PCB是什麼?你真的足夠了解PCB嗎?PCB都包括一些什麼?怎樣學好PCB

　　在電子行業有一個關鍵的部件叫做PCB（printed circuit board，印刷電路板）。這是一個太基礎的部件，導致很多人都很難解釋到底什麼是PCB。這篇文章將會詳細解釋PCB的構成，以及在PCB的領域裡面常用的一些術語。

　　在接下來的幾頁裡面，我們將討論PCB的組成，包括一些術語，簡要的組裝方法，以及簡介PCB的設計過程。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201710/365422.htm

　　What『s a PCB？

　　PCB（Printed circuit board）是一個最普遍的叫法，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一個重大進步，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--製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（聚醯亞胺或類似）上生產的柔性電路板等等。

　　你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』『）。有一些產品也採用了其它厚度，比如 LilyPad、Arudino Pro Micro boards採用了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製成，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裡面。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。在一些低成本的場合，可能只會在基材的一面壓制銅箔。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層這麼少，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，一般採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。

　　在上圖這個例子裡，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。

　　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。

　　下一頁會介紹一些PCB方面的常用術語。

　　Terminology（術語）

　　現在你知道了PCB的結構組成，下面我們來看一下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。

一個檢查設計是否包含錯誤的程序，比如，走線短路，走線太細，或者鑽孔太小。

　　鑽孔命中 -- 用來表示設計中要求的鑽孔位置和實際的鑽孔位置的偏差。鈍鑽頭導致的不正確的鑽孔中心是PCB製造裡的普遍問題。

　　（金）手指 -- 在板卡邊上裸露的金屬焊盤，一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，另一種可選擇的分板設計方法。

用一些連續的孔形成一個薄弱的連接點，就可以容易將板卡從拼版上分割出來。SparkFun的Protosnap板卡是一個比較好的例子。

　　焊盤 -- 在PCB表面裸露的一部分金屬，用來焊接器件。

　　拼板 -- 一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一起，可以加快生產速度。

　　鋼網 -- 一個薄金屬模板（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 -- 線路板上一段連續的銅皮。一般是由邊界來定義，而不是 路徑。也稱作」覆銅「

　　金屬化過孔 -- PCB上的一個孔，包含孔環以及電鍍的孔壁。

金屬化過孔可能是一個插件的連接點，信號的換層處，或者是一個安裝孔。

　　Pogo pin -- 一個彈簧支撐的臨時接觸點，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、數字、符號或者圖形等。基本上每個板卡上只有一種顏色，並且解析度相對比較低。

　　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械連接。

　　焊錫爐 -- 焊接插件的爐子。一般裡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，銅上面會覆蓋一層保護膜。保護膜一般是綠色，也可能是其它顏色（SparkFun紅色，Arduino藍色，或者Apple黑色）。一般稱作「阻焊」。

　　連錫 -- 器件上的兩個相連的管腳，被一小滴焊錫錯誤的連接到了一起。

　　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。（譯者注，一般熱焊盤做在插件與波峰焊接觸的一面。不知道這個文章裡面為什麼會提到reflow，reflow主要要考慮的是熱平衡，防止立碑。）

　　走線 -- 在電路板上，一般連續的銅的路徑。

　　V-score -- 將板卡進行一條不完全的切割，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 -- 在板卡上的一個洞，一般用來將信號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，因為需要焊接，一般不會進行塞孔。

　　波峰焊 -- 一個焊接插件器件的方法。將板卡勻速的通過一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一起。

　　下一頁將簡要的介紹一下如何設計自己的PCB板卡。

　　Designing your own！ 設計自己的！

　　你希望開始設計自己的PCB嗎。在PCB設計中的曲曲彎彎在這邊說太複雜了。不過，如果你真的想開始，下面有幾個要點。

　　找到一個CAD的工具：在PCB設計的市場裡，有很多低價或者免費的選擇。當找一個工具的時候，可以考慮以下幾點。

　　論壇支持：有沒有很多人使用這個工具？越多的人使用，你越容易找到你需要的器件的已經設計好的封裝庫。

　　很容易用。如果不好用的話，你也不會用。

　　性能： 很多程序對設計有限制，比如層數，器件數，以及板卡尺寸等。大部分需要你去購買授權去升級性能。

　　可抑制性： 一些免費的程序不允許導出或者遷移到其它軟體，將你限制在唯一的供應商上。可能軟體的低價以及便捷性值得這樣的付出，但有時候不太值得。

　　去看看其他人的布板設計。開源硬體讓這個事情越來越容易。

　　練習，練習，還是練習。

　　保持低的期望值。你設計的第一個板卡可能有很多問題，但是第20個可能就少很多，但是還會有一些問題。但是你很難將所有問題清除。

　　原理圖相當重要。嘗試去設計一個沒有好的原理圖支持的PCB板卡是徒勞的。

　　最後，說一些設計些自己的電路板的好處。如果你計劃參與一個或多個既定的項目，設計電路板帶來的好處是顯而易見的。相對於設計電路板來說，在麵包板上點到點的布線太困難了，並且可靠性相對較低。並且，如果你的設計不錯的話，可以將你的設計買個好價錢：）