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【必看干貨】PCB是什么?怎樣學好PCB!

發布人:智能物聯研習社時間:2021-11-01來源:工程師
在電子行業有一個關鍵的部件叫做PCB(printed circuit board,印刷電路板)。這是一個太基礎的部件,導致很多人都很難解釋到底什么是PCB。這篇文章將會詳細解釋PCB的構成,以及在PCB的領域里面常用的一些術語。  在接下來的幾頁里面,我們將討論PCB的組成,包括一些術語,簡要的組裝方法,以及簡介PCB的設計過程。

在電子行業有一個關鍵的部件叫做PCB(printed circuit board,印刷電路板)。這是一個太基礎的部件,導致很多人都很難解釋到底什么是PCB。這篇文章將會詳細解釋PCB的構成,以及在PCB的領域里面常用的一些術語。

  What‘s a PCB?

  PCB(Printed circuit board)是一個最普遍的叫法,也可以叫做“printed wiring boards” 或者 “printed wiring cards”。在PCB出現之前,電路是通過點到點的接線組成的。這種方法的可靠性很低,因為隨著電路的老化,線路的破裂會導致線路節點的斷路或者短路。

  繞線技術是電路技術的一個重大進步,這種方法通過將小口徑線材繞在連接點的柱子上,提升了線路的耐久性以及可更換性。

在電子行業有一個關鍵的部件叫做PCB(printed circuit board,印刷電路板)。這是一個太基礎的部件,導致很多人都很難解釋到底什么是PCB。這篇文章將會詳細解釋PCB的構成,以及在PCB的領域里面常用的一些術語。

  當電子行業從真空管、繼電器發展到硅半導體以及集成電路的時候,電子元器件的尺寸和價格也在下降。電子產品越來越頻繁的出現在了消費領域,促使廠商去尋找更小以及性價比更高的方案。于是,PCB誕生了。

在電子行業有一個關鍵的部件叫做PCB(printed circuit board,印刷電路板)。這是一個太基礎的部件,導致很多人都很難解釋到底什么是PCB。這篇文章將會詳細解釋PCB的構成,以及在PCB的領域里面常用的一些術語。

  ComposiTIon(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,通過熱量和粘合劑壓制到一起。

 在電子行業有一個關鍵的部件叫做PCB(printed circuit board,印刷電路板)。這是一個太基礎的部件,導致很多人都很難解釋到底什么是PCB。這篇文章將會詳細解釋PCB的構成,以及在PCB的領域里面常用的一些術語。

  從中間層開始吧。

  FR4

  PCB的基材一般都是玻璃纖維。大多數情況下,PCB的玻璃纖維基材一般就指“FR4”這種材料。“FR4”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)上生產的柔性電路板等等。

  你可能會發現有不同厚度的PCB;然而 SparkFun的產品的厚度大部分都是1.6mm(0.063’‘)。有一些產品也采用了其它厚度,比如 LilyPad、Arudino Pro Micro boards采用了0.8mm的板厚。

在電子行業有一個關鍵的部件叫做PCB(printed circuit board,印刷電路板)。這是一個太基礎的部件,導致很多人都很難解釋到底什么是PCB。這篇文章將會詳細解釋PCB的構成,以及在PCB的領域里面常用的一些術語。

  廉價的PCB和洞洞板(見上圖)是由環氧樹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。當在這種板子上焊接東西時,將會聞到很大的異味。這種類型的基材,常常被用在很低端的消費品里面。酚類物質具有較低的熱分解溫度,焊接時間過長會導致其分解碳化,并且散發出難聞的味道。

  Copper

在電子行業有一個關鍵的部件叫做PCB(printed circuit board,印刷電路板)。這是一個太基礎的部件,導致很多人都很難解釋到底什么是PCB。這篇文章將會詳細解釋PCB的構成,以及在PCB的領域里面常用的一些術語。

  接下來介紹是很薄的銅箔層,生產中通過熱量以及黏合劑將其壓制倒基材上面。在雙面板上,銅箔會壓制到基材的正反兩面。在一些低成本的場合,可能只會在基材的一面壓制銅箔。當我們提及到”雙面板“或者”兩層板“的時候,指的是我們的千層面上有兩層銅箔。當然,不同的PCB設計中,銅箔層的數量可能是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)來表示。大部分PCB的銅厚是1oz,但是有一些大功率的PCB可能會用到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。

  Soldermask(阻焊)

  在銅層上面的是阻焊層。這一層讓PCB看起來是綠色的(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、焊錫或者其它的導電物體接觸導致短路。阻焊層的存在,使大家可以在正確的地方進行焊接 ,并且防止了焊錫搭橋。

在電子行業有一個關鍵的部件叫做PCB(printed circuit board,印刷電路板)。這是一個太基礎的部件,導致很多人都很難解釋到底什么是PCB。這篇文章將會詳細解釋PCB的構成,以及在PCB的領域里面常用的一些術語。

  在上圖這個例子里,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以及SMD焊盤,以方便焊接。

  一般來說,阻焊都是綠色的,但幾乎所有的顏色可以用來做阻焊。SparkFun的板卡大部分是紅色的,但是IOIO板卡用了白色,LilyPad板卡是紫色的。

 Silkscreen(絲印)

在電子行業有一個關鍵的部件叫做PCB(printed circuit board,印刷電路板)。這是一個太基礎的部件,導致很多人都很難解釋到底什么是PCB。這篇文章將會詳細解釋PCB的構成,以及在PCB的領域里面常用的一些術語。

  在阻焊層上面,是白色的絲印層。在PCB的絲印層上印有字母、數字以及符號,這樣可以方便組裝以及指導大家更好地理解板卡的設計。我們經常會用絲印層的符號標示某些管腳或者LED的功能等。

  絲印層是最最常見的顏色是白色,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。然而,很少見到單個板卡上有多種絲印層顏色。

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  下面介紹一些PCB方面的常用術語

  Terminology(術語)

  現在你知道了PCB的結構組成,下面我們來看一下PCB相關的術語吧。

  孔環 -- PCB上的金屬化孔上的銅環。

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  DRC -- 設計規則檢查。

        一個檢查設計是否包含錯誤的程序,比如,走線短路,走線太細,或者鉆孔太小。

  鉆孔命中 -- 用來表示設計中要求的鉆孔位置和實際的鉆孔位置的偏差。鈍鉆頭導致的不正確的鉆孔中心是PCB制造里的普遍問題。

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  (金)手指 -- 在板卡邊上裸露的金屬焊盤,一般用做連接兩個電路板。比如計算機的擴展模塊的邊緣、內存條以及老的游戲卡。

  郵****孔 -- 除了V-Cut外,另一種可選擇的分板設計方法。

        用一些連續的孔形成一個薄弱的連接點,就可以容易將板卡從拼版上分割出來。SparkFun的Protosnap板卡是一個比較好的例子。

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  焊盤 -- 在PCB表面裸露的一部分金屬,用來焊接器件。

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  拼板 -- 一個由很多可分割的小電路板組成的大電路板。

        自動化的電路板生產設備在生產小板卡的時候經常會出問題,將幾個小板卡組合到一起,可以加快生產速度。

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  鋼網 -- 一個薄金屬模板(也可以是塑料),在組裝的時候,將其放在PCB上讓焊錫透過某些特定部位。

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  Pick-and-place - 將元器件放到線路板上的機器或者流程。

  平面 -- 線路板上一段連續的銅皮。一般是由邊界來定義,而不是 路徑。也稱作”覆銅“

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  金屬化過孔 -- PCB上的一個孔,包含孔環以及電鍍的孔壁。

        金屬化過孔可能是一個插件的連接點,信號的換層處,或者是一個安裝孔。

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  Pogo pin -- 一個彈簧支撐的臨時接觸點,一般用作測試或燒錄程序。

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  回流焊 -- 將焊錫融化,使焊盤(SMD)和器件管腳連接到一起。  絲印 -- 在PCB板上的字母、數字、符號或者圖形等。基本上每個板卡上只有一種顏色,并且分辨率相對比較低。

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  開槽 -- 指的是PCB上任何不是圓形的洞。開槽可以電鍍也可以不電鍍。由于開槽需要額外的切割時間,有時會增加板卡的成本。

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  在錫膏層 -- 在往PCB上放置元器件之前,會通過鋼網在表貼器件的焊盤上形成的一定厚度的錫膏層。

        在回流焊過程中,錫膏融化,在焊盤和器件管腳間建立可靠的電氣和機械連接。

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  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,就可以將暴露的管腳上錫焊接好。  阻焊 -- 為了防止短路、腐蝕以及其它問題,銅上面會覆蓋一層保護膜。保護膜一般是綠色,也可能是其它顏色(SparkFun紅色,Arduino藍色,或者Apple黑色)。一般稱作“阻焊”。

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  連錫 -- 器件上的兩個相連的管腳,被一小滴焊錫錯誤的連接到了一起。  表面貼裝 -- 一種組裝的方法,器件只需要簡單的放在板卡上,不需要將器件管腳穿過板卡上的過孔。  熱焊盤 -- 指的是連接焊盤到平面間的一段短走線。如果焊盤沒有做恰當的散熱設計,焊接時很難將焊盤加熱到足夠的焊接溫度。不恰當的散熱焊盤設計,會感覺焊盤比較黏,并且回流焊的時間相對比較長。(譯者注,一般熱焊盤做在插件與波峰焊接觸的一面。不知道這個文章里面為什么會提到reflow,reflow主要要考慮的是熱平衡,防止立碑。)

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  走線 -- 在電路板上,一般連續的銅的路徑。

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  V-score -- 將板卡進行一條不完全的切割,可以將板卡通過這條直線折斷。(譯者注:國內常叫做“V-CUT”)  過孔 -- 在板卡上的一個洞,一般用來將信號從一層切換到另外一層。塞孔指的是在過孔上覆蓋阻焊,以防被焊接。連接器或者器件管腳過孔,因為需要焊接,一般不會進行塞孔。

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  波峰焊 -- 一個焊接插件器件的方法。將板卡勻速的通過一個產生穩定波峰的熔融焊錫爐,焊錫的波峰會將器件管腳和暴露的焊盤焊接到一起。  下一頁將簡要的介紹一下如何設計自己的PCB板卡。

  Designing your own! 設計自己的!

  你希望開始設計自己的PCB嗎。在PCB設計中的曲曲彎彎在這邊說太復雜了。不過,如果你真的想開始,下面有幾個要點。

  找到一個CAD的工具:在PCB設計的市場里,有很多低價或者免費的選擇。當找一個工具的時候,可以考慮以下幾點。

  論壇支持:有沒有很多人使用這個工具?越多的人使用,你越容易找到你需要的器件的已經設計好的封裝庫。

  很容易用。如果不好用的話,你也不會用。

  性能: 很多程序對設計有限制,比如層數,器件數,以及板卡尺寸等。大部分需要你去購買授權去升級性能。

  可抑制性: 一些免費的程序不允許導出或者遷移到其它軟件,將你限制在唯一的供應商上。可能軟件的低價以及便捷性值得這樣的付出,但有時候不太值得。

  去看看其他人的布板設計。開源硬件讓這個事情越來越容易。

  練習,練習,還是練習。

  保持低的期望值。你設計的第一個板卡可能有很多問題,但是第20個可能就少很多,但是還會有一些問題。但是你很難將所有問題清除。

  原理圖相當重要。嘗試去設計一個沒有好的原理圖支持的PCB板卡是徒勞的。

  最后,說一些設計些自己的電路板的好處。如果你計劃參與一個或多個既定的項目,設計電路板帶來的好處是顯而易見的。

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關鍵詞: 嵌入式 工程師

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