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壹個PCB通常包含哪些內容

PCB(Printed circuit board)是壹個最普遍的叫法,也可以叫做“printed wiring boards” 或者

“printed wiring

cards”。在PCB出現之前,電路是通過點到點的接線組成的。這種方法的可靠性很低,因為隨著電路的老化,線路的破裂會導致線路節點的斷路或者短路。

繞線技術是電路技術的壹個重大進步,這種方法通過將小口徑線材繞在連接點的柱子上,提升了線路的耐久性以及可更換性。

當電子行業從真空管、繼電器發展到矽半導體以及集成電路的時候,電子元器件的尺寸和價格也在下降。電子產品越來越頻繁的出現在了消費領域,促使廠商去尋找更小以及性價比更高的方案。於是,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壹起。

從中間層開始吧。

FR4

PCB的基材壹般都是玻璃纖維。大多數情況下,PCB的玻璃纖維基材壹般就指“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)上生產的柔性電路板等等。

妳可能會發現有不同厚度的PCB;然而 SparkFun的產品的厚度大部分都是1.6mm(0.063’‘)。有壹些產品也采用了其它厚度,比如

LilyPad、Arudino Pro Micro boards采用了0.8mm的板厚。

廉價的PCB和洞洞板(見上圖)是由環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。當在這種板子上焊接東西時,將會聞到很大的異味。這種類型的基材,常常被用在很低端的消費品裏面。酚類物質具有較低的熱分解溫度,焊接時間過長會導致其分解碳化,並且散發出難聞的味道。

Copper

接下來介紹是很薄的銅箔層,生產中通過熱量以及黏合劑將其壓制倒基材上面。在雙面板上,銅箔會壓制到基材的正反兩面。在壹些低成本的場合,可能只會在基材的壹面壓制銅箔。當我們提及到”雙面板“或者”兩層板“的時候,指的是我們的千層面上有兩層銅箔。當然,不同的PCB設計中,銅箔層的數量可能是1層這麽少,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,壹般采用銅均勻的覆蓋壹平方英尺的重量(盎司oz)來表示。大部分PCB的銅厚是1oz,但是有壹些大功率的PCB可能會用到2oz或者3oz的銅厚。將盎司(oz)每平方英尺換算壹下,大概是

35um或者1.4mil的銅厚。

Soldermask(阻焊)

在銅層上面的是阻焊層。這壹層讓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、焊錫或者其它的導電物體接觸導致短路。阻焊層的存在,使大家可以在正確的地方進行焊接

,並且防止了焊錫搭橋。

在上圖這個例子裏,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以及SMD焊盤,以方便焊接。

壹般來說,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、數字以及符號,這樣可以方便組裝以及指導大家更好地理解板卡的設計。我們經常會用絲印層的符號標示某些管腳或者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並不少見。然而,很少見到單個板卡上有多種絲印層顏色。

下壹頁會介紹壹些PCB方面的常用術語。

Terminology(術語)

現在妳知道了PCB的結構組成,下面我們來看壹下PCB相關的術語吧。

孔環 -- PCB上的金屬化孔上的銅環。

DRC -- 設計規則檢查。

壹個檢查設計是否包含錯誤的程序,比如,走線短路,走線太細,或者鉆孔太小。

鉆孔命中 -- 用來表示設計中要求的鉆孔位置和實際的鉆孔位置的偏差。鈍鉆頭導致的不正確的鉆孔中心是PCB制造裏的普遍問題。

(金)手指 -- 在板卡邊上裸露的金屬焊盤,壹般用做連接兩個電路板。比如計算機的擴展模塊的邊緣、內存條以及老的遊戲卡。

郵票孔 -- 除了V-Cut外,另壹種可選擇的分板設計方法。

用壹些連續的孔形成壹個薄弱的連接點,就可以容易將板卡從拼版上分割出來。SparkFun的Protosnap板卡是壹個比較好的例子。

焊盤 -- 在PCB表面裸露的壹部分金屬,用來焊接器件。

拼板 -- 壹個由很多可分割的小電路板組成的大電路板。

自動化的電路板生產設備在生產小板卡的時候經常會出問題,將幾個小板卡組合到壹起,可以加快生產速度。

鋼網 -- 壹個薄金屬模板(也可以是塑料),在組裝的時候,將其放在PCB上讓焊錫透過某些特定部位。

Pick-and-place - 將元器件放到線路板上的機器或者流程。

平面 -- 線路板上壹段連續的銅皮。壹般是由邊界來定義,而不是 路徑。也稱作”覆銅“

金屬化過孔 -- PCB上的壹個孔,包含孔環以及電鍍的孔壁。

金屬化過孔可能是壹個插件的連接點,信號的換層處,或者是壹個安裝孔。

Pogo pin -- 壹個彈簧支撐的臨時接觸點,壹般用作測試或燒錄程序。

回流焊 -- 將焊錫融化,使焊盤(SMD)和器件管腳連接到壹起。

絲印 -- 在PCB板上的字母、數字、符號或者圖形等。基本上每個板卡上只有壹種顏色,並且分辨率相對比較低。

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。由於開槽需要額外的切割時間,有時會增加板卡的成本。

在錫膏層 -- 在往PCB上放置元器件之前,會通過鋼網在表貼器件的焊盤上形成的壹定厚度的錫膏層。

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械連接。

焊錫爐 -- 焊接插件的爐子。壹般裏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,銅上面會覆蓋壹層保護膜。保護膜壹般是綠色,也可能是其它顏色(SparkFun紅色,Arduino藍色,或者Apple黑色)。壹般稱作“阻焊”。

連錫 -- 器件上的兩個相連的管腳,被壹小滴焊錫錯誤的連接到了壹起。

表面貼裝 -- 壹種組裝的方法,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壹段短走線。如果焊盤沒有做恰當的散熱設計,焊接時很難將焊盤加熱到足夠的焊接溫度。不恰當的散熱焊盤設計,會感覺焊盤比較黏,並且回流焊的時間相對比較長。(譯者註,壹般熱焊盤做在插件與波峰焊接觸的壹面。不知道這個文章裏面為什麽會提到reflow,reflow主要要考慮的是熱平衡,防止立碑。)

走線 -- 在電路板上,壹般連續的銅的路徑。

V-score -- 將板卡進行壹條不完全的切割,可以將板卡通過這條直線折斷。(譯者註:國內常叫做“V-CUT”)

過孔 --

在板卡上的壹個洞,壹般用來將信號從壹層切換到另外壹層。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,因為需要焊接,壹般不會進行塞孔。

波峰焊 -- 壹個焊接插件器件的方法。將板卡勻速的通過壹個產生穩定波峰的熔融焊錫爐,焊錫的波峰會將器件管腳和暴露的焊盤焊接到壹起。