你不得不知道的PCB基础知识
你不得不知道的PCB基础知识
PCB印刷电路板
什么是PCB？
PCB，即printed circuit board的缩写，是一种由覆铜板和非导电材料组成的印刷电路板。在PCB上，所有电气和电子元件都通过导电材料连接在一起，并且PCB为这些元件提供了物理支撑和基底。在PCB问世之前，所有组件都是通过电线连接的，这不仅增加了电路的复杂性，还降低了电路的可靠性。因此，我们无法制作出像主板那样精密的电路。而在PCB中，所有元件都是通过内部的印刷电路连接的，没有外部电线，这大大降低了整体电路设计的复杂度。PCB的主要功能是在组件之间提供电力和连接，使其按照设计的方式运行。制造商可以根据用户需求定制各种规格的PCB。印刷电路板广泛应用于各种电子设备，如电视、手机、数码相机、电脑、显卡、主板等。此外，PCB还应用于医疗器械、工业机械、汽车工业、照明等多个领域。
PCB的类型
由于PCB属于定制类产品，没有统一的规格和尺寸，因此在选择时需要根据具体应用来确定合适的PCB类型。以下是常见的PCB分类方法：
常规的PCB分类方法如下：
- 单层PCB
- 双层PCB
- 多层板
- 柔性印刷电路板
- 铝基PCB
- 软硬PCB
1）单层PCB：
单层PCB也称为单面PCB。这种类型的PCB是最简单且最常用的PCB，因为它们易于设计和制造。该PCB的一侧涂有一层导电材料，通常使用铜，因为铜具有良好的导电特性。一层阻焊层用于保护PCB免受氧化，然后通过丝印标记PCB上的所有组件。在这种类型的PCB中，只有PCB的一侧用于连接不同类型的电气或电子元件，如电阻器、电容器、电感器等。这些元件通过焊接固定。这种PCB主要用于低成本和批量制造的应用，如计算器、收音机、打印机和固态驱动器。
单层线路板
2）双层PCB：
双层PCB又称双面PCB。顾名思义，在这种类型的PCB中，一层薄薄的导电材料（如铜）应用于电路板的顶部和底部。在PCB中，在板的不同层上，由通孔组成，通孔在不同层的相应位置有两个焊盘。它们通过穿过电路板的孔进行电气连接，如图2b所示。这种类型的PCB具有更高的灵活性，成本相对较低，最重要的优点是尺寸减小，使电路更加紧凑。这种类型的PCB主要用于工业控制、转换器、UPS系统、HVAC应用、电话、放大器和电源监控系统。
双面印刷电路板
3）多层PCB：
多层PCB有两层以上。这意味着，这种类型的PCB至少具有三层导电铜层。为了固定电路板，胶水夹在绝缘层之间，以确保多余的热量不会损坏电路的任何组件。这种类型的PCB设计非常复杂，用于在非常小的空间和紧凑的电路中完成复杂的电气任务。这种类型的PCB主要用于大型应用，如GPS技术、卫星系统、医疗设备、文件服务器和数据存储。
多层印刷电路板结构
4）柔性PCB：
柔性印刷电路板也称为柔性电路。这种类型的PCB使用柔性塑料材料，如聚酰亚胺、PEEK（聚醚醚酮）或透明导电聚酯薄膜。电路板可以折叠或扭曲。这是一种非常复杂的PCB，它还包含不同范围的层，如单面柔性电路、双面柔性电路和多边柔性电路。柔性电路用于有机发光二极管、LCD制造、柔性太阳能电池、汽车工业、手机、相机和笔记本电脑等复杂电子设备。
柔性印刷电路板
5）刚性PCB：
刚性PCB由不允许PCB扭曲的固体材料制成。与柔性PCB一样，刚性PCB也有不同的层配置，如单层、双层和多层刚性PCB。这种PCB的形状在安装后不会改变。这种PCB不能根据底座的形状弯曲，这就是它被称为刚性PCB的原因。这种PCB的使用寿命非常长，因此它被用于计算机的许多部件，如RAM、GPU和CPU。设计简单，最常用和制造最多的PCB是单面刚性PCB。多层刚性PCB可以通过包含9-10层来实现更紧凑的设计。
6）软硬PCB：
柔性电路和刚性电路的结合是最重要的板。Flex-rigid板由多层柔性PCB连接到多个刚性PCB层组成。软硬板如图所示。这种类型的PCB主要用于手机、数码相机、汽车等。
软硬结合印刷电路板
根据后期PCB装配方式的不同，PCB的类型可以分为：
- 通孔PCB
- 表面贴装PCB
- 通孔PCB：
在这种类型的PCB中，必须在PCB上使用钻头钻孔。在这些孔中，元件的引线安装并焊接到位于PCB另一侧的焊盘上。这项技术最有用，因为它为电气元件提供了更多的机械支持，而且元件安装技术非常可靠，但在PCB上钻孔使其更昂贵。在单层PCB中，这种安装技术很容易实现，但在双层和多层PCB的情况下打孔就比较困难。
2）表面贴装PCB：
在这种类型的PCB中，元件的尺寸很小，因为这些元件的引线非常小，或者不需要引线来安装在板上。此处，在这项技术中，SMD组件直接安装在电路板上，而无需在电路板上打孔。
PCB的组成部分
PCB印刷电路板的构成
PCB印刷电路板的结构
焊盘：焊盘不过是一块铜，上面安装了元件的引线并进行了焊接。垫为组件提供机械支撑。
布线：在PCB中，元件不是借助导线连接的。所有组件都与铜等导电材料相连。PCB的铜部分，用于连接所有组件，称为走线。跟踪如下图所示。
层数：根据应用，电路的成本和可用空间，用户可以选择PCB的层数。结构最简单、设计容易且在日常生活中最有用的是单层PCB。但是对于非常大和复杂的电路，与单层PCB相比，双层PCB或多层PCB是最优选的。现在一天，在多层PCB中，可以连接10-12层，最关键的是不同层的组件之间的通信。
丝印层：丝印层用于在PCB表面印刷线条、文字或任何装饰。通常，丝网印刷使用环氧树脂油墨。根据用户要求，可以在PCB的顶层和/或底层中使用丝印层，这就是所谓的丝印TOP和丝印BOTTOM。
顶层和底层：在PCB的顶层，所有元件都安装在该层PCB中。通常，该层是绿色的。在PCB底层，所有元件都通过孔焊接，元件的引线称为PCB底层。有时，在顶层和/或底层PCB上涂有绿色层，这被称为阻焊层。
阻焊层：在铜层顶部还有一层称为阻焊层。该层通常具有绿色，但它可以是任何颜色。该绝缘层用于防止焊盘与PCB上的其他导电材料意外接触。
印刷电路板材料
主要元素是刚性或柔性的介电基板。该介电基板与导电材料（如铜）一起使用。作为介电材料，使用玻璃环氧树脂层压板或复合材料。
1）FR4
FR代表FIRE RETARDENT。对于所有类型的PCB制造，最常见的玻璃层压材料是FR4。基于编织玻璃环氧树脂化合物，FR4是一种最有用的复合材料，因为它提供了非常好的机械强度。
FR-1和FR-2
这种材料由纸和酚类化合物制成，这种材料仅用于单层PCB。FR1和FR2具有相似的特性，唯一的区别是玻璃化转变温度。与FR2相比，FR1具有更高的玻璃化转变温度。这些材料还细分为标准材料、无卤素材料和非疏水材料。CEM-1
这些材料由纸和两层编织玻璃环氧树脂和酚类化合物制成，这种材料仅用于单面PCB。CEM-1可以代替FR4使用，但CEM1的价格比FR4高。
4）CEM-3
这种材料是白色的玻璃环氧化合物，主要用于双层PCB。CEM-3的机械强度比FR4低，但比FR4便宜。所以，这是FR4的一个很好的替代品。
5）聚酰亚胺
这种材料用于柔性PCB。这种材料是由kekedon、rogers、dupont制成的。这种材料具有良好的电性能、适用性、宽温度范围和高耐化学性。该材料的工作温度为-200ͦC至300ͦC。
6）预浸料
预浸料是指预浸渍。它是用树脂浸渍的玻璃纤维。这些树脂经过预干燥，因此在加热时会流动、粘连并完全浸没。预浸料具有粘合层，其强度类似于FR4。这种材料根据树脂含量有多种版本，SR-标准树脂、MR-中树脂和HR-高树脂。这种材料根据所需的厚度、层结构和阻抗来选择。这种材料也可用于高玻璃化转变温度和无卤素。
PCB设计软件
以下是一些最流行的PCB设计软件。您可以在此处了解有关这些PCB设计软件的更多信息。
鹰-EAGLE
EAGLE是最流行和最简单的PCB设计软件。EAGLE代表Easy Applicable Graphical Layout Editor，之前由CadSoft Computer开发，目前Autodesk是该软件的开发商。为了设计电路图，EAGLE有一个原理图编辑器。EAGLE文件扩展名为.SCH，不同的零部件定义在.LBR扩展名中。电路板文件扩展名为.BRD。
Multisim
Multisim也是非常强大且易于学习的软件。最初由ElectronicsWorkbench开发，现在是美国国家仪器(NI)的一个部门。它包括微控制器仿真(MultiMCU)和PCB布局软件的集成导入导出功能。该软件广泛用于学术界和工业界的电路教育。
EasyEDA
EasyEDA是一款用于设计和仿真电路的软件。该软件是基于Ngspice和PCB布局的原理图捕获、SPICE电路仿真的集成工具。该软件最重要的优点是，它是基于Web的软件，可在浏览器窗口中使用。因此，该软件独立于操作系统。
Altium Designer
该软件由澳大利亚软件公司Altium Limited开发。该软件的主要功能是原理图捕获、3D PCB设计、FPGA开发和发布/数据管理。这是第一个直接从PCB编辑器提供PCB 3D可视化和间隙检查的软件。
KiCad
这个软件是由让-皮埃尔-查拉斯开发的。该软件具有可以创建PCB以及电路中使用的所有组件的BoM（物料清单）、图稿和3D视图的工具。该软件的库中提供了许多组件，并且具有用户可以添加自定义组件的功能。该软件支持多种人类语言。
CircuitMaker
该软件也是由Altium开发的。该软件的原理图编辑器包括基本的元件放置，该软件用于设计高级多通道和分层原理图。所有原理图都上传到服务器，任何人都可以查看这些文件，前提是您需要一个CircuitMaker帐户。