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硬件革命來了,,就算我是文科生也要讀懂它| PCB的那點(diǎn)事兒

 慈溪全媒體 2015-02-06

一個(gè)產(chǎn)品的成功,一是要注重內(nèi)在質(zhì)量,,二是要兼顧整體的美觀,。兩者都比較完美的產(chǎn)品,才能成為成功的產(chǎn)品,。


許多人都知道喬布斯對(duì)產(chǎn)品的任何一處細(xì)節(jié)都有著異常嚴(yán)格的要求甚至是苛求,,也正是這種異常的苛求,讓蘋果的產(chǎn)品如此受人喜歡,。對(duì)于一個(gè)電子產(chǎn)品而言,,大家應(yīng)該知道,PCB在一個(gè)產(chǎn)品內(nèi)有著重要的地位,。


今天我們就跟大家談?wù)凱CB的那點(diǎn)事兒,。

PCB的概念
PCB(Printed Circuit Board,印刷電路板),中文名稱為印刷電路板,,又稱印刷線路板,是重要的電子部件,,是電子元器件的支撐體,,是電子元器件電氣連接的載體。由于它是采用電子印刷術(shù)制作的,故被稱為“印刷”電路板,。

PCB的創(chuàng)造者


很多人肯定不知道PCB是誰創(chuàng)造的,,現(xiàn)在我們來認(rèn)識(shí)這位大師,印制電路板的創(chuàng)造者是保羅·愛斯勒(Paul Eisler),,這又是一位猶太的天才創(chuàng)造者,。他于1936年在一個(gè)收音機(jī)安裝內(nèi)采用了印刷電路板,1943年,,美國人將該技術(shù)少量運(yùn)用于軍用收音機(jī)內(nèi),。1948年,美國正式認(rèn)可這個(gè)創(chuàng)造用于商業(yè)用處,。1950年6月21日,,保羅·愛斯勒取得PCB的創(chuàng)造專利權(quán)。

PCB的作用

1,、提供零件焊接阻焊圖形作用:PCB為元器件焊接提供阻焊圖形,,為零件維修、提供識(shí)別字符檢查,、插裝,;

2、導(dǎo)線鏈接零件的作用:PCB實(shí)現(xiàn)各種零件之間的電氣連接或電絕緣,,提供所要求的電氣特性,,如高頻微波的信號(hào)傳輸、特性阻抗,;

3,、支撐零件的作用:提供各種零件(如電阻、集成電路,、電容等) 裝配,、固定的機(jī)械支撐。

PCB的運(yùn)用

PCB在運(yùn)用范圍上非常廣泛,,可運(yùn)用幾乎所有電子設(shè)備當(dāng)中,,小到用于手機(jī)、電腦鼠標(biāo)里,,大到運(yùn)用汽車,、火箭上。但主要分為在以下幾個(gè)范圍里運(yùn)用:


1,、計(jì)算機(jī)與周邊產(chǎn)品:顯示器,、主機(jī)、服務(wù)器,、鼠標(biāo)等,;

2,、通訊產(chǎn)品:手機(jī),家用座機(jī),、衛(wèi)星等,;

3、消費(fèi)電子產(chǎn)品:冰箱,、微波爐,、空調(diào)等;

4,、工業(yè)用產(chǎn)品:沖床機(jī),、電機(jī)等;

5,、其它:軍事武器,、火箭等。

PCB的特點(diǎn)

PCB之所以能得到越來越廣泛地應(yīng)用,,因?yàn)樗泻芏嗒?dú)特優(yōu)點(diǎn),,概栝如下:


1、可高密度化:數(shù)十年來,,印制板高密度能夠隨著集成電路集成度提高和安裝技術(shù)進(jìn)步而發(fā)展著,。


2、高可靠性:通過一系列檢查,、測試和老化試驗(yàn)等可保證PCB長期(使用期,,一般為20年)而可靠地工作著。


3,、可設(shè)計(jì)性:對(duì)PCB各種性能(電氣,、物理、化學(xué),、機(jī)械等)要求,,可以通過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化等來實(shí)現(xiàn)印制板設(shè)計(jì),,時(shí)間短,、效率高。


4,、可生產(chǎn)性:采用現(xiàn)代化管理,,可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模(量)化,、自動(dòng)化等生產(chǎn),、保證產(chǎn)品質(zhì)量一致性。


5,、可測試性:建立了比較完整測試方法,、測試標(biāo)準(zhǔn),、各種測試設(shè)備與儀器等來檢測并鑒定PCB產(chǎn)品合格性和使用壽命。


6,、可組裝性:PC產(chǎn)品既便于各種元件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化組裝,又可以進(jìn)行自動(dòng)化,、規(guī)?;可a(chǎn)。同時(shí),,PCB和各種元件組裝部件還可組裝形成更大部件,、系統(tǒng),直至整機(jī),。


6,、可維護(hù)性:由于PCB產(chǎn)品和各種元件組裝部件是以標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與規(guī)模化生產(chǎn),,因而,,這些部件也是標(biāo)準(zhǔn)化。所以,,一旦系統(tǒng)發(fā)生故障,,可以快速、方便,、靈活地進(jìn)行更換,,迅速恢服系統(tǒng)工作。當(dāng)然,,還可以舉例說得更多些,。如使系統(tǒng)小型化、輕量化,,信號(hào)傳輸高速化等,。

PCB板的分類

根據(jù)電路層數(shù)分類:分為單面板、雙面板和多層板,。PCB板有以下三種主要的劃分類型:


單面板

單面板,,在最基本的PCB上,零件集中在其中一面,,導(dǎo)線則集中在另一面上(有貼片元件時(shí)和導(dǎo)線為同一面,,插件器件再另一面)。因?yàn)閷?dǎo)線只出現(xiàn)在其中一面,,所以這種PCB叫作單面板(Single-sided),。因?yàn)閱蚊姘逶谠O(shè)計(jì)線路上有許多嚴(yán)格的限制(因?yàn)橹挥幸幻妫季€間不能交叉而必須繞獨(dú)自的路徑),,所以只有早期的電路才使用這類的板子,。



雙面板

雙面板,,這種電路板的兩面都有布線,不過要用上兩面的導(dǎo)線,,必須要在兩面間有適當(dāng)?shù)碾娐愤B接才行,。這種電路間的“橋梁”叫做導(dǎo)孔(via)。導(dǎo)孔是在PCB上,,充滿或涂上金屬的小洞,,它可以與兩面的導(dǎo)線相連接。因?yàn)殡p面板的面積比單面板大了一倍,,雙面板解決了單面板中因?yàn)椴季€交錯(cuò)的難點(diǎn)(可以通過孔導(dǎo)通到另一面),,它更適合用在比單面板更復(fù)雜的電路上。


多層板

多層板,,為了增加可以布線的面積,,多層板用上了更多單或雙面的布線板。用一塊雙面作內(nèi)層,、二塊單面作外層或二塊雙面作內(nèi)層,、二塊單面作外層的印刷線路板,通過定位系統(tǒng)及絕緣粘結(jié)材料交替在一起且導(dǎo)電圖形按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行互連的印刷線路板就成為四層,、六層印刷電路板了,,也稱為多層印刷線路板。板子的層數(shù)并不代表有幾層獨(dú)立的布線層,,在特殊情況下會(huì)加入空層來控制板厚,,通常層數(shù)都是偶數(shù),并且包含最外側(cè)的兩層,。大部分的主機(jī)板都是4到8層的結(jié)構(gòu),,常見的多層板一般為4層板或6層板,復(fù)雜的多層板可達(dá)幾十層,。



其次,,根據(jù)PCB板軟硬分類:分為剛性電路板和柔性電路板、軟硬結(jié)合板:


剛性PCB與柔性PCB的直觀上區(qū)別是柔性PCB是可以彎曲的,。剛性PCB的常見厚度有0.2mm,,0.4mm,0.6mm,,0.8mm,,1.0mm,1.2mm,,1.6mm,,2.0mm等。柔性PCB的常見厚度為0.2mm﹐要焊零件的地方會(huì)在其背后加上加厚層﹐加厚層的厚度0.2mm﹐0.4mm不等,。剛性PCB的材料常見的包括﹕酚醛紙質(zhì)層壓板﹐環(huán)氧紙質(zhì)層壓板﹐聚酯玻璃氈層壓板﹐環(huán)氧玻璃布層壓板﹔柔性PCB的材料常見的包括﹕聚酯薄膜﹐聚酰亞胺薄膜﹐氟化乙丙烯薄膜,。



接下來我們?cè)倏纯碢CB設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí),,一塊小小的板子,生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程其實(shí)非常麻煩,。



PCB設(shè)計(jì)


所謂的PCB設(shè)計(jì),,印制電路板的設(shè)計(jì)是以電路原理圖為根據(jù),實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)者所需要的功能,。印刷電路板的設(shè)計(jì)主要指版圖設(shè)計(jì),,需要考慮外部連接的布局。內(nèi)部電子元件的優(yōu)化布局,。金屬連線和通孔的優(yōu)化布局。電磁保護(hù),。熱耗散等各種因素,。優(yōu)秀的版圖設(shè)計(jì)可以節(jié)約生產(chǎn)成本,達(dá)到良好的電路性能和散熱性能,。簡單的版圖設(shè)計(jì)可以用手工實(shí)現(xiàn),,復(fù)雜的版圖設(shè)計(jì)需要借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)實(shí)現(xiàn)。

PCB設(shè)計(jì)的相關(guān)技巧

設(shè)置技巧

設(shè)計(jì)在不同階段需要進(jìn)行不同的各點(diǎn)設(shè)置,,在布局階段可以采用大格點(diǎn)進(jìn)行器件布局:


對(duì)于IC,、非定位接插件等大器件,可以選用50~100mil的格點(diǎn)精度進(jìn)行布局,,而對(duì)于電阻電容和電感等無源小器件,,可采用25mil的格點(diǎn)進(jìn)行布局。大格點(diǎn)的精度有利于器件的對(duì)齊和布局的美觀,。


PCB布局規(guī)則

1,、在通常情況下,所有的元件均應(yīng)布置在電路板的同一面上,,只有頂層元件過密時(shí),,才能將一些高度有限并且發(fā)熱量小的器件,如貼片電阻,、貼片電容,、貼片IC等放在底層。


2,、在保證電氣性能的前提下,,元件應(yīng)放置在柵格上且相互平行或垂直排列,以求整齊,、美觀,,在一般情況下不允許元件重疊;元件排列要緊湊,,元件在整個(gè)版面上應(yīng)分布均勻,、疏密一致,。


3、電路板上不同組件相臨焊盤圖形之間的最小間距應(yīng)在1MM以上,。


4,、離電路板邊緣一般不小于2MM.電路板的最佳形狀為矩形,長寬比為3:2或4:3.電路板面尺大于200MM乘150MM時(shí),,應(yīng)考慮電路板所能承受的機(jī)械強(qiáng)度,。


布局技巧

在PCB的布局設(shè)計(jì)中要分析電路板的單元,依據(jù)起功能進(jìn)行布局設(shè)計(jì),,對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局時(shí),,要符合以下原則:


1、按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置,,使布局便于信號(hào)流通,,并使信號(hào)盡可能保持一致的方向。


2,、以每個(gè)功能單元的核心元器件為中心,,圍繞他來進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻,、整體,、緊湊的排列在PCB上,盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接,。


3,、在高頻下工作的電路,要考慮元器件之間的分布參數(shù),。一般電路應(yīng)盡可能使元器件并行排列,,這樣不但美觀,而且裝焊容易,,易于批量生產(chǎn),。


PCB設(shè)計(jì)步驟

布局設(shè)計(jì)

在PCB中,特殊的元器件是指高頻部分的關(guān)鍵元器件,、電路中的核心元器件,、易受干擾的元器件、帶高壓的元器件,、發(fā)熱量大的元器件,,以及一些異性元器件,這些特殊元器件的位置需要仔細(xì)分析,,做帶布局合乎電路功能的要求及生產(chǎn)的需求,。不恰當(dāng)?shù)姆胖盟麄兛赡墚a(chǎn)生電路兼容問題、信號(hào)完整性問題,從而導(dǎo)致 PCB設(shè)計(jì)的失敗,。


在設(shè)計(jì)中如何放置特殊元器件時(shí)首先考慮PCB尺寸大小,。快易購指出pcb尺寸過大時(shí),,印刷線條長,,阻抗增加,抗燥能力下降,,成本也增加,;過小時(shí),散熱不好,,且臨近線條容易受干擾,。在確定PCB的尺寸后,在確定特殊元件的擺方位置,。最后,,根據(jù)功能單元,對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局,。特殊元器件的位置在布局時(shí)一般 要遵守以下原則:


1、盡可能縮短高頻元器件之間的連接,,設(shè)法減少他們的分布參數(shù)及和相互間的電磁干擾,。易受干擾的元器件不能相互離的太近,輸入和輸出應(yīng)盡量遠(yuǎn)離,。


2,、一些元器件或?qū)Ь€有可能有較高的電位差,應(yīng)加大他們的距離,,以免放電引起意外短路,。高電壓的元器件應(yīng)盡量放在手觸及不到的地方。


3,、重量超過15G的元器件,,可用支架加以固定,然后焊接,。那些又重又熱的元器件,,不應(yīng)放到電路板上,應(yīng)放到主機(jī)箱的底版上,,且考慮散熱問題,。熱敏元器件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元器件。


4,、對(duì)與電位器,、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動(dòng)開關(guān)等可調(diào)元器件的布局應(yīng)考慮整塊扳子的結(jié)構(gòu)要求,,一些經(jīng)常用到的開關(guān),,在結(jié)構(gòu)允許的情況下,應(yīng)放置到手容易接觸到的地方,。元器件的布局到均衡,,疏密有度,不能頭重腳輕,。


放置順序

1,、放置與結(jié)構(gòu)有緊密配合的元器件,如電源插座,、指示燈,、開關(guān)、連接器等,。


2,、放置特殊元器件,如大的元器件,、重的元器件,、發(fā)熱元器件、變壓器,、IC等,。


3、放置小的元器件,。


布局檢查

1,、電路板尺寸和圖紙要求加工尺寸是否相符合。


2,、 元器件的布局是否均衡,、排列整齊、是否已經(jīng)全部布完,。


3,、各個(gè)層面有無沖突。如元器件,、外框,、需要私印的層面是否合理。


4,、常用到的元器件是否方便使用,。如開關(guān)、插件板插入設(shè)備,、須經(jīng)常更換的元器件等,。


5,、熱敏元器件與發(fā)熱元器件距離是否合理。


6,、散熱性是否良好,。


6、線路的干擾問題是否需要考慮,。


PCB設(shè)計(jì)主要流程

在PCB設(shè)計(jì)中,,其實(shí)在正式布線前,還要經(jīng)過很漫長的步驟,,以下就是PCB設(shè)計(jì)主要的流程:


系統(tǒng)規(guī)格


首先要先規(guī)劃出該電子設(shè)備的各項(xiàng)系統(tǒng)規(guī)格,。包含了系統(tǒng)功能,成本限制,,大小,,運(yùn)作情形等等。


功能區(qū)塊


接下來必須要制作出系統(tǒng)的功能方塊圖,。方塊間的關(guān)系也必須要標(biāo)示出來,。


將系統(tǒng)分割幾個(gè)PCB 將系統(tǒng)分割數(shù)個(gè)PCB的話,不僅在尺寸上可以縮小,,也可以讓系統(tǒng)具有升級(jí)與交換零件的能力,。系統(tǒng)功能方塊圖就提供了我們分割的依據(jù)。像是計(jì)算機(jī)就可以分成主機(jī)板,、顯示卡,、聲卡、軟盤驅(qū)動(dòng)器和電源等等,。


決定使用封裝方法,和各PCB的大小當(dāng)各PCB使用的技術(shù)和電路數(shù)量都決定好了,,接下來就是決定板子的大小了,。如果PCB設(shè)計(jì)的過大,那么封裝技術(shù)就要改變,,或是重新作分割的動(dòng)作,。在選擇技術(shù)時(shí),也要將線路圖的品質(zhì)與速度都考量進(jìn)去,。

PCB設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

1,、避免在PCB邊緣安排重要的信號(hào)線,如時(shí)鐘和復(fù)位信號(hào)等,。


2,、機(jī)殼地線與信號(hào)線間隔至少為4毫米;保持機(jī)殼地線的長寬比小于5:1以減少電感效應(yīng),。


3,、已確定位置的器件和線用LOCK功能將其鎖定,,使之以后不被誤動(dòng)。


4,、導(dǎo)線的寬度最小不宜小于0.2mm(8mil),,在高密度高精度的印制線路中,導(dǎo)線寬度和間距一般可取12mil,。


5,、在DIP封裝的IC腳間走線,可應(yīng)用10-10與12-12原則,,即當(dāng)兩腳間通過2根線時(shí),,焊盤直徑可設(shè)為50mil、線寬與線距都為10mil,,當(dāng)兩腳間只通過1根線時(shí),,焊盤直徑可設(shè)為64mil、線寬與線距都為12mil,。


6,、當(dāng)焊盤直徑為1.5mm時(shí),為了增加焊盤抗剝強(qiáng)度,,可采用長不小于1.5mm,,寬為1.5mm和長圓形焊盤。


7,、設(shè)計(jì)遇到焊盤連接的走線較細(xì)時(shí),,要將焊盤與走線之間的連接設(shè)計(jì)成水滴狀,這樣焊盤不容易起皮,,走線與焊盤不易斷開,。


8、大面積敷銅設(shè)計(jì)時(shí)敷銅上應(yīng)有開窗口,,加散熱孔,,并將開窗口設(shè)計(jì)成網(wǎng)狀。


9,、盡可能縮短高頻元器件之間的連線,,減少它們的分布參數(shù)和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近,,輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離,。



講到最后,再來一點(diǎn)漲姿勢的內(nèi)容以做談資:

PCB板為什么通常都是綠色的呢,?


PCB板之所以為綠色,,主要是涂了一層綠色的阻焊油,形成的一個(gè)阻焊層,。


阻焊油涂在PCB板表面的作用:


1,、為了盡量保護(hù)板上的線路不被外來的異物短路,。


2、有了阻焊層,,可以減少覆蓋上面的銅線容易脫落的可能性,。


此外,現(xiàn)在市面上不僅僅有綠色的阻焊油,,也有紅色和黑色的等其他顏色,。

文章來源:繆斯眾智


-END-

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