PCB是什么？你真的足夠了解PCB嗎？PCB都包括一些什么？怎樣學(xué)好PCB

　　在電子行業(yè)有一個(gè)關(guān)鍵的部件叫做PCB（printed circuit board，印刷電路板）。這是一個(gè)太基礎(chǔ)的部件，導(dǎo)致很多人都很難解釋到底什么是PCB。這篇文章將會(huì)詳細(xì)解釋PCB的構(gòu)成，以及在PCB的領(lǐng)域里面常用的一些術(shù)語(yǔ)。

　　在接下來(lái)的幾頁(yè)里面，我們將討論P(yáng)CB的組成，包括一些術(shù)語(yǔ)，簡(jiǎn)要的組裝方法，以及簡(jiǎn)介PCB的設(shè)計(jì)過(guò)程。

　　What‘s a PCB？

　　PCB（Printed circuit board）是一個(gè)最普遍的叫法，也可以叫做“printed wiring boards” 或者 “printed wiring cards”。在PCB出現(xiàn)之前，電路是通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)的接線組成的。這種方法的可靠性很低，因?yàn)殡S著電路的老化，線路的破裂會(huì)導(dǎo)致線路節(jié)點(diǎn)的斷路或者短路。

　　繞線技術(shù)是電路技術(shù)的一個(gè)重大進(jìn)步，這種方法通過(guò)將小口徑線材繞在連接點(diǎn)的柱子上，提升了線路的耐久性以及可更換性。

　　當(dāng)電子行業(yè)從真空管、繼電器發(fā)展到硅半導(dǎo)體以及集成電路的時(shí)候，電子元器件的尺寸和價(jià)格也在下降。電子產(chǎn)品越來(lái)越頻繁的出現(xiàn)在了消費(fèi)領(lǐng)域，促使廠商去尋找更小以及性價(jià)比更高的方案。于是，PCB誕生了。

　　ComposiTIon（組成）

　　PCB看上去像多層蛋糕或者千層面--制作中將不同的材料的層，通過(guò)熱量和粘合劑壓制到一起。

　　從中間層開(kāi)始吧。

　　FR4

　　PCB的基材一般都是玻璃纖維。大多數(shù)情況下，PCB的玻璃纖維基材一般就指“FR4”這種材料。“FR4”這種固體材料給予了PCB硬度和厚度。除了FR4這種基材外，還有柔性高溫塑料（聚酰亞胺或類似）上生產(chǎn)的柔性電路板等等。

　　你可能會(huì)發(fā)現(xiàn)有不同厚度的PCB；然而 SparkFun的產(chǎn)品的厚度大部分都是1.6mm（0.063’‘）。有一些產(chǎn)品也采用了其它厚度，比如 LilyPad、Arudino Pro Micro boards采用了0.8mm的板厚。

　　廉價(jià)的PCB和洞洞板（見(jiàn)上圖）是由環(huán)氧樹(shù)脂或酚這樣的材料制成，缺乏 FR4那種耐用性，但是卻便宜很多。當(dāng)在這種板子上焊接?xùn)|西時(shí)，將會(huì)聞到很大的異味。這種類型的基材，常常被用在很低端的消費(fèi)品里面。酚類物質(zhì)具有較低的熱分解溫度，焊接時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致其分解碳化，并且散發(fā)出難聞的味道。

　　Copper

　　接下來(lái)介紹是很薄的銅箔層，生產(chǎn)中通過(guò)熱量以及黏合劑將其壓制倒基材上面。在雙面板上，銅箔會(huì)壓制到基材的正反兩面。在一些低成本的場(chǎng)合，可能只會(huì)在基材的一面壓制銅箔。當(dāng)我們提及到”雙面板“或者”兩層板“的時(shí)候，指的是我們的千層面上有兩層銅箔。當(dāng)然，不同的PCB設(shè)計(jì)中，銅箔層的數(shù)量可能是1層這么少，或者比16層還多。

　　銅層的厚度種類比較多，而且是用重量做單位的，一般采用銅均勻的覆蓋一平方英尺的重量（盎司oz）來(lái)表示。大部分PCB的銅厚是1oz，但是有一些大功率的PCB可能會(huì)用到2oz或者3oz的銅厚。將盎司（oz）每平方英尺換算一下，大概是 35um或者1.4mil的銅厚。

　　Soldermask（阻焊）

　　在銅層上面的是阻焊層。這一層讓PCB看起來(lái)是綠色的（或者是SparkFun的紅色）。阻焊層覆蓋住銅層上面的走線，防止PCB上的走線和其他的金屬、焊錫或者其它的導(dǎo)電物體接觸導(dǎo)致短路。阻焊層的存在，使大家可以在正確的地方進(jìn)行焊接 ，并且防止了焊錫搭橋。

　　在上圖這個(gè)例子里，我們可以看到阻焊覆蓋了PCB的大部分（包括走線），但是露出了銀色的孔環(huán)以及SMD焊盤，以方便焊接。

　　一般來(lái)說(shuō)，阻焊都是綠色的，但幾乎所有的顏色可以用來(lái)做阻焊。SparkFun的板卡大部分是紅色的，但是IOIO板卡用了白色，LilyPad板卡是紫色的。

　　Silkscreen（絲?。?/h2>

　　在阻焊層上面，是白色的絲印層。在PCB的絲印層上印有字母、數(shù)字以及符號(hào)，這樣可以方便組裝以及指導(dǎo)大家更好地理解板卡的設(shè)計(jì)。我們經(jīng)常會(huì)用絲印層的符號(hào)標(biāo)示某些管腳或者LED的功能等。

　　絲印層是最最常見(jiàn)的顏色是白色，同樣，絲印層幾乎可以做成任何顏色。黑色，灰色，紅色甚至是黃色的絲印層并不少見(jiàn)。然而，很少見(jiàn)到單個(gè)板卡上有多種絲印層顏色。

　　下一頁(yè)會(huì)介紹一些PCB方面的常用術(shù)語(yǔ)。

　　Terminology（術(shù)語(yǔ)）

　　現(xiàn)在你知道了PCB的結(jié)構(gòu)組成，下面我們來(lái)看一下PCB相關(guān)的術(shù)語(yǔ)吧。

　　孔環(huán) -- PCB上的金屬化孔上的銅環(huán)。

　　DRC -- 設(shè)計(jì)規(guī)則檢查。

一個(gè)檢查設(shè)計(jì)是否包含錯(cuò)誤的程序，比如，走線短路，走線太細(xì)，或者鉆孔太小。

　　鉆孔命中 -- 用來(lái)表示設(shè)計(jì)中要求的鉆孔位置和實(shí)際的鉆孔位置的偏差。鈍鉆頭導(dǎo)致的不正確的鉆孔中心是PCB制造里的普遍問(wèn)題。

　?。ń穑┦种?-- 在板卡邊上裸露的金屬焊盤，一般用做連接兩個(gè)電路板。比如計(jì)算機(jī)的擴(kuò)展模塊的邊緣、內(nèi)存條以及老的游戲卡。

　　郵票孔 -- 除了V-Cut外，另一種可選擇的分板設(shè)計(jì)方法。

用一些連續(xù)的孔形成一個(gè)薄弱的連接點(diǎn)，就可以容易將板卡從拼版上分割出來(lái)。SparkFun的Protosnap板卡是一個(gè)比較好的例子。

　　焊盤 -- 在PCB表面裸露的一部分金屬，用來(lái)焊接器件。

　　拼板 -- 一個(gè)由很多可分割的小電路板組成的大電路板。

自動(dòng)化的電路板生產(chǎn)設(shè)備在生產(chǎn)小板卡的時(shí)候經(jīng)常會(huì)出問(wèn)題，將幾個(gè)小板卡組合到一起，可以加快生產(chǎn)速度。

　　鋼網(wǎng) -- 一個(gè)薄金屬模板（也可以是塑料），在組裝的時(shí)候，將其放在PCB上讓焊錫透過(guò)某些特定部位。

　　Pick-and-place - 將元器件放到線路板上的機(jī)器或者流程。

　　平面 -- 線路板上一段連續(xù)的銅皮。一般是由邊界來(lái)定義，而不是 路徑。也稱作”覆銅“

　　金屬化過(guò)孔 -- PCB上的一個(gè)孔，包含孔環(huán)以及電鍍的孔壁。

金屬化過(guò)孔可能是一個(gè)插件的連接點(diǎn)，信號(hào)的換層處，或者是一個(gè)安裝孔。

　　Pogo pin -- 一個(gè)彈簧支撐的臨時(shí)接觸點(diǎn)，一般用作測(cè)試或燒錄程序。

　　回流焊 -- 將焊錫融化，使焊盤（SMD）和器件管腳連接到一起。

　　絲印 -- 在PCB板上的字母、數(shù)字、符號(hào)或者圖形等?；旧厦總€(gè)板卡上只有一種顏色，并且分辨率相對(duì)比較低。

　　開(kāi)槽 -- 指的是PCB上任何不是圓形的洞。開(kāi)槽可以電鍍也可以不電鍍。由于開(kāi)槽需要額外的切割時(shí)間，有時(shí)會(huì)增加板卡的成本。

　　在錫膏層 -- 在往PCB上放置元器件之前，會(huì)通過(guò)鋼網(wǎng)在表貼器件的焊盤上形成的一定厚度的錫膏層。

在回流焊過(guò)程中，錫膏融化，在焊盤和器件管腳間建立可靠的電氣和機(jī)械連接。

　　焊錫爐 -- 焊接插件的爐子。一般里面有少量的熔融的焊錫，板卡在上面迅速的通過(guò)，就可以將暴露的管腳上錫焊接好。

　　阻焊 -- 為了防止短路、腐蝕以及其它問(wèn)題，銅上面會(huì)覆蓋一層保護(hù)膜。保護(hù)膜一般是綠色，也可能是其它顏色（SparkFun紅色，Arduino藍(lán)色，或者Apple黑色）。一般稱作“阻焊”。

　　連錫 -- 器件上的兩個(gè)相連的管腳，被一小滴焊錫錯(cuò)誤的連接到了一起。

　　表面貼裝 -- 一種組裝的方法，器件只需要簡(jiǎn)單的放在板卡上，不需要將器件管腳穿過(guò)板卡上的過(guò)孔。

　　熱焊盤 -- 指的是連接焊盤到平面間的一段短走線。如果焊盤沒(méi)有做恰當(dāng)?shù)纳嵩O(shè)計(jì)，焊接時(shí)很難將焊盤加熱到足夠的焊接溫度。不恰當(dāng)?shù)纳岷副P設(shè)計(jì)，會(huì)感覺(jué)焊盤比較黏，并且回流焊的時(shí)間相對(duì)比較長(zhǎng)。（譯者注，一般熱焊盤做在插件與波峰焊接觸的一面。不知道這個(gè)文章里面為什么會(huì)提到reflow，reflow主要要考慮的是熱平衡，防止立碑。）

　　走線 -- 在電路板上，一般連續(xù)的銅的路徑。

　　V-score -- 將板卡進(jìn)行一條不完全的切割，可以將板卡通過(guò)這條直線折斷。（譯者注：國(guó)內(nèi)常叫做“V-CUT”）

　　過(guò)孔 -- 在板卡上的一個(gè)洞，一般用來(lái)將信號(hào)從一層切換到另外一層。塞孔指的是在過(guò)孔上覆蓋阻焊，以防被焊接。連接器或者器件管腳過(guò)孔，因?yàn)樾枰附?，一般不?huì)進(jìn)行塞孔。

　　波峰焊 -- 一個(gè)焊接插件器件的方法。將板卡勻速的通過(guò)一個(gè)產(chǎn)生穩(wěn)定波峰的熔融焊錫爐，焊錫的波峰會(huì)將器件管腳和暴露的焊盤焊接到一起。

　　下一頁(yè)將簡(jiǎn)要的介紹一下如何設(shè)計(jì)自己的PCB板卡。

　　Designing your own！ 設(shè)計(jì)自己的！

　　你希望開(kāi)始設(shè)計(jì)自己的PCB嗎。在PCB設(shè)計(jì)中的曲曲彎彎在這邊說(shuō)太復(fù)雜了。不過(guò)，如果你真的想開(kāi)始，下面有幾個(gè)要點(diǎn)。

　　找到一個(gè)CAD的工具：在PCB設(shè)計(jì)的市場(chǎng)里，有很多低價(jià)或者免費(fèi)的選擇。當(dāng)找一個(gè)工具的時(shí)候，可以考慮以下幾點(diǎn)。

　　論壇支持：有沒(méi)有很多人使用這個(gè)工具？越多的人使用，你越容易找到你需要的器件的已經(jīng)設(shè)計(jì)好的封裝庫(kù)。

　　很容易用。如果不好用的話，你也不會(huì)用。

　　性能： 很多程序?qū)υO(shè)計(jì)有限制，比如層數(shù)，器件數(shù)，以及板卡尺寸等。大部分需要你去購(gòu)買授權(quán)去升級(jí)性能。

　　可抑制性： 一些免費(fèi)的程序不允許導(dǎo)出或者遷移到其它軟件，將你限制在唯一的供應(yīng)商上?？赡苘浖牡蛢r(jià)以及便捷性值得這樣的付出，但有時(shí)候不太值得。

　　去看看其他人的布板設(shè)計(jì)。開(kāi)源硬件讓這個(gè)事情越來(lái)越容易。

　　練習(xí)，練習(xí)，還是練習(xí)。

　　保持低的期望值。你設(shè)計(jì)的第一個(gè)板卡可能有很多問(wèn)題，但是第20個(gè)可能就少很多，但是還會(huì)有一些問(wèn)題。但是你很難將所有問(wèn)題清除。

　　原理圖相當(dāng)重要。嘗試去設(shè)計(jì)一個(gè)沒(méi)有好的原理圖支持的PCB板卡是徒勞的。

　　最后，說(shuō)一些設(shè)計(jì)些自己的電路板的好處。如果你計(jì)劃參與一個(gè)或多個(gè)既定的項(xiàng)目，設(shè)計(jì)電路板帶來(lái)的好處是顯而易見(jiàn)的。相對(duì)于設(shè)計(jì)電路板來(lái)說(shuō)，在面包板上點(diǎn)到點(diǎn)的布線太困難了，并且可靠性相對(duì)較低。并且，如果你的設(shè)計(jì)不錯(cuò)的話，可以將你的設(shè)計(jì)買個(gè)好價(jià)錢：）