PCB設(shè)計和組成的基礎(chǔ)

印刷電路板（PCB）是支持和連接幾乎所有消費類電子產(chǎn)品和工業(yè)電子產(chǎn)品中電子部件的設(shè)備。通常使用導(dǎo)電材料的軌道和焊盤（通常是蝕刻的銅）將這些組件連接在一起，然后將其粘結(jié)到一塊非導(dǎo)電基材上，通常是玻璃纖維或環(huán)氧樹脂。盡管更先進的PCB設(shè)計可能包含直接嵌入到基板中的組件，但是所有連接到PCB的組件（例如電阻器，電容器或有源電路）通常都直接焊接到板上。

當今使用的最常見的基材片類型是FR-4（阻燃4級）玻璃纖維增強環(huán)氧層壓片。很多時候，一個簡單的PCB的第一個構(gòu)建塊只是一塊FR-4薄片層壓到一側(cè)。然后從已層壓到PCB材料的銅上蝕刻出走線，焊盤和其他特征。

當前，共有三種主要類型的PCB，簡單地用PCB的層數(shù)表示：

l甲單層或單面PCB是單件玻璃纖維/環(huán)氧樹脂用一塊銅的片材箔層壓到一側(cè)。這些板通常用于愛好項目和更簡單的電子產(chǎn)品。

l甲雙層板是單片的玻璃纖維或環(huán)氧樹脂片材，其具有銅塊箔層壓到各邊的。

l多層PCB是一系列雙層板，這些雙層板夾在中間，并通過一系列垂直互連訪問（VIA）連接進行連接，這些連接用于在板之間連接不同的電路。

PCB的組成—印刷電路板組件

那么究竟是什么構(gòu)成了PCB呢？關(guān)于PCB的組成，有四個主要組成部分：

l基材，

l銅箔/片，

l阻焊膜

l和絲印。

讓我們從中間開始，然后向外走。

PCB的起始部分幾乎總是基底材料。如引言中所述，這通常是FR-4玻璃纖維布。使用像玻璃纖維這樣的實心芯材可以使PCB具有剛性，并有助于防止意外卡扣之類的損壞。但是，還有一些柔性PCB（用于要求電子設(shè)備彎曲的物品）由柔性塑料制成，該塑料還具有耐高溫性。

廉價的PCB可以用穿孔板制成，穿孔板通常是一塊紙，上面已經(jīng)用酚醛樹脂（如FR-2）層壓。在某些情況下，甚至可以用FR-4層壓質(zhì)量更好的穿孔板。

基材之后的下一層是一層銅箔，該銅箔用粘合劑粘著，然后熱固定到基材上。最常見的印刷電路板類型，即雙面板，有兩層銅箔，每面一層。PCB通常通過其具有的層數(shù)來指代。因此，一個16層PCB由八個雙層板組成，每個雙層板上有兩塊銅板。

在銅箔/銅片和芯層之間，可以有一層預(yù)浸樹脂或預(yù)浸料。預(yù)浸料是已經(jīng)用環(huán)氧樹脂浸漬的樹脂。然后將其夾在芯和銅箔層之間，或在銅箔層之間。在粘合過程中，施加熱量和壓力，將預(yù)浸料夾在中間并活化環(huán)氧樹脂，從而將芯和銅或銅和銅粘合在一起。通常這就是制造多層印刷電路板的方式。

PCB制造中所用銅的厚度往往會因制造商或用途而異，但通常以盎司/平方英尺為單位指定。大多數(shù)PCB每平方英尺使用一盎司的銅板，但是處理極高功率負載的PCB可能每平方英尺使用兩或三盎司的銅，每平方英尺的常規(guī)盎司板的厚度為34微米。

銅箔/銅片之后是一層阻焊層。該阻焊層是什么給了PCB的顏色。通常，PCB阻焊層為綠色，但某些制造商使用不同的顏色，例如紅色。制造商使用阻焊劑使銅走線和焊盤與其他金屬，焊料或其他導(dǎo)電材料絕緣。

阻焊膜還用于通過向用戶展示可以焊接到電路板上的哪些區(qū)域并以綠色（或其他顏色）的掩膜標出不能焊接的區(qū)域來幫助指導(dǎo)用戶。

涂上阻焊劑后，最后一層是絲網(wǎng)印刷層，通常為白色油墨。絲網(wǎng)用于向PCB添加信息，從而使其更容易組裝并為人類所更好地理解。通常，此信息采用數(shù)字，字母和其他符號的形式，例如引腳或LED的功能符號。

印刷電路板組件的功能

組件附在印刷電路板上的銅走線（焊盤和路徑）上。這些都是使印刷電路板具有其用途的事物，通常在安裝時就牢記此目的。如果基板是骨骼，銅跡線是肌肉組織，則組件就是重要器官，它們就是使PCB發(fā)揮預(yù)期功能的要素。

可以在印刷電路板上安裝多種類型的組件，但是最常見的八種組件是：

l電池

l發(fā)光二極管

l二極體

l開關(guān)

l電感器

l電阻器

l晶體管

l電容器類

最常見的組件是電池。這就是用來向電路提供電壓或電荷的東西。電池上的電量耗盡后，PCB可能不再工作。列表中的其余組件（LED，二極管，開關(guān)等）全部從電池中獲取或存儲電荷。

除了電池之外，第二個最常見的組件（至少在業(yè)余愛好項目中）可能是發(fā)光二極管或LED。LED只是從電池或電容器中獲取電荷或電流，然后將其用于為LED的發(fā)光部分供電。

二極管很像LED，因為它們吸收電荷和電流。與LED不同，簡單的二極管不會點亮任何東西。取而代之的是，它們僅吸收電流并將其傳遞到鏈中的其他組件，但僅在一個方向上進行-二極管“阻斷”了另一個方向。

開關(guān)，顧名思義，讓您打開或關(guān)閉“開關(guān)”電流。當開關(guān)“打開”時，它斷開，這意味著電流可以通過。當它關(guān)閉并“關(guān)閉”時，電流無法通過。

一個電感器幾乎就像一個半開關(guān)。本質(zhì)上，它允許某些電流流過它，同時阻止或阻止其他電流。如果您嘗試使直流電（DC）通過電感器，則它將通過。但是，當您嘗試使交流電（AC）通過電感器時，由于電感器磁場的電壓變化，交流電將被冷停止。

就像電感器在您嘗試使交流電通過時會產(chǎn)生電阻一樣，電阻器是無源組件，用于在流經(jīng)電路的電流中產(chǎn)生電阻。電流產(chǎn)生的電阻以歐姆為單位進行測量，這是使用稱為歐姆定律的數(shù)學(xué)方程式得出的。本質(zhì)上，一歐姆是一安培電流流過一伏電阻時產(chǎn)生的電阻，電流與電壓成正比。

那么為什么要使用電阻器呢？有多種原因，但最常見的原因可能是熱量產(chǎn)生或其他電路與電能的匹配和負載。通過使用電阻器，可以使來自一個電路的電流與另一個電路的電流匹配，從而使電流更容易在它們之間流動。

與用于阻礙電路中的電流和電荷的電阻器不同，使用晶體管來放大電路中的電流。像大多數(shù)電氣組件一樣，可以將晶體管設(shè)置為多種狀態(tài)，而不是像大多數(shù)電氣組件一樣具有“導(dǎo)通”狀態(tài)和“截止”狀態(tài)，從“完全導(dǎo)通”到“完全截止”都可以。然后，“控制電流”通過晶體管。一旦“控制電流”流過晶體管，取決于它所處的狀態(tài)，就會有較大的“主電流”流過。通過這種方式，可以使用晶體管來放大電流。

雖然列表中的許多先前組件用于以某種形式或其他形式傳輸電流，但電容器卻相反。像電池一樣，它們用于存儲電荷或容納電流。但是，在電池存儲電能的地方，電容器存儲電能。電容器由兩個或兩個以上的金屬板制成，它們之間夾有電介質(zhì)。

當電流流過電容器的端子時，正負部分卡在每個極板上。板上的電流想?yún)R合，但是被位于每個部分之間的電介質(zhì)阻止。推動電介質(zhì)的正電荷和負電荷是導(dǎo)致電容器存儲電荷的原因。

一旦建立了通過電路的路徑，電容器中的電荷就可以找到彼此的另一種方式-它們不必繼續(xù)嘗試穿過電介質(zhì)。這樣，電容器可以被放電。

PCB的裝配是否重要？

PCB的組裝方式是否起作用？簡而言之，是的。多層板可以做的事情甚至是單層甚至雙層板都無法接近的。與單層或雙層板相比，多層PCB允許在一個“板上”連接更多的電路，這意味著它們能夠支持不僅復(fù)雜得多而且耗電更多的電子設(shè)備。 。

還有一個事實是，PCB中使用的板的類型可能會完全改變其用途。盡管玻璃纖維芯硬質(zhì)PCB是市場上最常見的PCB，但它們不能也不應(yīng)該在所有應(yīng)用中使用，并且有些東西是不能使用的。這是其他類型的板（例如柔性板和金屬芯板）發(fā)揮作用的地方。柔性PCB傾向于由可彎曲的塑料制成，該塑料能夠承受高溫（在某些情況下甚至是低溫），這使其非常適合PCB及其組件需要彎曲的應(yīng)用。

第三種類型的板，也是最常用的替代FR-4板的一種，是金屬芯板，通常由鋁或能夠?qū)岬慕饘僦瞥?。金屬芯板的?dǎo)熱性能意味著它們比玻璃纖維芯板更有效地散發(fā)熱量。這有助于保護其他更敏感的組件，因為電路板可以更快地將這些組件的熱量散發(fā)出去。

組件安裝到板上的方式也可以改變PCB組件對其功能的影響?？梢酝ㄟ^兩種不同的方式將組件安裝到板上：通孔和表面安裝。

使用通孔安裝組件時，實際上是將組件插入板本身的通孔中，而組件的引線則穿過PCB穿孔到另一側(cè)。然后將引線焊接到板的另一側(cè)。這使其非常適合電容器等較大的組件。

另一方面，表面貼裝技術(shù)用于較小的敏感組件，例如電阻器，二極管等。由于它們是直接安裝在板上而不是通過板安裝，因此使用較小的組件可以釋放板上的某些部分，否則這些部分可能已被較大組件中的引線和焊料所占據(jù)。

取決于您需要制作的PCB種類，可能很難弄清所有這些東西-特別是如果您需要一塊用于高價值電子設(shè)備的PCB。如果您需要制造PCB，最好將工作外包給PCB制造公司，或者，如果您能夠自己進行制造，至少請咨詢一家公司以免造成麻煩。