PCB的基礎(chǔ)知識(shí)概述

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╱PCB分類(lèi)╱

按材質(zhì)分：有機(jī)材質(zhì)（酚醛樹(shù)脂、玻璃纖維/環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰亞胺、BT/Epoxy）、無(wú)機(jī)材質(zhì)：（鋁、MCPCB、陶瓷）

按結(jié)構(gòu)分：?jiǎn)蚊姘濉㈦p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(gè)部分：

玻璃纖維布

環(huán)氧樹(shù)脂

銅箔

填料

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╱ PCB的組成結(jié)構(gòu) ╱

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參見(jiàn)上面的PCB圖片，印刷電路板（PCB）主要的幾個(gè)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(pán)+絲印的方式出現(xiàn)

焊盤(pán)（Pad）：通過(guò)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(duì)應(yīng)

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

過(guò)孔（Via）：如果電路不能在一個(gè)層面上實(shí)現(xiàn)所有的信號(hào)走線，就要通過(guò)過(guò)孔的方式將信號(hào)線進(jìn)行跨層連接，過(guò)孔的形式以及孔徑取決于信號(hào)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(hào)的層之外，還有其它用于定義加工用的層等

絲?。╯ilk screen/overlay）： 也可以叫絲印層，用于對(duì)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(lái)是為了防止沒(méi)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(yè)中可以看出除了連接信號(hào)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(shí)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(guò)孔設(shè)計(jì) ╱

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用于信號(hào)跨層的時(shí)候連通不同層的，根據(jù)連接的信號(hào)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(jiàn)

埋孔（Buried via）- 在電路板內(nèi)部，連接電路板內(nèi)部的兩個(gè)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(gè)表面層的信號(hào)連接到內(nèi)部的某個(gè)信號(hào)層

過(guò)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(hào)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(shù)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(shí)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(lái)的機(jī)械力所傷害

?C.絕緣：由于板子愈來(lái)愈小，線路間距愈來(lái)愈窄，所以對(duì)防焊漆絕緣性質(zhì)的要求也越來(lái)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(shí)鐘電路、放大電路、驅(qū)動(dòng)電路、A/D、D/A轉(zhuǎn)換電路、I/O電路、開(kāi)關(guān)電源電路和濾波電路等，PCB設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)信號(hào)流向?qū)φ麄€(gè)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(cuò)，減少模塊間互相干擾的可能。

按頻率劃分：按信號(hào)工作頻率劃分，布局時(shí)按高頻部分、中頻部分、低頻部分展開(kāi)。

按信號(hào)類(lèi)型劃分：電路模塊的類(lèi)型可分為數(shù)字電路和模擬電路。在布局時(shí)需要在空間上進(jìn)行必要的隔離，減小相互耦合，對(duì)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(hào)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?chē)荒芊胖么笤?、需調(diào)試的元、器件周?chē)凶銐虻目臻g。?

4. 相同結(jié)構(gòu)電路部分，盡可能采用“對(duì)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(lèi)型插裝元器件在X或Y方向上應(yīng)朝一個(gè)方向放置。同一種類(lèi)型的有極性 分立元件也要力爭(zhēng)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(cè)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(hào)線最短；高電壓、大電流信號(hào)與小電流，低電壓的弱信號(hào)完全分開(kāi)；模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)分開(kāi)；高頻信號(hào)與低頻信號(hào)分開(kāi)；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(shí),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(lái)的電源分隔。?

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╱ PCB翹曲問(wèn)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(jiǎn)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(shuō)，當(dāng)WD大于0.75%時(shí)，應(yīng)判斷為翹板，或缺陷產(chǎn)品。一般我們會(huì)收嚴(yán)至PCB最大長(zhǎng)度0.5%。

PCB翹曲原因：

1. 電路板上的鋪銅面面積不均勻，會(huì)惡化PCB板翹曲。

2.?電路板上各層的過(guò)孔(vias)會(huì)限制板子漲縮

3.?電路板本身的重量會(huì)造成板子翹曲變形

4. V-Cut的深淺及連接條會(huì)影響拼板變形量

改善措施：

1.降低溫度對(duì)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(kāi)始變軟的速度越快，而且變成柔軟橡膠態(tài)的時(shí)間也會(huì)變長(zhǎng)，板子的變形量當(dāng)然就會(huì)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(duì)的材料的價(jià)錢(qián)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(guò)爐托盤(pán)治具

6.?改用Router替代V-Cut的分板使用

既然V-Cut會(huì)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(hào)上升沿時(shí)間也在“被動(dòng)地”變短，以前只需要考慮把線拉通的PCB，越來(lái)越多的需要在布線時(shí)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(hào)完整性問(wèn)題以及符合EMC性能，而單層板或者雙層板，對(duì)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(hào)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(lái)構(gòu)造傳輸線進(jìn)行電磁波的引導(dǎo)。

審核編輯：劉清