干货|PCB电路板的组成、设计、工艺、流程及元器摆放和布线原则
干货|PCB电路板的组成、设计、工艺、流程及元器摆放和布线原则
PCB电路板是现代电子设备中不可或缺的组成部分，它承载着电子元器件并实现电气连接。从简单的单层板到复杂的多层板，从设计到制造，每一步都需要精细的操作和严格的标准。本文将为您详细介绍PCB电路板的组成、设计流程、制作工艺以及关键的布线原则，帮助您全面了解这一电子工程的基础技术。
PCB电路板的组成
线路与图面：线路是做为原件之间导通的工具，在设计上会另外设计大铜面作为接地及电源层。线路与图面是同时做出的。
介电层：用来保持线路及各层之间的绝缘性，俗称为基材。
孔：导通孔可使两层次以上的线路彼此导通，较大的导通孔则做为零件插件用，另外有非导通孔通常用来作为表面贴装定位，组装时固定螺丝用。
防焊油墨：并非全部的铜面都要吃锡上零件，因此非吃锡的区域，会印一层隔绝铜面吃锡的物质（通常为环氧树脂），避免非吃锡的线路间短路。根据不同的工艺，分为绿油、红油、蓝油。
丝印：此为非必要之构成，主要的功能是在电路板上标注各零件的名称、位置框，方便组装后维修及辨识用。
表面处理：由于铜面在一般环境中，很容易氧化，导致无法上锡（焊锡性不良），因此会在要吃锡的铜面上进行保护。保护的方式有喷锡，化金，化银，化锡，有机保焊剂，方法各有优缺点，统称为表面处理。
PCB电路板的设计步骤
电路原理图的设计：电路原理图的设计主要是利用Protel DXP的原理图编辑器来绘制原理图。
生成网络报表：网络报表就是显示电路原理与中各个元器件的链接关系的报表，它是连接电路原理图设计与电路板设计的桥梁与纽带，通过电路原理图的网络报表，可以迅速地找到元器件之间的联系，从而为后面的PCB设计提供方便。
PCB电路板的设计：PCB设计是以电路原理图为根据来实现所需要的功能，设计PCB图，需要考虑很多因素，包括机械的结构、外部连接布局、元件的布局、连线、散热、电磁兼容等。为最终完成这一步往往需要无数次的修改电路原理图。
PCBA控制板制作：采购完元件，PCB板拿到后，按照原理图，经过SMT上件，焊接上各种元器件，和DIP插件的制程，这样我们的控制板就制作完成了。
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、接口等；
- 其次，放置特殊元器件，如大的元器件、重的元器件、发热元器件、IC等；
- 最后，放置小的元器件；
- 元件布局时应考虑走线，尽量选择利于布线的布局设计；
具体原则包括：
- 晶振要靠近IC摆放；
- IC去耦电容的布局要尽量靠近IC的电源管脚，并使之与电源和地之间形成的回路最短；
- 发热元件一般应均匀分布，以便于单板和整机的散热，除温度检测元件以外的温度敏感器件应远离发热量大的元器件；
走线原则
- 高速信号走线尽量短，关键信号走线尽量短；
- 一条走线不要打太多的过孔，不要超过两个过孔；
- 走线拐角应尽可能大于90度，杜绝90度以下的拐角，也尽量少用90度拐角；
- 双面板布线时，两面的导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线，避免相互平行，以减少寄生耦合；
- 音频输入线要等长，两条线靠近摆放，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，晶振电容地线应使用尽量款的短线连接至器件上离晶振最近的GND引脚，且尽量减少过孔；
- 电源线，USB充电输入要走粗线（》=1mm），过孔处双面铺铜，然后在铺铜处多打几个过孔；
一般情况下，首先应对电源线和地线进行布线，以保证电路板的电气性能。在条件允许的范围内，尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线，通常信号线宽为：0.2～0.3mm，最细宽度可达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：主要是为了制作PCB电路板的内层线路；
- 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，从而将基板的图像转移至干膜上；
- DE：将进行曝光以后的基板经过显影、蚀刻、去膜，进而完成内层板的制作。
- 内检：主要是为了检测及维修板子线路；
- AOI：AOI光学扫描，可以将PCB板的图像与已经录入好的良品板的数据做对比，以便发现板子图像上面的缺口、凹陷等不良现象；
- VRS：经过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上，以防止电性不良；
- 压合：是将多个内层板压合成一张板子；
- 棕化：棕化可以增加板子和树脂之间的附着力，以及增加铜面的润湿性；
- 铆合：将PP裁成小张及正常尺寸使内层板与对应的PP牟合;
- 叠合压合、打靶、锣边、磨边；
钻孔：按照客户要求利用钻孔机将板子钻出直径不同，大小不一的孔洞，使板子之间通孔以便后续加工插件，也可以帮助板子散热；
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，防止出现镀铜不良；
- 除胶线：去除孔里面的胶渣；以便在微蚀时增加附着力；
外层：外层同第一步内层流程大致相同，其目的是为了方便后续工艺做出线路;
二次铜与蚀刻：二次镀铜，进行蚀刻；
阻焊：可以保护板子，防止出现氧化等现象；
文字：印刷文字；
- 酸洗：清洁板子表面，去除表面氧化以加强印刷油墨的附着力；
表面处理OSP：将裸铜板待焊接的一面经涂布处理,形成一层有机皮膜,以防止生锈氧化；
成型：锣出客户所需要的板子外型,方便客户进行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：最终检测，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
- 设置电路板外形得是用keep-out layer层画线；
- 线与线的间距，线与过孔的间距，覆铜间距，得达到制版厂的要求，一般10mil即可；
- 投板之前进行规则检查，关键查漏短路和开路这两项；
- 元器件布局时距离板边至少2mm的距离。