一文講解PCB的設(shè)計(jì)過(guò)程

文章將會(huì)詳細(xì)解釋PCB的構(gòu)成，以及在PCB的領(lǐng)域里面常用的一些術(shù)語(yǔ)，簡(jiǎn)要的組裝方法，以及簡(jiǎn)介PCB的設(shè)計(jì)過(guò)程。

PCB的誕生

在PCB出現(xiàn)之前，電路是通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)的接線組成的，這種方法的可靠性很低，因?yàn)殡S著電路的老化，線路的破裂會(huì)導(dǎo)致線路節(jié)點(diǎn)的斷路或者短路。

繞線技術(shù)是電路技術(shù)的一個(gè)重大進(jìn)步，這種方法通過(guò)將小口徑線材繞在連接點(diǎn)的柱子上，提升了線路的耐久性以及可更換性。

當(dāng)電子行業(yè)從真空管、繼電器發(fā)展到硅半導(dǎo)體以及集成電路的時(shí)候，電子元器件的尺寸和價(jià)格也在下降。電子產(chǎn)品越來(lái)越頻繁的出現(xiàn)在了消費(fèi)領(lǐng)域，促使廠商去尋找更小以及性價(jià)比更高的方案，于是，PCB誕生了。

PCB的組成 PCB看上去像多層蛋糕或者千層面--制作中將不同的材料的層，通過(guò)熱量和粘合劑壓制到一起。

PCB的基材 PCB的基材一般都是玻璃纖維，大多數(shù)情況下，PCB的玻璃纖維基材一般就指FR4這種材料，F(xiàn)R4這種固體材料給予了PCB硬度和厚度。除了FR4這種基材外，還有柔性高溫塑料(聚酰亞胺或類似)上生產(chǎn)的柔性電路板等等。

廉價(jià)的PCB和洞洞板(見(jiàn)上圖)是由環(huán)氧樹(shù)脂或酚這樣的材料制成，缺乏 FR4那種耐用性，但是卻便宜很多，當(dāng)在這種板子上焊接?xùn)|西時(shí)，將會(huì)聞到很大的異味。這種類型的基材，常常被用在很低端的消費(fèi)品里面，酚類物質(zhì)具有較低的熱分解溫度，焊接時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致其分解碳化，并且散發(fā)出難聞的味道。??

銅箔

接下來(lái)介紹是很薄的銅箔層，生產(chǎn)中通過(guò)熱量以及黏合劑將其壓制到基材上面，在雙面板上，銅箔會(huì)壓制到基材的正反兩面。在一些低成本的場(chǎng)合，可能只會(huì)在基材的一面壓制銅箔，當(dāng)我們提及到”雙面板“或者”兩層板“的時(shí)候，指的是我們的千層面上有兩層銅箔。當(dāng)然，不同的PCB設(shè)計(jì)中，銅箔層的數(shù)量可能是1層這么少，或者比16層還多。銅層的厚度種類比較多，而且是用重量做單位的，一般采用銅均勻的覆蓋一平方英尺的重量(盎司oz)來(lái)表示。大部分PCB的銅厚是1oz，但是有一些大功率的PCB可能會(huì)用到2oz或者3oz的銅厚，將盎司(oz)每平方英尺換算一下，大概是 35um或者1.4mil的銅厚。

阻焊在銅層上面的是阻焊層，這一層讓PCB看起來(lái)是綠色的或者是SparkFun的紅色。阻焊層覆蓋住銅層上面的走線，防止PCB上的走線和其他的金屬、焊錫或者其它的導(dǎo)電物體接觸導(dǎo)致短路。阻焊層的存在，使大家可以在正確的地方進(jìn)行焊接，并且防止了焊錫搭橋。

如上圖所示，我們可以看到阻焊覆蓋了PCB的大部分，包括走線，但是露出了銀色的孔環(huán)以及SMD焊盤以方便焊接，一般來(lái)說(shuō)，阻焊都是綠色的，但幾乎所有的顏色可以用來(lái)做阻焊。

絲印

在阻焊層上面，是白色的絲印層，在PCB的絲印層上印有字母、數(shù)字以及符號(hào)，這樣可以方便組裝以及指導(dǎo)大家更好地理解板卡的設(shè)計(jì)。我們經(jīng)常會(huì)用絲印層的符號(hào)標(biāo)示某些管腳或者LED的功能等，絲印層是最最常見(jiàn)的顏色是白色，同樣，絲印層幾乎可以做成任何顏色。黑色，灰色，紅色甚至是黃色的絲印層并不少見(jiàn)，然而，很少見(jiàn)到單個(gè)板卡上有多種絲印層顏色。

術(shù)語(yǔ) 現(xiàn)在你知道了PCB的結(jié)構(gòu)組成，下面我們來(lái)看一下PCB相關(guān)的術(shù)語(yǔ)吧。 孔環(huán)：PCB上的金屬化孔上的銅環(huán)。

DRC：設(shè)計(jì)規(guī)則檢查，一個(gè)檢查設(shè)計(jì)是否包含錯(cuò)誤的程序，比如走線短路，走線太細(xì)，或者鉆孔太小。 鉆孔命中：用來(lái)表示，設(shè)計(jì)中要求的鉆孔位置和實(shí)際的鉆孔位置的偏差，鈍鉆頭導(dǎo)致的不正確的鉆孔中心是PCB制造里的普遍問(wèn)題。

如上圖所示，就是不是太準(zhǔn)確的drill hit示意圖。 金手指：在板卡邊上裸露的金屬焊盤，一般用做連接兩個(gè)電路板，比如計(jì)算機(jī)的擴(kuò)展模塊的邊緣、內(nèi)存條以及老的游戲卡。 郵票孔：除了V-Cut外，另一種可選擇的分板設(shè)計(jì)方法，用一些連續(xù)的孔形成一個(gè)薄弱的連接點(diǎn)，就可以容易將板卡從拼版上分割出來(lái)。

焊盤：在PCB表面裸露的一部分金屬，用來(lái)焊接器件。

拼板：一個(gè)由很多可分割的小電路板組成的大電路板，自動(dòng)化的電路板生產(chǎn)設(shè)備在生產(chǎn)小板卡的時(shí)候經(jīng)常會(huì)出問(wèn)題，將幾個(gè)小板卡組合到一起，可以加快生產(chǎn)速度。 鋼網(wǎng)：一個(gè)薄金屬模板也可以是塑料，在組裝的時(shí)候，將其放在PCB上讓焊錫透過(guò)某些特定部位。

Pick-and-place：將元器件放到線路板上的機(jī)器或者流程。 平面：線路板上一段連續(xù)的銅皮，一般是由邊界來(lái)定義而不是路徑，也稱作覆銅。

金屬化過(guò)孔：PCB上的一個(gè)孔，包含孔環(huán)以及電鍍的孔壁，金屬化過(guò)孔可能是一個(gè)插件的連接點(diǎn)，信號(hào)的換層處，或者是一個(gè)安裝孔。

FABFM PCB上的一個(gè)插件電阻，電阻的兩個(gè)腿已經(jīng)穿過(guò)了PCB的過(guò)孔，電鍍的孔壁可以使PCB正反兩面的走線連接到一起。 Pogo pin：指的是一個(gè)彈簧支撐的臨時(shí)接觸點(diǎn)，一般用作測(cè)試或燒錄程序。

回流焊：將焊錫融化，使焊盤(SMD)和器件管腳連接到一起。 開(kāi)槽：指的是PCB上，任何不是圓形的洞，開(kāi)槽可以電鍍也可以不電鍍，由于開(kāi)槽需要額外的切割時(shí)間，有時(shí)會(huì)增加板卡的成本。

注意: 由于開(kāi)槽的刀具是圓形的，開(kāi)槽的邊緣不能完全做成直角。 錫膏層：在往PCB上放置元器件之前，會(huì)通過(guò)鋼網(wǎng)在表貼器件的焊盤上形成的一定厚度的錫膏層。在回流焊過(guò)程中，錫膏融化，在焊盤和器件管腳間建立可靠的電氣和機(jī)械連接。

在放置元器件之前，PCB上短暫的錫膏層，記得去了解一下鋼網(wǎng)的定義。 焊錫爐：焊接插件的爐子，一般里面有少量的熔融的焊錫，板卡在上面迅速的通過(guò)，就可以將暴露的管腳上錫焊接好。 阻焊：為了防止短路、腐蝕以及其它問(wèn)題，銅上面會(huì)覆蓋一層保護(hù)膜。

連錫：器件上的兩個(gè)相連的管腳，被一小滴焊錫錯(cuò)誤的連接到了一起。 表面貼裝：一種組裝的方法，器件只需要簡(jiǎn)單的放在板卡上，不需要將器件管腳穿過(guò)板卡上的過(guò)孔。 熱焊盤：指的是連接焊盤到平面間的一段短走線，如果焊盤沒(méi)有做恰當(dāng)?shù)纳嵩O(shè)計(jì)，焊接時(shí)很難將焊盤加熱到足夠的焊接溫度，不恰當(dāng)?shù)纳岷副P設(shè)計(jì)，會(huì)感覺(jué)焊盤比較黏，并且回流焊的時(shí)間相對(duì)比較長(zhǎng)。

在左邊，焊盤通過(guò)兩個(gè)短走線(熱焊盤)連接到地平面，在右邊，過(guò)孔直接連接到地平面，沒(méi)有采用熱焊盤。 走線：在電路板上，一般連續(xù)的銅的路徑。

一段連接復(fù)位點(diǎn)和板卡上其它地方的細(xì)走線，一個(gè)相對(duì)粗一點(diǎn)的走線連接了5V電源點(diǎn)。 V-score：將板卡進(jìn)行一條不完全的切割，可以將板卡通過(guò)這條直線折斷。 過(guò)孔：在板卡上的一個(gè)洞，一般用來(lái)將信號(hào)從一層切換到另外一層。塞孔指的是在過(guò)孔上覆蓋阻焊，以防被焊接，連接器或者器件管腳過(guò)孔，因?yàn)樾枰附樱话悴粫?huì)進(jìn)行塞孔。

同一個(gè)PCB上塞孔的正反兩面，這個(gè)過(guò)孔將正面的信號(hào)，通過(guò)在板卡上的鉆孔，傳輸?shù)搅吮趁妗?/p>

波峰焊：一個(gè)焊接插件器件的方法，將板卡勻速的通過(guò)一個(gè)產(chǎn)生穩(wěn)定波峰的熔融焊錫爐，焊錫的波峰會(huì)將器件管腳和暴露的焊盤焊接到一起。

編輯：黃飛

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