為什么要使用PCB，PCB是如何設(shè)計(jì)的

盡管印刷電路板（PCB）在電氣和電子領(lǐng)域是一個通用術(shù)語，但很少有人知道其起源，要求和設(shè)計(jì)要求。在PCB發(fā)展到目前狀態(tài)之前，必須通過從一個點(diǎn)到另一點(diǎn)的布線將組件互連。這不僅費(fèi)力，而且易于在接線絕緣層老化，破裂和形成短路的連接處和地方頻繁發(fā)生故障。

這導(dǎo)致人們繼續(xù)進(jìn)行繞線。他們在單個連接點(diǎn)的金屬柱上纏繞了一根細(xì)規(guī)格的電線。這樣就創(chuàng)建了一個連接，該連接具有高度耐用性，氣密性并且易于更改。

但是，隨著電子技術(shù)朝著集成電路和SMD的發(fā)展，電子產(chǎn)品中電子部件的數(shù)量和復(fù)雜性大大增加，而消費(fèi)者則希望減小電子產(chǎn)品的尺寸和成本。為了滿足這些需求，設(shè)計(jì)人員和制造商開發(fā)了印刷電路板或PCB。

PCB的功能

PCB用印刷在非導(dǎo)電板或基板上的銅跡線代替了點(diǎn)對點(diǎn)導(dǎo)線連接，因此得名。PCB還具有在板上安裝其他所需電子組件的空間，這使焊接的PCB成為當(dāng)今電子設(shè)備中的主要子組件。除了將組件機(jī)械固定在PCB上之外，焊料還可以在組件引線和PCB上的銅走線之間形成良好的電連接。

PCB類型

單面PCB僅在不導(dǎo)電基板的一側(cè)具有銅走線。為了在較小的板上容納更高復(fù)雜度的電路，單面PCB很快就讓位給了雙面電路，而雙面電路的銅跡線出現(xiàn)在基板的兩側(cè)。隨著電路復(fù)雜度的進(jìn)一步提高，設(shè)計(jì)人員繼續(xù)設(shè)計(jì)多層PCB，并使用過孔將每一層上的銅走線互連。當(dāng)今現(xiàn)代計(jì)算機(jī)板的復(fù)雜性要求它們能夠容納多達(dá)16層以上的層。

PCB零件

典型的PCB的非導(dǎo)電基板是由酚醛紙或玻璃環(huán)氧樹脂制成的，并且是剛性結(jié)構(gòu)。特殊的PCB可以由其他材料制成，例如聚酰亞胺或Kapton，并且可以是柔性的而不是剛性的。除了不導(dǎo)電的基板和銅走線以外，綠色絕緣掩模（也稱為阻焊層）可以保護(hù)PCB，僅留下將要焊接的部分走線或焊盤。柔性板使用覆蓋層代替綠色阻焊層。

為了幫助組裝并允許指示器更好地理解PCB，設(shè)計(jì)人員通常在阻焊層的頂部應(yīng)用淺色的slikscreen層，從而在PCB上添加字母，數(shù)字和符號。例如，絲網(wǎng)印刷標(biāo)簽可以指示連接器的每個插針的功能或LED的極性。

使用PCB的優(yōu)勢

PCB提供了堅(jiān)實(shí)的表面，可以有組織，有序地在其上安裝構(gòu)成電子設(shè)備的組件。PCB還提供了組件之間所需的絕緣，以使它們能夠正常運(yùn)行并散熱。簡而言之，PCB是允許設(shè)計(jì)人員制造更小巧，更緊湊的電子設(shè)備的因素之一。

設(shè)計(jì)印刷電路板

要設(shè)計(jì)PCB，必須了解其制造過程?；遄畛踉谄湟粋?cè)或兩側(cè)都具有一層銅，具體取決于最終是單面PCB還是雙面PCB。設(shè)計(jì)人員確定最終將留在PCB上的銅走線的圖案，制造商通過光刻工藝將圖案轉(zhuǎn)移到銅層上。然后，制造商通過化學(xué)蝕刻去除多余的銅。在為通孔和通孔元件的引線鉆出必要的孔后，制造商用阻焊層和絲印覆蓋銅走線。

確定物理尺寸

設(shè)計(jì)PCB的最常用方法始于估算將所有組件固定在設(shè)備內(nèi)所需的空間量。如果可用空間不足，則設(shè)計(jì)人員必須使用更小尺寸的組件或增加設(shè)備內(nèi)的空間-折衷方案通常會提供解決方案。該練習(xí)還定義了PCB的物理邊界及其在設(shè)備中的安裝方法。

元件放置

然后，PCB設(shè)計(jì)人員將電子組件（或更確切地說，它們的封裝）放置在PCB邊界內(nèi)，并進(jìn)行排列以最大程度地簡化連接。例如，將PCB與設(shè)備頂部的面板互連的連接器可以最佳地放置在PCB的外邊緣并更靠近面板。類似地，設(shè)計(jì)人員可能會將與IC相關(guān)的組件放置得更近，以降低連接的復(fù)雜性。

手工設(shè)計(jì)

較早的時候，設(shè)計(jì)人員會使用自粘膠帶和襯墊以4：1的比例將組件的足跡布置在Mylar板上。完成后，工業(yè)相機(jī)將制作出具有與實(shí)際比例正確的設(shè)計(jì)的攝影膠片，制造商使用該膠片將圖案轉(zhuǎn)印到銅層上。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和易于使用的PCB設(shè)計(jì)軟件包使上述過程過時了。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

如今，設(shè)計(jì)人員依靠CAD或計(jì)算機(jī)輔助的PCB設(shè)計(jì)軟件包來為制造商生成銅走線圖案。CAD軟件包通常具有一個數(shù)據(jù)庫，其中包含設(shè)計(jì)人員使用的眾多電子組件的符號，封裝和其他詳細(xì)信息。用于PCB設(shè)計(jì)的CAD軟件包分為三個部分：用于捕獲電路原理圖的原理圖捕獲，用于創(chuàng)建互連的自動布線器以及用于生成必要的輸出文件的打印機(jī)部分。

CAD軟件包中的數(shù)據(jù)庫為設(shè)計(jì)人員提供了各個組件的符號，而設(shè)計(jì)人員則必須為其使用的每個組件定義特定的封裝。當(dāng)設(shè)計(jì)人員將不同組件的引腳互連時，軟件包將通過生成網(wǎng)表來跟蹤。

自動布線器使用網(wǎng)表將定義的封裝放置在邊界內(nèi)，并允許設(shè)計(jì)人員以最佳的方式布置它們。成功完成后，自動布線器將互連組件與默認(rèn)寬度的跡線。設(shè)計(jì)人員可以將特定跡線的寬度定義為大于或小于默認(rèn)寬度，自動布線器將嘗試重新布線以適應(yīng)更改。如果無法在單面完成設(shè)計(jì)，自動布線器將建議設(shè)計(jì)人員使用兩層或更多層。PCB行業(yè)使用Gerber文件作為將工程信息傳輸?shù)街圃焐桃灾圃?/span>PCB的標(biāo)準(zhǔn)模式。