简介PCB的设计过程

描述

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。

01 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。

02 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。

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03 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。

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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。

04 铜箔

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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。

05 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。

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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。

06 丝印

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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。

07 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。

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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。

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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。

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焊盘:在PCB表面裸露的一部分金属,用来焊接器件。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

审核编辑 :李倩

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