【中國(guó)汽車電子電氣技術(shù)專家委員會(huì)】PCB:基礎(chǔ)知識(shí)、類型、材料、設(shè)計(jì)步驟

? ?這篇文章主要是關(guān)于：PCB 的基礎(chǔ)知識(shí)，類型、設(shè)計(jì)，以及所用材料的介紹。

一、PCB 分為哪些層？

? ?這里將 PCB分為7個(gè)工作層：信號(hào)層、內(nèi)部平面、機(jī)械層、阻焊層、絲印層、系統(tǒng)層和其他層。

PCB層

1、信號(hào)層

? ?信號(hào)層包括 Top Layer、Bottom Layer、Mid Layer1、Mid Layer2……，信號(hào)層用于安裝組件和走線，它也被稱為電路層。

銅層

2、內(nèi)部平面層

? ?內(nèi)部平面層用于布置電源和地線。每個(gè)內(nèi)部平面層可以有兩個(gè)或多個(gè)電源，如 +5V、+15V 等。

3、機(jī)械層

? ?機(jī)械層一般用于放置 PCB 板印刷和組裝方法的指示性信息，如電路板物理尺寸線、尺寸標(biāo)記、數(shù)據(jù)表、過孔信息、組裝說明等。

4、阻焊層

? ?阻焊層包括頂部和底部。Solder Paste Layer 包括Top Paste 和Bottom Paste，其功能與Solder Mask Layer 相似。

? ?阻焊層可以防止銅與空氣相互作用而氧化，以及防止 PCB短路。

? ?關(guān)于阻焊層的更多內(nèi)容，歡迎閱讀以下文章：?阻焊層開窗是什么意思？6種阻焊層開窗方法+3種阻焊層開窗設(shè)計(jì)

? ??6個(gè)阻焊層設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，99%的工程師都犯過，你是那1%的工程師嗎?

阻焊層

5、絲印層

? ?絲印層包括頂部覆蓋層和底部覆蓋層。用于放置元器件簡(jiǎn)介、元器件數(shù)量、徽標(biāo)、日期等文本信息。絲印通常來說多為白色，也有用其他顏色。絲印主要是用來顯示信息，與電路連接沒有關(guān)系。

? ?關(guān)于絲印層的更多內(nèi)容，歡迎閱讀以下文章：PCB 絲印怎么制作？一定要看這一文，圖文+設(shè)計(jì)案例，通俗易懂

? ?為什么PCB絲印這么重要？一文告訴你，附帶9種PCB絲印設(shè)計(jì)詳細(xì)方法

絲印層

6、其他層

? ?Keep-Out Layer?用于定義印刷電路板的區(qū)域。Drill guide 和 Drill drawing 用于進(jìn)行鉆孔繪圖和鉆孔定位，Drill Drawing比較常用

PCB阻焊層

7、系統(tǒng)層

? ?系統(tǒng)層包括 Connections、Pad Holes、Via Holes、Visible Grid 1 和 Visible Grid 2。

PCB

二、PCB分類-層數(shù)

? ?根據(jù)層數(shù)，PCB可分為三種類型，即單層PCB、雙層PCB和多層PCB。

1、單層 PCB

? ?單層 PCB 是指導(dǎo)電材料（通常是銅）僅鋪在板的一側(cè)的PCB。單層 PCB 設(shè)計(jì)最簡(jiǎn)單，通常包含較少的組件，比較容易制造。

單層 PCB

單層 PCB

2、 雙層 PCB

? ?與單層板不同，雙層板的兩面都有導(dǎo)電材料。因此，可以在電路板的兩側(cè)蝕刻跡線。過孔是雙面 PCB設(shè)計(jì)的重要因素之一，可以將 PCB走線從一側(cè)連接到另一側(cè)。

雙層 PCB

? ?PCB 的兩側(cè)通常分別稱為頂部和底部，下圖展示了雙層 PCB 的圖像。

雙層 PCB

3、多層 PCB

? ?多層 PCB?具有兩個(gè)以上導(dǎo)電層。它們本質(zhì)上是由多個(gè)雙面 PCB 粘合在一起并附有絕緣層組成。多層 PCB 可以多至12、16層，甚至更多。生產(chǎn)比較復(fù)雜，價(jià)格也比較貴。

多層 PCB

三、PCB 分類-根據(jù)外觀

? ?常見的 PCB 外觀包括：剛性 PCB 、柔性 PCB 和軟硬結(jié)合 PCB

1、剛性 PCB

? ?在日常電子設(shè)備中，經(jīng)常能看到?剛性 PCB ，由固體材料組成，可以是單層/雙層/多層。使用壽命比較高。

剛性 PCB

2、柔性 PCB

? ?柔性 PCB 使用柔性材料，如聚酰胺、PEEK（聚醚醚酮）或透明導(dǎo)電聚酯薄膜作為基材，相對(duì)比較靈活，可以彎曲。也可以是單面/雙面/多面。

柔性 PCB

柔性 PCB

柔性 PCB

? ?柔性電路廣泛應(yīng)用于有機(jī)發(fā)光二極管、LCD 制造、柔性太陽能電池、汽車工業(yè)、移動(dòng)電話、相機(jī)、個(gè)人電腦等可穿戴和復(fù)雜電子設(shè)備。柔性電路制造起來比較復(fù)雜，成本也更高。

3、剛?cè)峤Y(jié)合 PCB

? ?有些 設(shè)備因?yàn)槌叽绾蛻?yīng)用的要求，需要一部分柔性，另一部分是剛性的 PCB，也就是剛?cè)峤Y(jié)合 PCB 。

? ?柔性-剛性 PCB 由多層柔性 PCB 與多個(gè)剛性 PCB 層相連組成。在手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、汽車中有應(yīng)用

剛?cè)峤Y(jié)合 PCB

剛?cè)峤Y(jié)合 PCB

四、PCB分類-基于組件封裝/安裝

? ?電子元器件通常采用 DIP（雙列直插式封裝）/帶引線或 SMD（表面安裝）形式安裝，雖然只是安裝方式，但也可以用來分類。

? ?基于這個(gè)，可以將PCB 分為：通孔 PCB 和表面貼裝 PCB

1、通孔 PCB

? ?通孔 PCB是由 DIP 和帶引線的組件組成。PCB上有鉆孔，元件的引線放置在這些孔中，并焊接到通常位于 PCB 另一側(cè)的焊盤上。

通孔 PCB

2、 表面貼裝 （SMT ）PCB

? ?表面貼裝 PCB，使用 SMD 元件，元件通常尺寸較小，不需要打孔。很多時(shí)候，兩種安裝方法會(huì)結(jié)合在一起。

表面貼裝 （SMT ）PCB

五、PCB 基板材料

? ?PCB 制造中最常用的材料：FR4、FR-1 和 FR-2、CEM-1、CEM-3、聚酰胺和預(yù)浸料

1、FR4

? ?FR4 是基于編織玻璃環(huán)氧化合物，比較常用的 PCB 基板材料，F(xiàn)R 代表阻燃劑，基于 FR4 PCB?通常非常堅(jiān)固。

2、FR-1和FR-2

? ?FR1 和 FR2 是由紙張和苯酚化合物制成的類似材料，通常用于制造低成本單層 PCB。與 FR4 相比，由這些材料制成的 PCB 質(zhì)量通常較差，并且常見于消費(fèi)電子產(chǎn)品中。

? ?FR1 的防潮性較差，耐電弧性較低，因此比較少使用。

3、CEM-1

? ?基于 CEM-1 的 PCB 的性能略高于基于 FR4 的 PCB，但通常更貴。CEM-1 材料由紙和兩層玻璃纖維環(huán)氧和酚化合物制成，僅用于單層 PCB 板的開發(fā)。

4、CEM-3

? ?該材料為白色玻璃環(huán)氧化合物，主要用于雙層 PCB。CEM-3比FR4 的機(jī)械強(qiáng)度較低，但比 FR4 便宜。

5、聚酰亞胺

? ?聚酰亞胺用作柔性 PCB 的基材，由多種材料制成的高溫聚合物。具有良好的電性能，工作溫度范圍廣，高吸水性和高耐化學(xué)性，不過價(jià)格比較貴

6、預(yù)浸料

? ?預(yù)浸料是用樹脂浸漬的玻璃纖維。樹脂經(jīng)過預(yù)干燥，因此在加熱時(shí)會(huì)流動(dòng)、粘附并完全浸沒。預(yù)浸料具有粘合層，其強(qiáng)度與 FR4 相似。

? ?該材料根據(jù)樹脂含量有多種版本，SR-標(biāo)準(zhǔn)樹脂、MR-中樹脂和HR-高樹脂，通常根據(jù)所需要的厚度、層結(jié)構(gòu)和阻抗來選擇。

六、PCB 設(shè)計(jì)步驟

? ?以下是設(shè)計(jì)印刷電路板的 9 個(gè)步驟：

1、了解電氣參數(shù)

? ?在開始 PCB 設(shè)計(jì)之前，你應(yīng)該了解系統(tǒng)的電氣參數(shù)，包括：

• 電流最大值
• 電壓
• 信號(hào)類型
• 電容限制
• 阻抗特性
• 屏蔽注意事項(xiàng)
• 電路元件和連接器的類型和位置
• 詳細(xì)的網(wǎng)線清單和原理圖

2、創(chuàng)建原理圖

? ?第一步始終是創(chuàng)建原理圖，指的是電路板用途和功能的電氣層面的設(shè)計(jì)。

3、創(chuàng)建 PCB 布局

? ?使用工具設(shè)計(jì)原理圖。

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4、設(shè)計(jì) PCB 疊層

? ?阻抗在 PCB設(shè)計(jì)階段的早期就需要考慮，疊層在 PCB設(shè)計(jì)階段非常重要。

5、定義設(shè)計(jì)規(guī)則和要求

? ?一般公司都會(huì)有自己一套的設(shè)計(jì)規(guī)則和布局要求，可以避免 PCB設(shè)計(jì)反復(fù)修改。

6、放置組件

? ?為了防止在電路中產(chǎn)生電噪聲，有些組件會(huì)有比較嚴(yán)格的要求。

? ?關(guān)于組件放置的更多內(nèi)容，歡迎閱讀以下文章：PCB 元器件怎么放置？14條元器件擺放技巧幫你總結(jié)，圖文結(jié)合，通俗易懂

7. 插入鉆孔

? ?這里主要是由組件和連接驅(qū)動(dòng)，也就是與底層的鉆孔連接。

? ?關(guān)于 PCB 鉆孔的更多內(nèi)容，歡迎閱讀以下文章：9種PCB鉆孔技巧總結(jié)，圖文+案例，帶你輕松搞定PCB鉆孔

8. 布線

? ?防止組件并鉆孔后，就可以開始布線了。

9、添加標(biāo)簽和標(biāo)識(shí)符

? ?添加標(biāo)簽、標(biāo)識(shí)符、標(biāo)記或參考指示符，有助于顯示特定組件在電路板上的位置。

10. 生成設(shè)計(jì)/布局文件

? ?全部完成之后，就可以生成設(shè)計(jì)文件。