pcb設(shè)計(jì)過程中的規(guī)則介紹 郵票孔和回流焊波峰焊是什么？

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，簡要的組裝方法，以及簡介PCB的設(shè)計(jì)過程。

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，通過熱量和粘合劑壓制到一起。

從中間層開始吧。 ? 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(見上圖)是由環(huán)氧樹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)間過長會(huì)導(dǎo)致其分解碳化，并且散發(fā)出難聞的味道。 ? Copper

(露銅的PCB，無阻焊&絲印) ? 接下來介紹是很薄的銅箔層，生產(chǎn)中通過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。 ? 一般來說，阻焊都是綠色的，但幾乎所有的顏色可以用來做阻焊。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(絲印)

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。然而，很少見到單個(gè)板卡上有多種絲印層顏色。 ? Terminology(術(shù)語) ? 現(xiàn)在你知道了PCB的結(jié)構(gòu)組成，下面我們來看一下PCB相關(guān)的術(shù)語吧。 孔環(huán) -- PCB上的金屬化孔上的銅環(huán)。

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Examples of annular rings. 孔環(huán)的例子 ? 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制造里的普遍問題。

不是太準(zhǔn)確的drill hit示意圖 ? (金)手指 -- 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。SparkFun的Protosnap板卡是一個(gè)比較好的例子。

ProtoSnap上的郵票孔使PCB能簡單的彎折下來。 ? 焊盤 -- 在PCB表面裸露的一部分金屬，用來焊接器件。

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左邊是 插件焊盤，右邊是貼片焊盤 ? 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上讓焊錫透過某些特定部位。

鋼網(wǎng)(原圖掛了，自己找的配圖) ? 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。一般是由邊界來定義，而不是 路徑。也稱作”覆銅“

圖示PCB上大部分地方?jīng)]有走線，但是有地的覆銅 ? 金屬化過孔 -- PCB上的一個(gè)孔，包含孔環(huán)以及電鍍的孔壁。金屬化過孔可能是一個(gè)插件的連接點(diǎn)，信號(hào)的換層處，或者是一個(gè)安裝孔。

FABFM PCB上的一個(gè)插件電阻。電阻的兩個(gè)腿已經(jīng)穿過了PCB的過孔。電鍍的孔壁可以使PCB正反兩面的走線連接到一起。 ? Pogo pin -- 一個(gè)彈簧支撐的臨時(shí)接觸點(diǎn)，一般用作測試或燒錄程序。

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。基本上每個(gè)板卡上只有一種顏色，并且分辨率相對(duì)比較低。

絲印指出了這個(gè)LED是電源指示燈。 ? 開槽 -- 指的是PCB上任何不是圓形的洞。開槽可以電鍍也可以不電鍍。由于開槽需要額外的切割時(shí)間，有時(shí)會(huì)增加板卡的成本。

在ProtoSnap - Pro Mini板卡上的復(fù)雜開槽。同樣有很多郵票孔。注意: 由于開槽的刀具是圓形的，開槽的邊緣不能完全做成直角。 ? 錫膏層 -- 在往PCB上放置元器件之前，會(huì)通過鋼網(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。

在放置元器件之前，PCB上短暫的錫膏層，記得去了解一下鋼網(wǎng)的定義。 ? 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，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”。

Solder mask covers up the signal traces but leaves the pads to solder to.阻焊覆蓋了信號(hào)線，但是露出了焊盤以便于焊接。 ? 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，器件只需要簡單的放在板卡上，不需要將器件管腳穿過板卡上的過孔。 ? 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)感覺焊盤比較黏，并且回流焊的時(shí)間相對(duì)比較長。(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。)

在左邊，焊盤通過兩個(gè)短走線(熱焊盤)連接到地平面。在右邊，過孔直接連接到地平面，沒有采用熱焊盤。 ? 走線 -- 在電路板上，一般連續(xù)的銅的路徑。

一段連接復(fù)位點(diǎn)和板卡上其它地方的細(xì)走線。一個(gè)相對(duì)粗一點(diǎn)的走線連接了5V電源點(diǎn)。 ? V-score -- 將板卡進(jìn)行一條不完全的切割，可以將板卡通過這條直線折斷。(譯者注：國內(nèi)常叫做“V-CUT”) ? 過孔 -- 在板卡上的一個(gè)洞，一般用來將信號(hào)從一層切換到另外一層。塞孔指的是在過孔上覆蓋阻焊，以防被焊接。連接器或者器件管腳過孔，因?yàn)樾枰附樱话悴粫?huì)進(jìn)行塞孔。

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同一個(gè)PCB上塞孔的正反兩面。這個(gè)過孔將正面的信號(hào)，通過在板卡上的鉆孔，傳輸?shù)搅吮趁妗?? 波峰焊 -- 一個(gè)焊接插件器件的方法。將板卡勻速的通過一個(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。 ? 簡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太復(fù)雜了。不過，如果你真的想開始，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。

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。可能軟件的低價(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)。開源硬件讓這個(gè)事情越來越容易。

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)板卡可能有很多問題，但是第20個(gè)可能就少很多，但是還會(huì)有一些問題。但是你很難將所有問題清除。

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

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