一文讲解PCB的设计过程

文章将会详细解释PCB的构成，以及在PCB的领域里面常用的一些术语，简要的组装方法，以及简介PCB的设计过程。

PCB的诞生

在PCB出现之前，电路是通过点到点的接线组成的，这种方法的可靠性很低，因为随着电路的老化，线路的破裂会导致线路节点的断路或者短路。

绕线技术是电路技术的一个重大进步，这种方法通过将小口径线材绕在连接点的柱子上，提升了线路的耐久性以及可更换性。

 

当电子行业从真空管、继电器发展到硅半导体以及集成电路的时候，电子元器件的尺寸和价格也在下降。 电子产品越来越频繁的出现在了消费领域，促使厂商去寻找更小以及性价比更高的方案，于是，PCB诞生了。

PCB的组成 PCB看上去像多层蛋糕或者千层面--制作中将不同的材料的层，通过热量和粘合剂压制到一起。

PCB的基材 PCB的基材一般都是玻璃纤维，大多数情况下，PCB的玻璃纤维基材一般就指FR4这种材料，FR4这种固体材料给予了PCB硬度和厚度。 除了FR4这种基材外，还有柔性高温塑料(聚酰亚胺或类似)上生产的柔性电路板等等。

 

廉价的PCB和洞洞板(见上图)是由环氧树脂或酚这样的材料制成，缺乏 FR4那种耐用性，但是却便宜很多，当在这种板子上焊接东西时，将会闻到很大的异味。 这种类型的基材，常常被用在很低端的消费品里面，酚类物质具有较低的热分解温度，焊接时间过长会导致其分解碳化，并且散发出难闻的味道。  

铜箔

 

接下来介绍是很薄的铜箔层，生产中通过热量以及黏合剂将其压制到基材上面，在双面板上，铜箔会压制到基材的正反两面。 在一些低成本的场合，可能只会在基材的一面压制铜箔，当我们提及到”双面板“或者”两层板“的时候，指的是我们的千层面上有两层铜箔。 当然，不同的PCB设计中，铜箔层的数量可能是1层这么少，或者比16层还多。 铜层的厚度种类比较多，而且是用重量做单位的，一般采用铜均匀的覆盖一平方英尺的重量(盎司oz)来表示。 大部分PCB的铜厚是1oz，但是有一些大功率的PCB可能会用到2oz或者3oz的铜厚，将盎司(oz)每平方英尺换算一下，大概是 35um或者1.4mil的铜厚。

阻焊 在铜层上面的是阻焊层，这一层让PCB看起来是绿色的或者是SparkFun的红色。 阻焊层覆盖住铜层上面的走线，防止PCB上的走线和其他的金属、焊锡或者其它的导电物体接触导致短路。 阻焊层的存在，使大家可以在正确的地方进行焊接 ，并且防止了焊锡搭桥。

 

如上图所示，我们可以看到阻焊覆盖了PCB的大部分，包括走线，但是露出了银色的孔环以及SMD焊盘以方便焊接，一般来说，阻焊都是绿色的，但几乎所有的颜色可以用来做阻焊。

丝印

 

在阻焊层上面，是白色的丝印层，在PCB的丝印层上印有字母、数字以及符号，这样可以方便组装以及指导大家更好地理解板卡的设计。 我们经常会用丝印层的符号标示某些管脚或者LED的功能等，丝印层是最最常见的颜色是白色，同样，丝印层几乎可以做成任何颜色。 黑色，灰色，红色甚至是黄色的丝印层并不少见，然而，很少见到单个板卡上有多种丝印层颜色。

术语 现在你知道了PCB的结构组成，下面我们来看一下PCB相关的术语吧。 孔环：PCB上的金属化孔上的铜环。

 

DRC：设计规则检查，一个检查设计是否包含错误的程序，比如走线短路，走线太细，或者钻孔太小。 钻孔命中：用来表示，设计中要求的钻孔位置和实际的钻孔位置的偏差，钝钻头导致的不正确的钻孔中心是PCB制造里的普遍问题。

 

如上图所示，就是不是太准确的drill hit示意图。 金手指：在板卡边上裸露的金属焊盘，一般用做连接两个电路板，比如计算机的扩展模块的边缘、内存条以及老的游戏卡。 邮票孔：除了V-Cut外，另一种可选择的分板设计方法，用一些连续的孔形成一个薄弱的连接点，就可以容易将板卡从拼版上分割出来。

 

焊盘：在PCB表面裸露的一部分金属，用来焊接器件。

 

拼板：一个由很多可分割的小电路板组成的大电路板，自动化的电路板生产设备在生产小板卡的时候经常会出问题，将几个小板卡组合到一起，可以加快生产速度。 钢网：一个薄金属模板也可以是塑料，在组装的时候，将其放在PCB上让焊锡透过某些特定部位。

 

Pick-and-place：将元器件放到线路板上的机器或者流程。 平面：线路板上一段连续的铜皮，一般是由边界来定义而不是路径，也称作覆铜。

 

金属化过孔：PCB上的一个孔，包含孔环以及电镀的孔壁，金属化过孔可能是一个插件的连接点，信号的换层处，或者是一个安装孔。

 

FABFM PCB上的一个插件电阻，电阻的两个腿已经穿过了PCB的过孔，电镀的孔壁可以使PCB正反两面的走线连接到一起。 Pogo pin：指的是一个弹簧支撑的临时接触点，一般用作测试或烧录程序。

 

回流焊：将焊锡融化，使焊盘(SMD)和器件管脚连接到一起。 开槽：指的是PCB上，任何不是圆形的洞，开槽可以电镀也可以不电镀，由于开槽需要额外的切割时间，有时会增加板卡的成本。

 

注意: 由于开槽的刀具是圆形的，开槽的边缘不能完全做成直角。 锡膏层：在往PCB上放置元器件之前，会通过钢网在表贴器件的焊盘上形成的一定厚度的锡膏层。 在回流焊过程中，锡膏融化，在焊盘和器件管脚间建立可靠的电气和机械连接。

 

在放置元器件之前，PCB上短暂的锡膏层，记得去了解一下钢网的定义。 焊锡炉：焊接插件的炉子，一般里面有少量的熔融的焊锡，板卡在上面迅速的通过，就可以将暴露的管脚上锡焊接好。 阻焊：为了防止短路、腐蚀以及其它问题，铜上面会覆盖一层保护膜。

 

连锡：器件上的两个相连的管脚，被一小滴焊锡错误的连接到了一起。 表面贴装：一种组装的方法，器件只需要简单的放在板卡上，不需要将器件管脚穿过板卡上的过孔。 热焊盘：指的是连接焊盘到平面间的一段短走线，如果焊盘没有做恰当的散热设计，焊接时很难将焊盘加热到足够的焊接温度，不恰当的散热焊盘设计，会感觉焊盘比较黏，并且回流焊的时间相对比较长。

 

在左边，焊盘通过两个短走线(热焊盘)连接到地平面，在右边，过孔直接连接到地平面，没有采用热焊盘。 走线：在电路板上，一般连续的铜的路径。

 

一段连接复位点和板卡上其它地方的细走线，一个相对粗一点的走线连接了5V电源点。 V-score：将板卡进行一条不完全的切割，可以将板卡通过这条直线折断。 过孔：在板卡上的一个洞，一般用来将信号从一层切换到另外一层。 塞孔指的是在过孔上覆盖阻焊，以防被焊接，连接器或者器件管脚过孔，因为需要焊接，一般不会进行塞孔。

 

同一个PCB上塞孔的正反两面，这个过孔将正面的信号，通过在板卡上的钻孔，传输到了背面。

波峰焊：一个焊接插件器件的方法，将板卡匀速的通过一个产生稳定波峰的熔融焊锡炉，焊锡的波峰会将器件管脚和暴露的焊盘焊接到一起。

编辑：黄飞