PCB设计基本知识
PCBTech.Net 時间:2003-05-16 04:40 来源于:http://www.gb.tomshardware.com 点一下:14848次 印刷线路板（Printed circuit board，PCB）基本上会经常出现在每一种电子产品之中。假如在某些机器设备中有电子零件，那麼他们也全是镶在尺寸各不相同的PCB上。除开固定不动各种各样小零件外，PCB的关键功用是给予上边各类零件的互相保护接地。伴随着电子产品更加繁杂，必须的零件愈来愈多，P　　
印刷线路板（Printed circuit board，PCB）基本上会经常出现在每一种电子产品之中。假如在某些机器设备中有电子零件，那麼他们也全是镶在尺寸各不相同的PCB上。除开固定不动各种各样小零件外，PCB的关键功用是给予上边各类零件的互相保护接地。伴随着电子产品更加繁杂，必须的零件愈来愈多，PCB上边的路线与零件也越发聚集了。 规范的PCB看起来如同那样。裸板（上边沒有零件）也常被称作「印刷电路板Printed Wiring Board（PWB）」。

木板自身的基钢板是由绝缘层隔热保温、并不容易变形的材料所制做成。在外表还可以见到的细微路线原材料是铜泊，本来铜泊是遮盖在全部板材上的，而在生产全过程中间份被蚀刻加工解决掉，留下的一部分就成为网状结构的细微路线了。这种路线称为输电线（conductor pattern）或称走线，并用于给予PCB上零件的线路联接。
为了更好地将零件固定不动在PCB上边，大家将两者的接脚立即焊在走线上。在最主要的PCB（单面铝基板）上，零件都集中化在这其中一面，输电线则都聚集在另一面。这么一来大家就必须在板材上开洞，那样接脚才可以越过木板到另一面，因此零件的接脚是焊在另一面上的。由于这般，PCB的正反两面各自被称作零件面（Component Side）与电焊焊接面（Solder Side）。

假如PCB上边有一些零件，必须 在制做成功后还可以摘掉或装回来，那麼该零件安裝的时候会使用电源插座（Socket）。因为电源插座是立即焊在木板上的，零件能够 随意的拆卸。下边见到的是ZIF（Zero InserTIon Force，零拨插力式）电源插座，它还可以让零件（这儿指的是CPU）能够 轻轻松松插到电源插座，还可以卸下来。电源插座旁的固定不动杆，能够在您插到零件后将其固定不动。

假如要将二块PCB互相相互连接，一般大家一定会使用别名「火红金手指」的边连接头（edge connector）。火红金手指上包括了很多外露的铜垫，这种铜垫实际上也是PCB走线的一部份。一般联接时，大家将在其中一片PCB上的火红金手指插到另一片PCB上适合的插口上（一般称为扩充槽Slot）。在电子计算机中，好像显示终端，外置声卡或者其他相似的页面卡，全是趁着火红金手指来与主机板联接的。

PCB上的翠绿色或者深棕色，是阻焊漆（solder mask）的色调。这层是绝缘层的保护层，能够 维护铜心线，还可以避免零件被焊到有误的地区。在阻焊层上此外会包装印刷上一层油墨印刷面（silk screen）。一般在这里上边会印上文本与标记（大多数是灰白色的），以标示出各零件在板材上的部位。油墨印刷面也称之为标志面（legend）。
单面铝基板（Single-Sided Boards）
大家刚才提及过，在最主要的PCB上，零件集中化在这其中一面，输电线则集中化在另一面上。由于输电线只出現在这其中一面，因此 咱们就称这类PCB称为单面铝基板（Single-sided）。由于单面铝基板在设计方案路线上面有很多严苛的限定（由于仅有一面，走线间不可以交叉式而务必绕独自一人的途径），因此仅有初期的电源电路才运用类似的木板。

双面板（Double-Sided Boards）
这类线路板的两边均有走线。但是得用上双面的输电线，务必要在双面间有恰当的线路衔接才行。这类电源电路间的「公路桥梁」称为导孔（via）。导孔是在PCB上，充斥着或涂上合金的小孔，它能够与双面的输电线相互连接。由于双面板的范围比单面铝基板变大一倍，并且由于走线能够 彼此交叠（能够 绕到另一面），它更适宜用在比单面铝基板更繁杂的控制电路上。

实木多层板（MulTI-Layer Boards）
为了更好地提高能够走线的总面积，实木多层板用到了大量单或双层的走线板。实木多层板运用风定双面板，并在每多层板间放入一层电缆护套后黏牢（压合）。木板的楼层就表示了有多层单独的走线层，一般叠加层数全是双数，而且包括最外边的双层。绝大多数的主机板全是4到8层的构造，但是工艺上能够实现近100层的PCB板。大中型的高性能计算机大多数应用非常双层的主机板，但是由于这类电脑早已可以用很多一般电子计算机的群集替代，超实木多层板早已慢慢不被采用了。由于PCB中的各层都密切的融合，一般不太非常容易看到具体数量，但是要是您认真观察主机板，或许能看出去。
大家刚才提起的导孔（via），假如使用在双面板上，那麼一定全是打爆全部木板。但是在实木多层板之中，假如您想要联接在其中一些路线，那麼导孔也许会消耗一些其他层的路线室内空间。埋孔（Buried vias）和埋孔（Blind vias）技术性能够预防这个问题，由于他们只击穿在其中多层。埋孔是将多层內部PCB与表层PCB联接，不必透过全部木板。埋孔则只联接內部的PCB，因此光是在表层是看不出的。

在实木多层板PCB中，整栋都立即联接上接地线与开关电源。因此人们将各层归类为数据信号层（Signal），电源层（Power）或者接地线层（Ground）。假如PCB上的零件必须不一样的开关电源供货，一般这种PCB会出现双层左右的开关电源与电缆线层。
零件封裝技术性

插式封裝技术性（Through Hole Technology）

将零件安装 在木板的一面，并将接脚焊在另一面上，这类技术性称之为「插式（Through Hole Technology，THT）」封裝。这类零件会必须占有很多的室内空间，而且会为每只接脚钻一个洞。因此他们的接脚实际上 占掉双面的室内空间，并且点焊也非常大。但另一方面，THT零件和SMT（Surface Mounted Technology，表层粘着式）零件比起來，与PCB联接的结构比较好，有关这一点大家稍候再谈。好像线排的电源插座，和相似的操作界面都必须可耐工作压力，因此一般他们全是THT封裝。
表层粘贴式封裝技术性（Surface Mounted Technology）

应用表层粘贴式封裝（Surface Mounted Technology，SMT）的零件，接脚是焊在与零件同一面。这类技术性无需为每一个接脚的电焊焊接，而都是在PCB上打洞。
表层粘贴式的零件，乃至还能在双面都焊住。
SMT也比THT的零件要小。和应用THT零件的PCB比起來，应用SMT技术性的PCB板上零件要聚集许多 。SMT封裝零件也比THT的要便宜。因此目前的PCB上大多数全是SMT，当然不奇怪。

由于点焊和零件的接脚十分的小，要用人力电焊焊接确实十分难。但是假如充分考虑现阶段的拼装全是自动式得话，这个问题只能发生在修补零件的情况下吧。
设计流程

在PCB的制定中，实际上在宣布走线前，还需要历经很长久的流程，下列便是关键制定的步骤：

系统软件规格型号

最先要先整体规划出该电子产品的各种系统软件规格型号。包括了系统功能，成本费限定，尺寸，运行情况这些。

系统功能区块链图

下面一定要制造出操作系统的作用方块图。格子间的影响也一定要标识出去。

将系统软件切分好多个PCB

将系统软件切分多个PCB得话，不但在规格上能够 变小，还可以让系统软件具备升級与互换零件的工作能力。系统功能方块图就给予了大家切分的根据。好像电子计算机就可以分为主机板、显示终端、外置声卡、软盘驱动器和开关电源这些。

决策应用封裝方式 ，和各PCB的尺寸

当各PCB应用的工艺和电源电路总数都决策好啦，下面便是决策木板的高低了。假如设计方案的过大，那麼封裝技术性就需要更改，或者再次作切分的姿势。在挑选技术性时，也需要将路线图的产品质量与速率都考虑进来。

绘制全部PCB的电源电路概图

概图上要表述出各零件间的互相连接关键点。全部系统软件中的PCB都务必要描好，现如今大多数选用CAD（辅助设计设计方案，Computer Aided Design）的方法。下边便是应用CircuitMakerTM设计方案的案例。
PCB的电源电路概图

前期设计的模拟仿真运行

为了更好地保证制定出來的原理图能够 一切正常运行，这务必先用计算机技术来模拟仿真一次。这类APP能够 载入设计图纸，而且用很多方法表明电源电路运行的状况。这相比具体作出一块样版PCB，随后用手动式精确测量会来的高效率多了。

将零件放入PCB

零件置放的方法，是依据他们中间怎样相接来确定的。他们务必以最有效的方法与途径相互连接。说白了高效率的走线，便是牵线搭桥越少而且根据叠加层数越少（这也另外降低导孔的数量）越好，但是在真真正正走线时，大家会再提及这个问题。下边是系统总线在PCB上走线的模样。为了更好地让各零件都可以具有很好的布线，置放的部位是很重要的。
检测走线概率，与快速下的恰当运行

现如今的部分计算机技术，能够 查验各零件摆放的部位是不是能够恰当联接，或者查验在飞速运行下，那样是不是能够恰当运行。此项流程称之为分配零件，但是大家不容易太深入分析这种。假如电路原理有什么问题，在现场导出来路线前，还能够重新考虑零件的部位。

导出来PCB上路线

在概图上的联接，如今可能现场做成走线的模样。此项流程一般全是自动的，但是一般来说或是必须手动式变更一些部分。下边是2多层板的输电线模版。红色和蓝色的线框，各自意味着PCB的零件层与电焊焊接层。乳白色的内容与四方形意味着的是丝印网版包装印刷面的各类标识。鲜红色的点和圆形意味着打洞与导孔。最右侧我们可以见到PCB上的电焊面有火红金手指。这一PCB的最后构图法一般称之为工作中胶片照片（Artwork）。

每一次的设计方案，都务必要合乎一套要求，好像路线间的最少保存间隙，最少路线总宽，和其他相似的具体限定等。这种要求按照电源电路的速率，传送数据信号的高低，电源电路对耗电量与噪音的敏感性，及其材料质量与生产专用设备等要素而有不一样。假如电流强度升高，那输电线的大小也一定要提升。为了更好地降低PCB的成本费，在降低叠加层数的与此同时，也一定要留意这种要求是不是依然合乎。假如必须超出2层的结构得话，那麼一般会应用到电源层及其接地线层，来防止数据信号层上的传输数据信号遭受危害，而且能够 作为数据信号层的保护罩。
输电线后电源电路检测

为了更好地明确路线在输电线后可以一切正常运行，它一定要根据最终检验。此项检验还可以查验是不是有错误的联接，而且全部联网都对着概图走。
创建制做档案资料

由于现在有很多设计方案PCB的CAD专用工具，生产商务必有符合要求的档案资料，才可以生产制造木板。规范尺寸有多种，但是最常见的是Gerber files规格型号。一组Gerber files包含各数据信号、开关电源及其接地线层的平面设计图，阻焊层与钢网包装印刷面的平面设计图，及其打孔与拿取等特定档案资料。

电磁兼容测试难题

沒有照EMC（电磁兼容测试）规格型号设计方案的电子产品，很可能会释放出电磁感应动能，而且影响周边的家用电器。EMC对干扰信号（EMI），磁场（EMF）和频射影响（RFI）等都要求了最高的限定。此项要求能够 保障该家用电器与周边其他家用电器的常规运行。EMC对一项机器设备，透射或传输到另一机器设备的热量有严格要求的限定，而且设计方案时要降低对外开放来EMF、EMI、RFI等的磁化率。换句话说，此项要求的目标也是要避免电磁感应动能进到或由设备释放出。这实际上是一项难以处理的难题，一般大多数会应用开关电源和接地线层，或者将PCB放入金属材料小盒子之中以处理这种难题。开关电源和接地线层能够避免数据信号层受影响，金属材料盒的效果也类似。对那些情况大家就但是于深层次了。

电源电路的最高速率得看怎样照EMC要求干了。內部的EMI，好像电导体间的电流量损耗，会伴随頻率升高而提高。假如彼此之间的的电流量差别过大，那麼一定要变长二者间的间距。这也告知人们怎样防止髙压，及其让电源电路的电流量耗费降至最少。走线的延迟时间率也很重要，因此长短当然越少越好。因此走线优良的小PCB，会比大PCB更适宜在快速下运行。
生产制造步骤

PCB的生产全过程由夹层玻璃环氧树脂胶（Glass Epoxy）或相似材料做成的「基钢板」逐渐
影象（成型／输电线制做）

制做的第一步是创建出零件间联网的走线。大家选用胶片转印纸（SubtracTIve transfer）方法将工作中胶片照片主要表现在金属材料电导体上。此项方法是将所有表层铺平一层很薄的铜泊，而且把不必要的部分给清除。增加式转印纸（AddiTIve Pattern transfer）是另一种较为人少应用的方法，这也是只在必须的地区敷后铜心线的方式 ，但是大家这里就很少谈了。

假如制做的是双面板，那麼PCB的基钢板双面都是会铺平铜泊，假如制做的是实木多层板，下面的过程则会将这种木板粘到一起。
下面的流程表，详细介绍了输电线怎样焊在基钢板上。

正光阻剂（positive photoresist）是由感光剂做成的，它在照明灯具下能融解（负光阻剂则是要是没有历经照明灯具便会溶解）。有很多方法能够 解决铜表层的光阻剂，但是最大多数的方法，是将它加温，并在带有光阻剂的外表上翻转（称之为湿膜光阻剂）。它也能用液体的方法喷在上边，但是干膜式给予非常高的屏幕分辨率，还可以制做出较为细的输电线。

遮光罩仅仅一个生产制造中PCB层的模版。在PCB板上的光阻剂历经UV光曝出以前，遮盖在上面的遮光罩能够 避免部分地区的光阻剂不被曝出（假定用的是正光阻剂）。这种被光阻剂遮住的地区，可能变为走线。

在光阻剂显影液以后，要蚀刻加工的其余的裸铜部分。蚀刻加工全过程能够将木板浸到蚀刻加工有机溶剂中，或者将有机溶剂喷在板材上。一般作为蚀刻加工有机溶剂的有，fecl3（Ferric Chloride），偏碱氨（Alkaline Ammonia），盐酸加双氧水（Sulfuric Acid Hydrogen Peroxide），和氯化铜（Cupric Chloride）等。蚀刻加工完毕后将余下的光阻剂去祛除。这称之为脱膜（Stripping）程序流程。
打孔与电镀工艺

假如制做的是双层PCB板，而且里面包括埋孔或者埋孔得话，每一层木板在粘合前一定要先打孔与电镀工艺。如果不历经这一流程，那麼就没法相互之间联接了。

在依据打孔要求由机械设备打孔以后，孔璧里面务必经由电镀工艺（镀埋孔技术性，Plated-Through-Hole technology，PTH）。在孔璧內部作金属材料解决后，能够让里面的各层路线可以彼此之间联接。在进行电镀工艺以前，务必先清除孔内的脏物。这是由于环氧树脂环氧树脂物在升温后会造成一些化学反应，而它会遮盖住內部PCB层，因此要先清除。消除与电镀工艺姿势都是会在有机化学制造中进行。

双层PCB压合

各片式层务必要压合才可以制作出实木多层板。压合姿势包含在各固层添加电缆护套，及其将彼此之间黏牢等。如果有通过一层层的导孔，那麼各层都务必要反复解决。实木多层板的两侧双面上的走线，则一般在实木多层板压合后才解决。

解决阻焊层、丝印网版包装印刷面和火红金手指部分电镀工艺

下面将阻焊漆遮盖在最外面的走线上，这样一来走线就不容易触及到电镀工艺部分外了。丝印网版包装印刷面则印在其上，以标识各零件的部位，它不能够遮盖在一切走线或者火红金手指上，要不然有可能会降低可锻性或者电流量联接的可靠性。火红金手指部分一般会镶上金，那样在插进扩充槽时，才可以保证高质量的电流量联接
检测

检测PCB是不是有短路故障或者短路的情况，能够采用电子光学或电子器件方法检测。电子光学方法选用扫描仪以找到各层的缺点，电子测试则一般用镭射激光探测器（Flying-Probe）来检测所有的联接。电子测试在找寻短路故障或短路较为精确，但是电子光学检测能够 更非常容易探测到导线间有误间隙的难题。

零件安裝与电焊焊接

最终一项流程便是安裝与电焊焊接各零件了。不论是THT与SMT零件都运用机械设备来安裝存放在PCB上。

THT零件一般都用称为波峰焊机接（Wave Soldering）的方法来电焊焊接。这能够让全部零件一次电焊焊接上PCB。最先将接脚激光切割到挨近木板，而且略微弯折以让零件可以固定不动。然后将PCB挪到助有机溶剂的水波纹上，让底端触碰到助有机溶剂，那样能够将底端金属材料上的金属氧化物给去除。在加温PCB后，此次则挪到溶化的焊接材料上，在和底端触碰后电焊焊接就完成了。

自动焊接SMT零件的方法则称之为再流到电焊焊接（Over Reflow Soldering）。里面带有助有机溶剂与焊接材料的粘稠电焊焊接物，在零件安裝在PCB之后先解决一次，历经PCB加温后再解决一次。待PCB制冷以后电焊焊接就完成了，下面便是提前准备开展PCB的最后检测了
节约制造成本的方式

为了更好地让PCB的费用可以越低越好，有很多要素一定要纳入考虑：

木板的尺寸当然是个关键。木板越小成本费就越低。部分的PCB规格早已变成规范，只需对着规格作那麼费用就当然会降低。CustomPCB网址上面有一些有关标准尺寸的信息内容。
应用SMT会比THT来的划算，由于PCB上的零件会更聚集（也会较为小）。
另一方面，假如木板上的零件很聚集，那麼走线也务必更准，应用的设施也相应的要更高级。与此同时应用的材料也需要更高級，在输电线设计方案上也一定要更当心，以防导致耗电量待会对线路产生不良影响的难题。这种现象产生的成本费，相比变小PCB规格所节约的还需要多。
叠加层数越多费用越高，但是叠加层数少的PCB一般会导致尺寸的提升。
打孔必须時间，因此导孔越低越高。
埋孔比围绕全部层的导孔要贵。由于埋孔务必要在紧密连接前就先钻好洞。
木板上孔的高低是按照零件接脚的孔径来决策。假如木板上面有不一样种类接脚的零件，那麼由于设备无法应用同一个麻花钻钻全部的洞，相对性的较为费时间，也意味着制造成本相对性提高。
应用飞针式打印机检测方法的电子测试，一般比电子光学方法贵。一般来说电子光学检测早已充足确保PCB上沒有任何的不正确。
总得来说，生产商在机器设备左右的时间也是愈来愈繁杂了。掌握PCB的生产流程是很实用的，由于当你在较为主机板时，同样效率的木板成本费很有可能不一样，可靠性也各不相同，这也使我们得到较为各厂家的工作能力。

好的技术工程师能够 光看主机板设计方案，就了解设计方案质量的优劣。您或许觉得没那样强，但是下一次您取得主机板或者显示终端时，何不先赏析一下PCB设计之美吧！

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