PCB的基礎(chǔ)知識概述

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╱PCB的概念和功能╱

PCB（PrintedCircuitBoard），中文名稱為印制電路板，又稱印刷電路板、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提供者。由于它是采用電子印刷術(shù)制作的，故被稱為“印刷”電路板。

焊盤：提供集成電路等各種電子元器件固定、裝配的機(jī)械支撐。　

走線：實(shí)現(xiàn)集成電路等各種電子元器件之間的布線和電氣連接（信號傳輸）或電絕緣。提供所要求的電氣特性，如特性阻抗等?！?/p>

綠油和絲印：為自動裝配提供阻焊圖形，為元器件插裝、檢查、維修提供識別字符和圖形。

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╱PCB分類╱

按材質(zhì)分：有機(jī)材質(zhì)（酚醛樹脂、玻璃纖維/環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、BT/Epoxy）、無機(jī)材質(zhì)：（鋁、MCPCB、陶瓷）

按結(jié)構(gòu)分：單面板、雙面板、多層板

硬度性能：硬板、軟板、軟硬結(jié)合板

孔的導(dǎo)通狀態(tài)：埋孔板、盲孔版、通孔板

表面制作：噴錫板、鍍金板、沉金板、金手指板、沉錫板、沉銀板

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╱PCB常用基材╱

常用的FR-4覆銅板包括以下幾個部分：

玻璃纖維布

環(huán)氧樹脂

銅箔

填料

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╱ PCB的組成結(jié)構(gòu) ╱

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參見上面的PCB圖片，印刷電路板（PCB）主要的幾個概念：

器件（Part）：焊接在PCB板上的元器件，這也是PCB的作用所在，在PCB光板上器件以焊盤+絲印的方式出現(xiàn)

焊盤（Pad）：通過電氣的方式將元器件的管腳連接在板子上，它與器件的管腳相對應(yīng)

走線（Track/Trace）：連接器件管腳之間的信號線，取決于信號的性質(zhì)，比如電流大小、速度等，走線的長度、寬度等也有所不同

過孔（Via）：如果電路不能在一個層面上實(shí)現(xiàn)所有的信號走線，就要通過過孔的方式將信號線進(jìn)行跨層連接，過孔的形式以及孔徑取決于信號的特性以及加工廠工藝的要求

層（layer） ：電路板分很多層，除了走信號的層之外，還有其它用于定義加工用的層等

絲印（silk screen/overlay）： 也可以叫絲印層，用于對器件進(jìn)行各種相關(guān)的信息標(biāo)注

阻焊層（Solder mask）：從字面上也可以理解出來是為了防止沒有電氣連接的臨近的管腳被誤焊的保護(hù)層

定位孔（Mounting hole）：為了安裝或調(diào)試方便放置的孔

銅箔：單位OZ，在PCB行業(yè)一般指厚度。1OZ的定義：一平方英尺面積單面覆蓋銅箔重量1OZ（28.35g)的銅層厚度，1OZ銅箔厚度為35um。一般薄銅箔指0.5OZ(18um)以下厚度的銅箔。

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╱ PCB的分層設(shè)計(jì)╱

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PCB是分層的，每一層的功能和定義是不同的，從該頁中可以看出除了連接信號的層之外，還有一些用于加工、安裝以及指示的層。在用CAD工具設(shè)計(jì)PCB的時候一定要清晰理解這些層的含義和作用，正確地進(jìn)行l(wèi)ayer的設(shè)置和使用。

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╱ PCB的過孔設(shè)計(jì) ╱

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用于信號跨層的時候連通不同層的，根據(jù)連接的信號層的設(shè)置，可以分為三種：

通孔（through hole）- 連通了上下兩層，上下都可見

埋孔（Buried via）- 在電路板內(nèi)部，連接電路板內(nèi)部的兩個層，表面上看不到

盲孔（Blind via）- 只有一面能看到，另外一面看不到，該孔將一個表面層的信號連接到內(nèi)部的某個信號層

過孔的形狀和尺寸也不是隨便設(shè)置的，它取決于連接的信號的特性以及PCB加工廠的工藝要求。

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╱PCB制作流程╱

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部分流程詳細(xì)介紹：

內(nèi)層：裁板→前處理→涂布→曝光→顯影→蝕刻→去膜→內(nèi)檢

目的:利用影像轉(zhuǎn)移原理制作內(nèi)層線路

壓合：棕化→鉚合→疊板→壓合→X-RAY鉆靶→后處理

目的：將銅箔（Copper)、膠片（Prepreg)與棕化處理后的內(nèi)層線路板壓合成多層板

外層：鉆孔→去毛頭→去膠渣→化學(xué)銅→一次銅

目的:使孔壁上的非導(dǎo)體部分之樹脂及玻璃纖維進(jìn)行金屬化，

方便進(jìn)行后續(xù)之電鍍銅制程,完成足夠?qū)щ娂昂附又饘倏妆凇?/p>

防焊：前處理→印刷→預(yù)烤→曝光→顯影→后烤→文字印刷→烘烤

防焊目的：

?A.防焊：防止波焊時造成的短路，并節(jié)省焊錫之用量

?B.護(hù)板：防止線路被濕氣、各種電解質(zhì)及外來的機(jī)械力所傷害

?C.絕緣：由于板子愈來愈小，線路間距愈來愈窄，所以對防焊漆絕緣性質(zhì)的要求也越來越高

化金流程：前處理→化鎳金→后處理

目的：使銅表面有平坦的焊接性、優(yōu)越的導(dǎo)電性及抗氧化性

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╱PCB上器件根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行不同劃分╱

按功能劃分：按電路模塊實(shí)現(xiàn)的功能不同劃分，如時鐘電路、放大電路、驅(qū)動電路、A/D、D/A轉(zhuǎn)換電路、I/O電路、開關(guān)電源電路和濾波電路等，PCB設(shè)計(jì)時可根據(jù)信號流向?qū)φ麄€電路進(jìn)行模塊劃分，達(dá)到整體布線路徑短，各模塊互不交錯，減少模塊間互相干擾的可能。

按頻率劃分：按信號工作頻率劃分，布局時按高頻部分、中頻部分、低頻部分展開。

按信號類型劃分：電路模塊的類型可分為數(shù)字電路和模擬電路。在布局時需要在空間上進(jìn)行必要的隔離，減小相互耦合，對于A/D、D/A轉(zhuǎn)換電路，應(yīng)布放在數(shù)字電路和模擬電路的交界處，模擬部分引腳位于模擬地上方，數(shù)字部分的引腳位于數(shù)字地上方。

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╱元器件布局的10條規(guī)則╱

1. 遵照“先大后小，先難后易”的布置原則，即重要的單元電路、核心元器件應(yīng)當(dāng)優(yōu)先布局．

2. 布局中應(yīng)參考原理框圖，根據(jù)單板的主信號流向規(guī)律安排主要元器件．

3. 元器件的排列要便于調(diào)試和維修，亦即小元件周圍不能放置大元件、需調(diào)試的元、器件周圍要有足夠的空間。?

4. 相同結(jié)構(gòu)電路部分，盡可能采用“對稱式”標(biāo)準(zhǔn)布局；

5. 按照均勻分布、重心平衡、版面美觀的標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化布局；?

6. 同類型插裝元器件在X或Y方向上應(yīng)朝一個方向放置。同一種類型的有極性 分立元件也要力爭在X或Y方向上保持一致，便于生產(chǎn)和檢驗(yàn)。?

7. 發(fā)熱元件要一般應(yīng)均勻分布，以利于單板和整機(jī)的散熱，除溫度檢測元件以外的溫度敏感器件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱量大的元器件。?

8. 布局應(yīng)盡量滿足以下要求:總的連線盡可能短，關(guān)鍵信號線最短；高電壓、大電流信號與小電流，低電壓的弱信號完全分開；模擬信號與數(shù)字信號分開；高頻信號與低頻信號分開；高頻元器件的間隔要充分。

9、去偶電容的布局要盡量靠近IC的電源管腳，并使之與電源和地之間形成的回路最短。?

10、元件布局時,應(yīng)適當(dāng)考慮使用同一種電源的器件盡量放在一起, 以便于將來的電源分隔。?

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╱ PCB翹曲問題 ╱

PCB通常由玻璃纖維和其他一些復(fù)合材料制成，大多數(shù)PCB僅層壓一次并且非常簡單。

PCB翹曲就是PCB形狀改變了，具體的如下圖所示，很明顯的PCB翹曲。

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PCB翹曲標(biāo)準(zhǔn)是多少？

根據(jù)IPS標(biāo)準(zhǔn)，所需貼裝PCB的翹曲度（WD）應(yīng)小于或等于0.75%。也就是說，當(dāng)WD大于0.75%時，應(yīng)判斷為翹板，或缺陷產(chǎn)品。一般我們會收嚴(yán)至PCB最大長度0.5%。

PCB翹曲原因：

1. 電路板上的鋪銅面面積不均勻，會惡化PCB板翹曲。

2.?電路板上各層的過孔(vias)會限制板子漲縮

3.?電路板本身的重量會造成板子翹曲變形

4. V-Cut的深淺及連接條會影響拼板變形量

改善措施：

1.降低溫度對板子應(yīng)力的影響

2.?采用高Tg的板材

Tg是玻璃轉(zhuǎn)換溫度，也就是材料由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變成橡膠態(tài)的溫度，Tg值越低的材料，表示其板子進(jìn)入回焊爐后開始變軟的速度越快，而且變成柔軟橡膠態(tài)的時間也會變長，板子的變形量當(dāng)然就會越嚴(yán)重。采用較高Tg的板材就可以增加其承受應(yīng)力變形的能力，但是相對的材料的價錢也比較高。

3.?增加電路板的厚度---1.6mm厚度最佳

4.?減少電路板的尺寸與減少拼板的數(shù)量

5.?使用過爐托盤治具

6.?改用Router替代V-Cut的分板使用

既然V-Cut會破壞電路板間拼板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，那就盡量不要使用V-Cut的分板，或是降低V-Cut的深度。

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╱ 為什么PCB的層數(shù)越多越好 ╱

現(xiàn)在隨著IC制程工藝的提高，數(shù)字信號上升沿時間也在“被動地”變短，以前只需要考慮把線拉通的PCB，越來越多的需要在布線時考慮到傳輸線效應(yīng)，以便能更好的引導(dǎo)電磁波，避免出現(xiàn)信號完整性問題以及符合EMC性能，而單層板或者雙層板，對于現(xiàn)在的IC集成度以及布線密度，很難有空間構(gòu)造出良好的傳輸線結(jié)構(gòu)，這就需要采用四層板，甚至是六層板，把富含高次諧波的關(guān)鍵信號采用帶狀線進(jìn)行傳輸。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，我們不得不考慮采用多層板來構(gòu)造傳輸線進(jìn)行電磁波的引導(dǎo)。

審核編輯：劉清