快速了解線路板(PCB)基礎知識


線路板

線路板(又稱為電路板,PCB板),是印制了導線的一塊版。它的主要作用是減少導線占用空間,並將導線按照清晰的布局組織起來。

圖 1:導線與線路板

線路板是覆銅板加工的結果,覆銅板是在絕緣基材的表面上覆蓋一片銅箔做成的。

通常使用蝕刻[1]加工覆銅板。做法是在覆銅板上要保留的線路上塗上抗腐蝕的材料,然后用化學試劑將其余部分腐蝕掉,剩下的就是作為導線的銅箔。以下視頻展示了蝕刻過程:

【自制PCB電路板腐蝕全過程】
https://www.bilibili.com/video/BV1yk4y127B5

在看實際的電路板(如圖 1)時,會發現有些地方導線比較寬,甚至是一大塊(通常是地線)。這是根據公式 電流=電壓/電阻 ,減少導線的電阻對電流大小的影響[2]。通常線寬的關系為:地線 > 電源線 > 信號線[3]。

如何在成本可接受的條件下快速地制作線路板

想要獲取一塊線路板,有兩個步驟:

  1. 設計
  2. 生產

在電腦上使用軟件進行設計並輸出 PCB 文件,然后到某寶找“PCB 打樣”,下單后把 PCB 文件發給店家就行了。

打樣就是打印樣品,畢竟線路板通常都是大批量生產,而大批量生產之前需要先打印一些樣品用於調試。如果只是自己做一些玩具,到打樣這一步就行了。

不要以為打樣很貴,PCB 版的長寬如果不超過 10cm ,20 塊錢 10 片。

如果別人已經設計好我們想要的版,可以直接下載他的 PCB 文件,更加簡便。

如何得到 PCB 圖

通常不是一步到位直接畫 PCB 圖的,而是先把電路圖畫出來,再轉換成 PCB 圖。

這里使用的繪制工具是立創EDA[4],下載安裝后不用注冊也能免費使用。

以下是一個用 micro usb 點亮 LED 燈的 PCB 的示例。

第一步:電路圖

圖 2:電路圖

第二部:PCB 圖

圖 3:PCB 圖

接下來可以看看線路板 2D 的預覽:

圖 4:線路板 2D

還可以預覽 3D:

圖 5:線路板 3D

通常會讓元器件緊緊貼住線路板以減小體積,都是在板的另一面焊接,因此背面也會有焊盤。在打孔之后,由於板的中間是絕緣層,所以需要在孔壁塗上金屬層連接到背面的焊盤用來導電。

這個示例來自於 B 站 UP 主 BenBlue 的分享:

【E03、從原理圖到PCB只需3步】
https://www.bilibili.com/video/BV1SA411b7L5?p=3

雙面布線

前面演示的是僅在一面布線。當線路復雜時,由於不相連的線路不能交叉,只能繞道或者打孔繞到另一面。

這里用到的板都是雙面板,雙面板的兩面都有銅箔。在雙面板上鑽孔並在孔壁塗上金屬層,用於連接兩面的導線。這個孔稱為“過孔”。

單面板是只有一面有銅箔。有銅箔的一面用於布線和放焊盤,元器件放到另一面,並在布線一面焊接。

在畫 PCB 圖的時候,如果在同一面有導線會出現交叉,則軟件會控制不讓線穿過去,如下圖所示:

圖 6:不同線路不能交叉

盡管鼠標點到 R1 的右孔,但線穿不過去。

可以選擇從外圍繞過去,也可以如下圖所示選擇打孔:

圖 7:過孔

注:使用 45 度折線布線而不是 90 度,以減小高頻信號的輻射[3]。

藍色線表示這條線在線路板的背面,下面的 2D 實物圖比較直觀:

圖 8:雙面板過孔 2D 圖

以及 3D 圖:

圖 9:雙面板過孔 3D 圖

PCB 板的組成部分

圖 10:PCB 板的組成部分

  • 器件:元器件。在PCB光板上器件以焊盤+絲印的方式出現[5]。
  • 焊盤:焊盤包含了引線孔及周圍的銅箔[6]。
  • 走線:導線。
  • 過孔:跨層連接導線的孔。
  • 印絲:用數字或者字母等在板上標注信息。
  • 阻焊層:避免焊接時誤焊臨近但不相連的管腳。

參考

[1]: http://m.elecfans.com/article/937356.html (電路板蝕刻是什么意思) 
[2]: https://www.sohu.com/a/319874935_819258 (PCB 線寬與電流關系,查表與計算!)
[3]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/50036481 (一般線路板基本設計流程)  
[4]: https://lceda.cn/ (立創EDA官網)
[5]: http://www.elecfans.com/bandaoti/eda/20180814729008.html (印刷電路板(PCB)的主要概念及組成部分)
[6]: https://baike.baidu.com/item/PCB%E7%84%8A%E7%9B%98/9847197 (pcb焊盤)


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