、取放等指定文件。