聊聊PCB的技术

01 什么是PCB

PCB：Printed circuit board 印刷电路板，是指在通用基材上按预定设计形成点间连接及印制元件的印刷板。

02 PCB的发展进程

1925年，美国的 Charles Ducas 在绝缘的基板上印刷出线路图案，再以电镀的方式，成功建立导体作配线。这时，“PCB”这个名词就诞生了。这种方法使得制造电器变得容易。

从1950年代到1990年代。这是PCB产业形成并快速成长的阶段，即PCB产业化的早期阶段，此时PCB已经成为一个产业。

在 1961 年美国 Hazeltine Corporation 制作出多层板，到了21世纪以来，高密度的 BGA、封装基板等又得到迅猛发展。

03 PCB的作用

1）为电路中各种元器件提供机械支撑；

2）使各种电子零组件形成预定电路的电气连接，起中继传输作用；

3）用标记符号将所安装的各元器件标注出来，便于插装、检查及调试。

PCB 可以实现电子元器件之间的相互连接，起中继传输的作用，是电子元器件的支撑体，因而被称为“电子产品之母”。

04 ** PCB过孔技术**

过孔一般又分为三类：通孔、盲孔和埋孔。

通孔： 这种孔穿过整个线路板，可用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现，成本较低，所以一般印制电路板均使用。

盲孔： 指位于印刷线路板的顶层和底层表面，具有一定深度，用于表层线路和下面的内层线路的连接，孔的深度与孔径通常不超过一定的比率。

埋孔： 指位于印刷线路板内层的连接孔，它不会延伸到线路板的表面。

高速PCB中过孔的影响：

高速PCB多层板中，信号从某层互连线传输到另一层互连线就需要通过过孔来实现连接，在频率低于1GHz时，过孔能起到一个很好的连接作用，其寄生电容、电感可以忽略。

当频率高于1 GHz后，过孔的寄生效应对信号完整性的影响就不能忽略，此时过孔在传输路径上表现为阻抗不连续的断点，会产生信号的反射、延时、衰减等信号完整性问题。

当信号通过过孔传输至另外一层时，信号线的参考层同时也作为过孔信号的返回路径，并且返回电流会通过电容耦合在参考层间流动，并引起地弹等问题。

05 ** PCB的阶数**

一阶板,一次压合即成,可以想像成最普通的板。

二阶板,两次压合,以盲埋孔的八层板为例,先做2-7层的板,压好,这时候2-7的通孔埋孔已经做好了,再加1层和8层压上去,打1-8的通孔,做成整板。

三阶板就比上面更复杂,先压3-6层,再加上2和7层,最后加上1到8层,一共要压合三次,一般厂家做不了，成本较高。

06 ** PCB各层的含义**

1.Signal layer(信号层)

信号层主要用于布置电路板上的导线。AD提供了32个信号层，包括Top layer(顶层)，Bottom layer(底层)和30个MidLayer(中间层)。

2.Internal plane layer(内部电源/接地层)

AD提供了16个内部电源层/接地层。该类型的层仅用于多层板，主要用于布置电源线和接地线。我们称双层板，四层板，六层板，一般指信号层和内部电源/接地层的数目。

3.Mechanical layer(机械层)

AD提供了16个机械层，它一般用于设置电路板的外形尺寸，数据标记，对齐标记，装配说明以及其它的机械信息。这些信息因设计公司或PCB制造厂家的要求而有所不同。执行菜单命令Design|MechanicalLayer能为电路板设置更多的机械层。另外，机械层可以附加在其它层上一起输出显示。

4.Solder mask layer(阻焊层)

在焊盘以外的各部位涂覆一层涂料，如防焊漆，用于阻止这些部位上锡。阻焊层用于在设计过程中匹配焊盘，是自动产生的。AD提供了Top Solder(顶层)和Bottom Solder(底层)两个阻焊层。

5.Paste mask layer(锡膏防护层，SMD贴片层)

它和阻焊层的作用相似，不同的是在机器焊接时对应的表面粘贴式元件的焊盘。AD提供了Top Paste(顶层)和Bottom Paste(底层)两个锡膏防护层。

主要针对PCB板上的SMD元件。如果板全部放置的是Dip(通孔)元件，这一层就不用输出Gerber文件了。在将SMD元件贴PCB板上以前，必须在每一个SMD焊盘上先涂上锡膏，在涂锡用的钢网就一定需要这个Paste Mask文件,菲林胶片才可以加工出来。

Paste Mask层的Gerber输出最重要的一点要清楚，即这个层主要针对SMD元件，同时将这个层与上面介绍的Solder Mask作一比较，弄清两者的不同作用，因为从菲林胶片图中看这两个胶片图很相似。

6.Keep out layer(禁止布线层)

用于定义在电路板上能够有效放置元件和布线的区域。在该层绘制一个封闭区域作为布线有效区，在该区域外是不能自动布局和布线的。

7.Silkscreen layer(丝印层)

丝印层主要用于放置印制信息，如元件的轮廓和标注，各种注释字符等。AD提供了Top Overlay和Bottom Overlay两个丝印层。一般，各种标注字符都在顶层丝印层，底层丝印层可关闭。

8.Multi layer(多层)

电路板上焊盘和穿透式过孔要穿透整个电路板，与不同的导电图形层建立电气连接关系，因此系统专门设置了一个抽象的层—多层。一般，焊盘与过孔都要设置在多层上，如果关闭此层，焊盘与过孔就无法显示出来。

9.Drill layer(钻孔层)

钻孔层提供电路板制造过程中的钻孔信息(如焊盘，过孔就需要钻孔)。AD提供了Drillgride(钻孔指示图)和Drill drawing(钻孔图)两个钻孔层。

07 ** PCB为什么需要拼板**

电路板设计完以后需要上SMT贴片流水线贴上元器件，每个SMT的加工工厂都会根据流水线的加工要求，规定电路板的最合适的尺寸规定，比如尺寸太小或者太大，流水线上固定电路板的工装就没法固定。那么问题来了，如果我们的电路板本身尺寸小于工厂给的尺寸规定时怎么办?那就是需要我们把电路板拼板，把多个电路板拼成一整块。拼版无论对于高速贴片机还是对于波峰焊都能显著提高效率。

08 ** PCB的叠层结构**

总的来说叠层设计主要要遵从两个规矩:

1 每个走线层都必须有一个邻近的参考层(电源或地层);
2 邻近的主电源层和地层要保持最小间距,以提供较大的耦合电容。

对于如何选择设计用几层板和用什么方式的叠层，要根据板上信号网络的数量，器件密度，PIN密度，信号的频率，板的大小等许多因素。对于这些因素我们要综合考虑。对于信号网络的数量越多，器件密度越大，PIN密度越大，信号的频率越高的设计应尽量采用多层板设计。为得到好的EMI性能最好保证每个信号层都有自己的参考层。

09 ** PCB走线的阻抗设计**

线路板中的导体会有各种信号的传递，为提高其传输速率而必须提高其频率，线路本身若因蚀刻，叠层厚度，导线宽度等不同因素，将会造成阻抗值的变化，使其信号失真，因此在高速线路板上的导体，其阻抗值应控制在某一范围之内，称为“阻抗控制”。

导线的阻抗由其感应和电容性电感、电阻和电导系数决定。影响PCB走线的阻抗因素主要有: 铜线的宽度、铜线的厚度、介质的介电常数、介质的厚度、焊盘的厚度、地线的路径、走线周边的走线等。

PCB 传输线路通常由一个导线、一个或多个参考层和绝缘材质组成。导线和板层构成了控制阻抗。PCB常常采用多层结构，并且控制阻抗也可以采用各种方式来构建。但是，无论使用什么方式，阻抗值都将由其物理结构和绝缘材料的电子特性决定：

1.信号导线的宽度和厚度；

2.导线两侧的内核或预填材质的高度；

3.导线和板层的配置；

4.内核和预填材质的绝缘常数。

审核编辑：刘清