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(gè)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(shí)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(gè)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(shí)，我們將一個(gè)印刷電路板多層板上的金手指插入另一個(gè)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(huì)在上面印上文字和符號(大部分是白色)來表示板子上各個(gè)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€(gè)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(gè)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(cuò)(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(gè)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(gè)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(huì)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(gè)問題，因?yàn)樗鼈冎淮┩笌讓印Ｃた讓讐K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(gè)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(huì)有兩個(gè)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(huì)占用很大的空間，每個(gè)銷都會(huì)鉆一個(gè)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(huì)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(gè)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(dòng)的，這個(gè)問題只會(huì)出現(xiàn)在修理零件的時(shí)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(gè)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(huì)改變包裝工藝，或者重新進(jìn)行分割。在選擇技術(shù)時(shí)，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(gè)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(gè)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(shí)會(huì)再次提到這個(gè)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(dòng)的，但通常有些零件需要手動(dòng)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(gè)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(shí)，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。