PCB电路板的组成、设计、工艺、流程及元器摆放和布线原则
PCB电路板的组成、设计、工艺、流程及元器摆放和布线原则
PCB（印制电路板）是电子设备中不可或缺的基础组件，它不仅承载着各种电子元器件，还负责实现它们之间的电气连接。本文将从PCB电路板的组成、设计步骤、工艺流程以及元器件摆放和布线原则等多个维度，为您全面解析这一关键技术。
PCB电路板的组成
线路与图面：线路是实现原件之间导通的关键工具，在设计时通常会额外设计大铜面作为接地及电源层。线路与图面是同时制作完成的。
介电层：用于保持线路及各层之间的绝缘性，通常被称为基材。
孔：导通孔可使两层次以上的线路彼此导通，较大的导通孔则用于零件插件。非导通孔通常用于表面贴装定位或组装时固定螺丝。
防焊油墨：为了避免非必要区域的铜面短路，会在这些区域印上一层隔绝物质（通常为环氧树脂）。根据不同的工艺，可分为绿油、红油、蓝油等类型。
丝印：虽然不是必须的组成部分，但主要功能是在电路板上标注各零件的名称和位置框，便于组装后的维修和辨识。
表面处理：由于铜面在一般环境中容易氧化，因此需要进行保护处理。常见的方法包括喷锡、化金、化银、化锡以及使用有机保焊剂等，统称为表面处理。
PCB电路板的设计步骤
电路原理图的设计：主要利用Protel DXP等软件的原理图编辑器来绘制原理图。
生成网络报表：网络报表显示电路原理图中各个元器件的链接关系，是连接电路原理图设计与电路板设计的重要桥梁。
PCB电路板的设计：以电路原理图为依据实现所需功能，设计时需综合考虑机械结构、外部连接布局、元件布局、散热、电磁兼容等因素。
PCBA控制板制作：在完成元件采购和PCB板制作后，通过SMT上件、焊接和DIP插件等工序，最终完成控制板的制作。
元器件放置原则
- 首先放置与结构有紧密配合的元器件，如电源插座、指示灯、开关、连接器等。
- 其次放置特殊元器件，如大型元器件、重的元器件、发热元器件和IC等。
- 最后放置小型元器件。
- 布局时应考虑走线，选择利于布线的布局设计。
具体原则包括：
- 晶振应靠近IC摆放
- IC去耦电容应尽量靠近IC的电源管脚
- 发热元件应均匀分布，远离温度敏感器件
- 元件边缘距板边至少留出2mm的距离
走线原则
- 高速信号走线应尽量短，关键信号走线也应尽量短。
- 一条走线不要打太多过孔，一般不超过两个过孔。
- 走线拐角应尽可能大于90度，避免90度以下的拐角。
- 双面板布线时，两面的导线宜相互垂直或斜交，避免相互平行。
- 音频输入线要等长且靠近摆放，音频线外包地线。
- 功放IC下面不能走线，功放IC下多打过孔与GND连接。
- 双面板中没有地线层时，晶振电容地线应使用尽量宽的短线连接至器件上离晶振最近的GND引脚。
- 电源线、USB充电输入线要走粗线（》=1mm），过孔处双面铺铜并多打几个过孔。
一般情况下，电源线和地线的宽度应大于信号线，通常信号线宽为0.2～0.3mm，最细可达0.05～0.07mm，电源线一般为1.2～2.5mm。
多层PCB电路板的完整制作工艺流程
- 内层制作
- 裁板：将PCB基板裁剪成生产尺寸。
- 前处理：清洁PCB基板表面，去除表面污染物。
- 压膜：将干膜贴在PCB基板表层，为后续的图像转移做准备。
- 曝光：使用曝光设备利用紫外光对覆膜基板进行曝光，将基板的图像转移至干膜上。
- DE：通过显影、蚀刻、去膜等工序完成内层板的制作。
- 内检
- AOI：AOI光学扫描，将PCB板的图像与良品板数据对比，检测缺口、凹陷等不良现象。
- VRS：将AOI检测出的不良图像资料传至VRS，由相关人员进行检修。
- 补线：将金线焊在缺口或凹陷处，防止电性不良。
- 压合
- 棕化：增加板子和树脂之间的附着力，以及铜面的润湿性。
- 铆合：将PP裁成小张及正常尺寸，使内层板与对应的PP铆合。
- 叠合压合、打靶、锣边、磨边：完成多层板的初步成型。
钻孔：按照客户要求利用钻孔机钻出不同直径的孔洞，实现板子之间通孔。
一次铜：为外层板已经钻好的孔镀铜，使板子各层线路导通。
- 去毛刺线：去除板子孔边的毛刺。
- 除胶线：去除孔里面的胶渣，增加微蚀时的附着力。
外层：与内层制作流程相似，目的是为了后续工艺做出线路。
二次铜与蚀刻：二次镀铜后进行蚀刻。
阻焊：保护板子，防止氧化。
文字：印刷文字。
- 酸洗：清洁板子表面，去除表面氧化，加强印刷油墨的附着力。
表面处理OSP：在裸铜板待焊接的一面涂布有机皮膜，防止生锈氧化。
成型：锣出客户所需要的板子外型，方便进行SMT贴片与组装。
飞针测试：测试板子电路，避免短路板子流出。
FQC：完成所有工序后进行抽样全检。
包装、出库：完成交付。
PCB电路板制作流程注意事项
- 设置电路板外形时使用keep-out layer层画线。
- 线与线的间距、线与过孔的间距、覆铜间距需达到制版厂的要求，一般建议10mil。
- 投板前进行规则检查，重点关注漏短路和开路问题。
- 元器件布局时距离板边至少留出2mm的距离。