PCB工艺 PCB线路板设计基础知识

电路板本身的基板是由绝缘和不可弯曲的材料制成的。表面可见的细电路材料是铜箔。最初，铜箔覆盖了整个电路板，但是在制造过程中，它的一部分被蚀刻，处理掉了，剩下的部分成为网状的精细电路。这些线被称为导体图案或布线，用于为印刷电路板多层板上的部件提供电路连接。

为了将零件固定在印刷电路板多层板上，我们将它们的引脚直接焊接在布线上。在最基本的印刷电路板多层板(单板)上，零件集中在一侧，导线集中在另一侧。所以我们需要在板上打孔，这样引脚就可以穿过板到达另一侧，这样零件的引脚就焊接在另一侧。因此，印刷电路板多层板的正面和背面分别称为元件面和焊接面。

如果印刷电路板多层板上有一些零件，生产后需要拆卸或放回，安装零件时将使用插座。由于插座直接焊接在板上，零件可以随意拆卸。下面是一个zif(零拨插入力)插座，它允许部件(这里是中央处理器)容易地插入插座或从插座中取出。插座旁边的固定杆可以在你插入后固定住零件。

如果两块PCB多层板要相互连接，我们通常使用边缘连接器(edge连接器，俗称“金手指”)。金手指包含许多暴露的铜垫，它们实际上是布线印刷电路板多层板的一部分。通常，在连接时，我们将一个印刷电路板多层板上的金手指插入另一个印刷电路板多层板上的适当插槽(通常称为扩展槽)。在电脑中，比如显示卡、声卡或者其他类似的接口卡，都是通过金手指连接到主板上的。

PCB多层板上的绿色或棕色是阻焊膜的颜色。这一层是绝缘保护层，可以保护铜线，防止零件焊接到不正确的地方。此外，阻焊层上印刷有丝网。通常会在上面印上文字和符号(大部分是白色)来表示板子上各个部分的位置。丝网印刷面也叫图例。

单面电路板)

就像我们刚才说的，在最基础的PCB多层板上，零件集中在一边，导线集中在另一边。因为导线只出现在一面，所以我们称这种PCB多层板为单面。因为对单个面板的设计电路有许多严格的限制(因为只有一边，布线不能穿越，必须绕过自己的路)，只有早期的电路使用这种板。

双面纸板(双面纸板)

这个电路板两边都有布线。然而，要在两侧使用电线，两侧之间必须有适当的电路连接。电路之间的这种“桥梁”叫做通路。导孔是PCB多层板上填充或涂有金属的小孔。

可以两边用电线连接。因为双面板的面积是单面板的两倍，并且因为布线可以相互交错(可以缠绕在另一侧)，所以它比单面板更适合更复杂的电路。多层板(多层板)

为了增加可以布线的面积，多层板使用更多的单面或双面接线板。多层板采用几块双面板，每层板之间放置一层保温层，然后粘合(压制)。电路板上的层数意味着有几个独立的布线层，通常是偶数，包括最外面的两层。大部分主板都是4-8层，但是技术上可以做到将近100层的PCB多层板。大多数大型超级计算机使用相当多层的主板。但是因为这些电脑可以被很多普通电脑的集群代替，所以超级多层板就不再使用了。因为PCB多层板中各层结合紧密，一般不容易看到实际数量，但如果仔细观察主板，也许就能看到。

印制电路板

我们刚才提到的通孔，如果应用于双面板，必须穿透整个电路板。然而，在多层板中，如果您只想连接一些电路，过孔可能会浪费其他层的一些电路空间。掩埋通孔和盲孔技术可以避免这个问题，因为它们只穿透几层。盲孔将几块内部印刷电路板多层板与表面印刷电路板多层板连接起来，而不穿透整块板。埋孔只连接内部的PCB多层板，所以从表面看不到光。

在多层印刷电路板多层板中，整个层直接与上地线和电源相连。因此，我们将每一层分为信号层、功率层或地线层。如果印刷电路板多层板上的部件需要不同的电源，通常这种印刷电路板多层层板会有两个以上的电源和导线层。

零件封装技术：通孔技术

将零件放置在电路板的一侧，并将引脚焊接在另一侧的技术称为“通孔技术(THT)”封装。这种零件会占用很大的空间，每个销都会钻一个孔。因此，他们的大头针实际上占据了两边的空间，而且焊点比较大。另一方面，与SMT(表面贴装技术)零件相比，THT零件与PCB多层板的连接更好，这一点我们后面会讲到。像带状电缆和类似接口这样的插座需要承受压力，所以它们通常是THT封装。

表面贴装技术

使用表面贴装技术(SMT)的零件具有焊接在零件同一侧的引脚。这项技术不需要焊接每一个引脚，而是在PCB多层板上钻孔。

带有粘性表面的零件甚至可以在两侧焊接。

SMT也比THT零件小。与使用THT部件的印刷电路板多层板相比，使用表面贴装技术的印刷电路板多层板具有更密集的部件。贴片封装的零件也比THT的便宜。所以现在的PCB多层板大部分是SMT也就不足为奇了。

由于焊点销和零件非常小，手工焊接非常困难。但是，如果当前的装配是全自动的，这个问题只会出现在修理零件的时候。

设计过程

在PCB多层板的设计中，其实在正式布线之前，要经过很长的一步。以下是主要设计流程：

系统规范

首先要列出电子设备的系统规格规划。包括系统功能、成本约束、规模、运行条件等。系统功能框图接下来，必须制作系统功能框图。方块之间的关系也必须标注。将系统分成几块多层印刷电路板

如果将系统分成几块PCB多层板，不仅可以减小尺寸，还可以使系统具备升级和更换部件的能力。系统功能框图为我们的划分提供了依据。电脑可以分为主板，显卡，声卡，软驱，电源。确定使用的封装方法和每个PCB多层板的尺寸。

当每块PCB多层板所采用的工艺和电路数量确定后，下一步就是决定板的尺寸。如果设计过大，会改变包装工艺，或者重新进行分割。在选择技术时，还应考虑电路图的质量和速度。

绘制所有印刷电路板多层板的电路概图

零件之间相互连接的细节应在概览中显示。所有系统中的PCB多层板都必须绘制，现在大多采用CAD(计算机辅助设计)。下面是一个使用CircuitMakerTM设计的例子。

印刷电路板多层板电路概述

初步设计模拟操作

为了保证所设计的电路图能够正常工作，必须用计算机软件模拟一次。这种软件可以读取设计图纸，并以多种方式显示电路操作。这比实际制作一个样本PCB多层板，然后手工测量要高效得多。

将零件放在印刷电路板多层板上

零件的放置方式取决于它们是如何连接的。它们必须以最有效的方式连接到路径上。所谓高效布线，就是拉线越短，通过的层数越少(这也减少了导孔的数量)，越好。但是，我们在实际布线时会再次提到这个问题。下面是总线布线在PCB多层板上的外观。为了使所有部件都有完美的布线，放置位置非常重要。

测试接线可能性和高速下的正确操作

现在一些计算机软件可以检查各部分的位置是否可以正确连接，或者在高速运行下是否可以正确操作。这一步叫做排零件，不过我们就不太深究了。如果电路设计有问题，可以在现场导出电路之前重新排列零件的位置。

上线路出口印刷电路板多层板

现在，概览中的连接将以物理方式连接。这一步通常是全自动的，但通常有些零件需要手动更换。下面是2层板的线模板。红线和蓝线分别代表PCB多层板的零件层和焊接层。白色字符和正方形代表丝网印刷表面上的标记。红点和圆圈代表钻孔和导向孔。在最右边，我们可以看到PCB多层板的焊接面上有金手指。这种印刷电路板多层板的最终组成通常被称为艺术品。

每一个设计都必须遵守一套规定，比如最小预留线间距、最小线宽等类似的实际限制。这些规定根据电路的速度、传输信号的强度、电路对功耗和噪声的灵敏度以及材料质量和制造设备而有所不同。如果电流强度增加，导线的厚度也必须增加。为了降低PCB多层板的成本，在减少层数的同时，需要注意这些规定是否仍然满足要求。如果需要2层以上的结构，通常使用电源层和接地层来防止信号层上的传输信号受到影响，可以作为信号层的屏蔽。

线后电路测试

为了确保导线在导体后面能够正常工作，必须通过最终检查。该测试还可以检查是否有不正确的连接，并且所有连接都遵循概述。

创建生产文件

因为目前设计PCB多层板的CAD工具很多，所以厂家必须有标准文件才能制造板。有几种标准规范，但最常用的是Gerber文件。一套Gerber文件包括各信号、电源和接地层的平面图，阻焊膜和丝网印刷面的平面图，以及钻孔、取放等指定文件。