PCB基础知识（二）

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零件封装技术
插入式封装技术（ Through Hole Technology）
将零件安置在板子的一面，并将接脚焊在另一面上，这种技术称为「插入式（ Through
Hole Technology， THT）」封装。这种零件会需要占用大量的空间，并且要为每只接脚钻一
个洞。所以它们的接脚其实占掉两面的空间，而且焊点也比较大。但另一方面， THT 零件
和 SMT（ Surface Mounted Technology，表面黏着式）零件比起来，与 PCB 连接的构造比较
好，关于这点我们稍后再谈。像是排线的插座，和类似的界面都需要能耐压力，所以通常它
们都是 THT 封装




表面黏贴式封装技术（ Surface Mounted Technology）
使用表面黏贴式封装（ Surface Mounted Technology， SMT）的零件，接脚是焊在与零件
同一面。这种技术不用为每个接脚的焊接，而都在 PCB 上钻洞。
表面黏贴式的零件，甚至还能在两面都焊上。
SMT 也比 THT 的零件要小。和使用 THT 零件的 PCB 比起来，使用 SMT 技术的 PCB
板上零件要密集很多。 SMT 封装零件也比 THT 的要便宜。所以现今的 PCB 上大部分都是
SMT，自然不足为奇。
因为焊点和零件的接脚非常的小，要用人工焊接实在非常难。不过如果考虑到目前的组
装都是全自动的话，这个问题只会出现在修复零件的时候吧。

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设计流程
在 PCB 的设计中，其实在正式布线前，还要经过很漫长的步骤，以下就是主要设计的流程：
系统规格
首先要先规划出该电子设备的各项系统规格。包含了系统功能，成本限制，大小，运作情形
等等。
系统功能区块图
接下来必须要制作出系统的功能方块图。方块间的关系也必须要标示出来。
将系统分割几个 PCB
将系统分割数个 PCB 的话，不仅在尺寸上可以缩小，也可以让系统具有升级与交换零
件的能力。系统功能方块图就提供了我们分割的依据。像是计算机就可以分成主机板、显示
卡、声卡、软盘驱动器和电源等等。
决定使用封装方法，和各 PCB 的大小
当各 PCB 使用的技术和电路数量都决定好了，接下来就是决定板子的大小了。如果设
计的过大，那么封装技术就要改变，或是重新作分割的动作。在选择技术时，也要将线路图
的品质与速度都考量进去。

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绘出所有 PCB 的电路概图
概图中要表示出各零件间的相互连接细节。所有系统中的 PCB 都必须要描出来，现今
大多采用 CAD（计算机辅助设计， Computer Aided Design）的方式。下面就是使用
CircuitMakerTM 设计的范例。
PCB 的电路概图
初步设计的仿真运作
为了确保设计出来的电路图可以正常运作，这必须先用计算机软件来仿真一次。这类软
件可以读取设计图，并且用许多方式显示电路运作的情况。这比起实际做出一块样本 PCB，
然后用手动测量要来的有效率多了。

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将零件放上 PCB
零件放置的方式，是根据它们之间如何相连来决定的。它们必须以最有效率的方式与路
径相连接。 所谓有效率的布线， 就是牵线越短并且通过层数越少 （这也同时减少导孔的数目）
越好，不过在真正布线时，我们会再提到这个问题。下面是总线在 PCB 上布线的样子。为
了让各零件都能够拥有完美的配线，放置的位置是很重要的。

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测试布线可能性，与高速下的正确运作
现今的部份计算机软件，可以检查各零件摆设的位置是否可以正确连接，或是检查在高
速运作下， 这样是否可以正确运作。 这项步骤称为安排零件， 不过我们不会太深入研究这些。
如果电路设计有问题，在实地导出线路前，还可以重新安排零件的位置

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导出 PCB 上线路
在概图中的连接，现在将会实地作成布线的样子。这项步骤通常都是全自动的，不过一
般来说还是需要手动更改某些部份。下面是 2 层板的导线模板。红色和蓝色的线条，分别代
表 PCB 的零件层与焊接层。白色的文字与四方形代表的是网版印刷面的各项标示。红色的
点和圆圈代表钻洞与导孔。最右方我们可以看到 PCB 上的焊接面有金手指。这个 PCB 的最
终构图通常称为工作底片（ Artwork）。
每一次的设计，都必须要符合一套规定，像是线路间的最小保留空隙，最小线路宽度，
和其它类似的实际限制等。这些规定依照电路的速度，传送信号的强弱，电路对耗电与噪声
的敏感度，以及材质品质与制造设备等因素而有不同。如果电流强度上升，那导线的粗细也
必须要增加。为了减少 PCB 的成本，在减少层数的同时，也必须要注意这些规定是否仍旧
符合。如果需要超过 2 层的构造的话，那么通常会使用到电源层以及地线层，来避免信号层
上的传送信号受到影响，并且可以当作信号层的防护罩。

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导线后电路测试
为了确定线路在导线后能够正常运作，它必须要通过最后检测。这项检测也可以检查是
否有不正确的连接，并且所有联机都照着概图走。
建立制作档案
因为目前有许多设计 PCB 的 CAD 工具，制造厂商必须有符合标准的档案，才能制造板
子。标准规格有好几种，不过最常用的是 Gerber files 规格。一组 Gerber files 包括各信号、
电源以及地线层的平面图，阻焊层与网板印刷面的平面图，以及钻孔与取放等指定档案。
电磁兼容问题
没有照 EMC（电磁兼容）规格设计的电子设备，很可能会散发出电磁能量，并且干扰
附近的电器。 EMC 对电磁干扰（ EMI），电磁场（ EMF）和射频干扰（ RFI）等都规定了最
大的限制。这项规定可以确保该电器与附近其它电器的正常运作。 EMC 对一项设备，散射
或传导到另一设备的能量有严格的限制，并且设计时要减少对外来 EMF、 EMI、 RFI 等的磁
化率。换言之，这项规定的目的就是要防止电磁能量进入或由装置散发出。这其实是一项很
难解决的问题，一般大多会使用电源和地线层，或是将 PCB 放进金属盒子当中以解决这些
问题。电源和地线层可以防止信号层受干扰，金属盒的效用也差不多。对这些问题我们就不
过于深入了。
电路的最大速度得看如何照 EMC 规定做了。内部的 EMI，像是导体间的电流耗损，会
随着频率上升而增强。如果两者之间的的电流差距过大，那么一定要拉长两者间的距离。这
也告诉我们如何避免高压，以及让电路的电流消耗降到最低。布线的延迟率也很重要，所以
长度自然越短越好。所以布线良好的小 PCB，会比大 PCB 更适合在高速下运作。

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制造流程
PCB 的制造过程由玻璃环氧树脂（ Glass Epoxy）或类似材质制成的「基板」开始
影像（成形／导线制作）
制作的第一步是建立出零件间联机的布线。我们采用负片转印（ Subtractive transfer）方
式将工作底片表现在金属导体上。这项技巧是将整个表面铺上一层薄薄的铜箔，并且把多余
的部份给消除。追加式转印（ Additive Pattern transfer）是另一种比较少人使用的方式，这是
只在需要的地方敷上铜线的方法，不过我们在这里就不多谈了。
如果制作的是双面板，那么 PCB 的基板两面都会铺上铜箔，如果制作的是多层板，接
下来的步骤则会将这些板子黏在一起。
接下来的流程图，介绍了导线如何焊在基板上。
正光阻剂（ positive photoresist）是由感光剂制成的，它在照明下会溶解（负光阻剂则是
如果没有经过照明就会分解）。有很多方式可以处理铜表面的光阻剂，不过最普遍的方式，
是将它加热，并在含有光阻剂的表面上滚动（称作干膜光阻剂）。它也可以用液态的方式喷
在上头，不过干膜式提供比较高的分辨率，也可以制作出比较细的导线。
遮光罩只是一个制造中 PCB 层的模板。在 PCB 板上的光阻剂经过 UV 光曝光之前，覆
盖在上面的遮光罩可以防止部份区域的光阻剂不被曝光（假设用的是正光阻剂）。这些被光
阻剂盖住的地方，将会变成布线

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在光阻剂显影之后，要蚀刻的其它的裸铜部份。蚀刻过程可以将板子浸到蚀刻溶剂中，
或是将溶剂喷在板子上。 一般用作蚀刻溶剂的有， 氯化铁 （ Ferric Chloride）， 碱性氨 （ Alkaline
Ammonia）， 硫酸加过氧化氢 （ Sulfuric Acid + Hydrogen Peroxide）， 和氯化铜 （ Cupric Chloride）
等。蚀刻结束后将剩下的光阻剂去除掉。这称作脱膜（ Stripping）程序。


钻孔与电镀
如果制作的是多层 PCB 板，并且里头包含埋孔或是盲孔的话，每一层板子在黏合前必
须要先钻孔与电镀。如果不经过这个步骤，那么就没办法互相连接了。
在根据钻孔需求由机器设备钻孔之后，孔璧里头必须经过电镀（镀通孔技术，
Plated-Through-Hole technology， PTH）。在孔璧内部作金属处理后，可以让内部的各层线路
能够彼此连接。在开始电镀之前，必须先清掉孔内的杂物。这是因为树脂环氧物在加热后会
产生一些化学变化，而它会覆盖住内部 PCB 层，所以要先清掉。清除与电镀动作都会在化
学制程中完成。

荒魁

mcinventor

ohahaha 发表于 2016-3-4 10:52
导出 PCB 上线路
在概图中的连接，现在将会实地作成布线的样子。这项步骤通常都是全自动的，不过一
般来 ...

图在哪里？