PCB学习完整版.docx

《PCB学习完整版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PCB学习完整版.docx（11页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、PCB设计根底知识印刷电路板(Printedcircuitboard,PCB)几乎会出现在每一种电子设备当中。如果在某样设备中有电子零件，那么它们也都是镶在大小各异的PCB上。除了固定各种小零件外，PCB的主要功能是提供上头各项零件的相互电气连接。随着电子设备越来越复杂，需要的零件越来越多，PCB上头的线路与零件也越来越密集了。标准的PCB长得就像这样。裸板(上头没有零件)也常被称为印刷线路板PrintedWiringBoard(PWB)J0板子本身的基板是由绝缘隔热、并不易弯曲的材质所制作成。在外表可以看到的细小线路材料是铜箔，原本铜箔是覆盖在整个板子上的，而在制造过程中部份被蚀刻处理掉，留

2、下来的部份就变成网状的细小线路了。这些线路被称作导线(conductorpattern)或称布线,并用来提供PCB上零件的电路连接。为了将零件固定在PCB上面，我们将它们的接脚直接焊在布线上。在最根本的PCB(单面板)上，零件都集中在其中一面，导线那么都集中在另一面。这么一来我们就需要在板子上打洞，这样接脚才能穿过板子到另一面，所以零件的接脚是焊在另一面上的。因为如此,PCB的正反面分别被称为零件面(ComponentSide)与焊接面(SolderSide)。如果PCB上头有某些零件，需要在制作完成后也可以拿掉或装回去，那么该零件安装时会用到插座(Socket)o由于插座是直接焊在板子上的，

3、零件可以任意的拆装。下面看到的是ZIF(ZeroInsertionForce,零拨插力式)插座，它可以让零件(这里指的是CPU)可以轻松插进插座，也可以拆下来。插座旁的固定杆，可以在您插进零件后将其固定。如果要将两块PCB相互连结，一般我们都会用到俗称金手指的边接头(edgeconnector)o金手指上包含了许多裸露的铜垫，这些铜垫事实上也是PCB布线的一部份。通常连接时，我们将其中一片PCB上的金手指插进另一片PCB上适宜的插槽上(一般叫做扩大槽Slot)o在计算机中，像是显示卡，声卡或是其它类似的界面卡，都是借着金手指来与主机板连接的。PCB上的绿色或是棕色，是阻焊漆(soldermas

4、k)的颜色。这层是绝缘的防护层，可以保护铜线，也可以防止零件被焊到不正确的地方。在阻焊层上另外会印刷上一层丝网印刷面(silkscreen)o通常在这.上面会印上文字与符号(大多是白色的)，以标示出各零件在板子上的位置。丝网印刷面也被称作图标面(legend)。* 单面板(Single-SidedBoards)我们刚刚提到过，在最根本的PCB上，零件集中在其中一面，导线那么集中在另一面上。因为导线只出现在其中一面，所以我们就称这种PCB叫作单面板(Single-sided)0因为单面板在设计线路上有许多严格的限制(因为只有一面，布线间不能穿插而必须绕单独的路径)，所以只有早期的电路才使用这类的

5、板子。* 双面板(Double-SidedBoards)这种电路板的两面都有布线。不过要用上两面的导线，必须要在两面间有适当的电路连接才行。这种电路间的桥梁叫做导孔(via)。导孔是在PCB上，充满或涂上金属的小洞，它可以与两面的导线相连接。因为双面板的面积比单面板大了一倍，而且因为布线可以互相交织(可以绕到另一面)，它更适合用在比单面板更复杂的电路上。* 多层板(Multi-LayerBoards)为了增加可以布线的面积，多层板用上了更多单或双面的布线板。多层板使用数片双面板，并在每层板间放进一层绝缘层后黏牢(压合)0板子的层数就代表了有几层独立的布线层，通常层数都是偶数，并且包含最外侧的两

6、层。大局部的主机板都是4到8层的构造，不过技术上可以做到近100层的PCB板。大型的超级计算机大多使用相当多层的主机板，不过因为这类计算机已经可以用许多普通计算机的集群代替，超多层板已经渐渐不被使用了。因为PCB中的各层都严密的结合，一般不太容易看出实际数目，不过如果您仔细观察主机板，也许可以看出来。我们刚刚提到的导孔(via),如果应用在双面板上，那么一定都是打穿整个板子。不过在多层板当中，如果您只想连接其中一些线路，那么导孔可能会浪费一些其它层的线路空间。埋孔(Buriedvias)和盲孔(Blindvias)技术可以防止这个问题,因为它们只穿透其中几层。盲孔是将几层内部PCB与外表PCB

7、连接，不须穿透整个板子。埋孔那么只连接内部的PCB,所以光是从外表是看不出来的。在多层板PCB中，整层都直接连接上地线与电源。所以我们将各层分类为信号层(Signal),电源层(Power)或是地线层(Ground)。如果PCB上的零件需要不同的电源供应，通常这类PCB会有两层以上的电源与电线层。零件封装技术* 插入式封装技术(ThroughHoleTechnology)将零件安置在板子的一面，并将接脚焊在另一面上，这种技术称为插入式(ThroughHoleTechnology,THT)J封装。这种零件会需要占用大量的空间，并且要为每只接脚钻一个洞。所以它们的接脚其实占掉两面的空间，而且焊点也

8、比较大。但另一方面，THT零件和SMT(SurfaceMountedTechnology,外表黏着式)零件比起来，与PCB连接的构造比较好，关于这点我们稍后再谈。像是排线的插座，和类似的界面都需要能耐压力，所以通常它们都是THT封装。外表黏贴式封装技术(SurfaceMountedTechnology)使用外表黏贴式封装(SurfaceMountedTechnology,SMT)的零件，接脚是焊在与零件同一面。这种技术不用为每个接脚的焊接，而都在PCB上钻洞。外表黏贴式的零件，甚至还能在、两面都焊上。SMT也比THT的零件要小。和使用THT零件的PCB比起来，使用SMT技术的PCB板上零件要密

9、集很多。SMT封装零件也比THT的要廉价。所以现今的PCB上大局部都是SMT,自然缺乏为奇。因为焊点和零件的接脚非常的小，要用人工焊接实在非常难。不过如果考虑到目前的组装都是全自动的话，这个问题只会出现在修复零件的时候吧。设计流程在PCB的设计中，其实在正式布线前，还要经过很漫长的步骤，以下就是主要设计的流程:- -系统规格首先要先规划出该电子设备的各项系统规格。包含了系统功能，本钱限制，大小，运作情形等等。-系统功能区块图接下来必须要制作出系统的功能方块图。方块间的关系也必须要标示出来。-将系统分割几个PCB将系统分割数个PCB的话，不仅在尺寸上可以缩小，也可以让系统具有升级与交换零件的能力

10、。系统功能方块图就提供了我们分割的依据。像是计算机就可以分成主机板、显示卡、声卡、软盘驱动器和电源等等。一一决定使用封装方法，和各PCB的大小当各PCB使用的技术和电路数量都决定好了，接下来就是决定板子的大小了。如果设计的过大，那么封装技术就要改变，或是重新作分割的动作。在选择技术时，也要将线路图的品质与速度都考量进去。-绘出所有PCB的电路概图概图中要表示出各零件间的相互连接细节。所有系统中的PCB都必须要描出来，现今大多采用CAD（计算机辅助设计，ComputerAidedDesign）的方式。下面就是使用CircuitMakerTM设计的范例。PCB的电路概图- 一初步设计的仿真运作为了

11、确保设计出来的电路图可以正常运作，这必须先用计算机软件来仿真一次。这类软件可以读取设计图，并且用许多方式显示电路运作的情况。这比起实际做出一块样本PCB,然后用手动测量要来的有效率多了。- -将零件放上PCB零件放置的方式，是根据它们之间如何相连来决定的。它们必须以最有效率的方式与路径相连接。所谓有效率的布线，就是牵线越短并且通过层数越少（这也同时减少导孔的数目）越好，不过在真正布线时，我们会再提到这个问题。下面是总线在PCB上布线的样子。为了让各零件都能够拥有完美的配线，放置的位置是很重要的。一-测试布线可能性，与高速下的正确运作现今的部份计算机软件，可以检杳各零件摆设的位置是否可以正确连接

12、，或是检查在高速运作下，这样是否可以正确运作。这项步骤称为安排零件，不过我们不会太深入研究这些。如果电路设计有问题，在实地导出线路前，还可以重新安排零件的位置。- 导出PCB上线路在概图中的连接，现在将会实地作成布线的样子。这项步骤通常都是全自动的，不过一般来说还是需要手动更改某些部份。下面是2层板的导线模板。红色和蓝色的线条，分别代表PCB的零件层与焊接层。白色的文字与四方形代表的是网版印刷面的各项标示。红色的点和圆圈代表钻洞与导孔。最右方我们可以看到PCB上的焊接面有金手指。这个PCB的最终构图通常称为工作底片（Artwork）oPCB设计准备每一次的设计，都必须要符合一套规定，像是线路间

13、的最小保存空隙，最小线路宽度，和其它类似的实际限制等。这些规定依照电路的速度，传送信号的强弱，电路对耗电与噪声的敏感度，以及材质品质与制造设备等因素而有不同。如果电流强度上升，那导线的粗细也必须要增加。为了减少PCB的本钱，在减少层数的同时，也必须要注意这些规定是否仍旧符合。如果需要超过2层的构造的话，那么通常会使用到电源层以及地线层，来防止信号层上的传送信号受到影响，并且可以当作信号层的防护罩。-导线后电路测试为了确定线路在导线后能够正常运作，它必须要通过最后检测。这项检测也可以检杳是否有不正确的连接，并且所有联机都照着概图走。建立制作档案因为目前有许多设计PCB的CAD工具，制造厂商必须有

14、符合标准的档案，才能制造板子。标准规格有好几种，不过最常用的是Gebefiles规格。一组Gebefiles包括各信号、电源以及地线层的平面图，阻焊层与网板印刷面的平面图，以及钻孔与取放等指定档案。- -电磁兼容问题没有照EMC(电磁兼容)规格设计的电子设备，很可能会散发出电磁能量，并且干扰附近的电器。EMC对电磁干扰(EMI),电磁场(EMF)和射频干扰(RFI)等都规定了最大的限制。这项规定可以确保该电器与附近其它电器的正常运作。EMC对一项设备，散射或传导到另一设备的能量有严格的限制，并且设计时要减少对外来EMF、EMLRFI等的磁化率。换言之，这项规定的目的就是要防止电磁能量进入或由装

15、置散发出。这其实是一项很难解决的问题，一般大多会使用电源和地线层，或是将PCB放进金属盒子当中以解决这些问题。电源和地线层可以防止信号层受干扰，金属盒的效用也差不多。对这些问题我们就不过于深入了。电路的最大速度得看如何照EMC规定做了。内部的EMI,像是导体间的电流耗损，会随着频率上升而增强。如果两者之间的的电流差距过大，那么一定要拉长两者间的距离。这也告诉我们如何防止高压，以及让电路的电流消耗降到最低。布线的延迟率也很重要，所以长度自然越短越好。所以布线良好的小PCB,会比大PCB更适合在高速下运作。制造流程PCB的制造过程由玻璃环氧树脂(GlassEpoxy)或类似材质制成的基板开场一一影像(成形/导线制作)制作的第一步是建立出零件间联机的布线。我们采用负片转印(Subtractivetransfer)方式将工作底片表现在金属导体上。这项技巧是将整个外表铺上一层薄薄的铜箔，并且把多余的部份给消除。追加式转印(AdditivePatterntransfer)是另一种比较少人使用的方式,这是只在需要的地方敷上铜线的方法，不过我们在这里就不多谈了。如果制作的是双面板，那么PC