一文帶你了解PCB設(shè)計中的常用基本概念

Kivy · 發(fā)表于 2021-9-5 22:05:31

一文帶你了解pcb設(shè)計中的常用基本概念

一個優(yōu)秀的工程師設(shè)計的產(chǎn)品一定是既滿足設(shè)計需求又滿足生產(chǎn)工藝的，某個方面有瑕疵都不能算是一次完美的產(chǎn)品設(shè)計。規(guī)范產(chǎn)品的電路設(shè)計，工藝設(shè)計，PCB設(shè)計的相關(guān)工藝參數(shù)，使得生產(chǎn)出來的實(shí)物產(chǎn)品滿足可生產(chǎn)性、可測試性、可維修性等的技術(shù)規(guī)范要求，在產(chǎn)品的設(shè)計過程中構(gòu)建產(chǎn)品的工藝、技術(shù)、質(zhì)量、成本的優(yōu)勢。

本文將從初學(xué)者的角度出發(fā)，一文帶你快速了解PCB設(shè)計中的常用基本概念：

1、FR4板材

FR-4就是玻璃纖維環(huán)氧樹脂覆銅板，線路板中的一種基材，可以分為一般FR4板材和高TG FR4板材，Tg是玻璃轉(zhuǎn)化溫度，即熔點(diǎn)。電路板必須耐燃，在一定溫度下不能燃燒，只能軟化。這時的溫度點(diǎn)就叫做玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度(Tg點(diǎn))，這個值關(guān)系到PCB板的尺寸安定性。

一般Tg的板材為130度以上，高Tg一般大于170度，中等Tg約大于150度。通常Tg≥170℃的PCB印制板，稱作高Tg印制板。基板的Tg提高了，印制板的耐熱性、耐潮濕性、耐化學(xué)性、耐穩(wěn)定性等特征都會提高和改善。TG值越高，板材的耐溫度性能越好，尤其在無鉛制程中，高Tg應(yīng)用比較多。

1、阻抗匹配

阻抗匹配（impedance matching）主要用于傳輸線上，以此來達(dá)到所有高頻的微波信號均能傳遞至負(fù)載點(diǎn)的目的，而且?guī)缀醪粫行盘柗瓷浠貋碓袋c(diǎn)，從而提升能源效益。信號源內(nèi)阻與所接傳輸線的特性阻抗大小相等且相位相同，或傳輸線的特性阻抗與所接負(fù)載阻抗的大小相等且相位相同，分別稱為傳輸線的輸入端或輸出端處于阻抗匹配狀態(tài)，簡稱為阻抗匹配。PCB中常見的阻抗控制值有：100歐姆差分阻抗，90歐姆差分阻抗以及單端50歐姆阻抗。

1、表面處理

PCB 板表面處理一般分為幾種，為了更好的了解自己的PCB設(shè)計各項問題，現(xiàn)進(jìn)行簡單介紹：

1）噴錫，噴錫是電路板行內(nèi)最常見的表面處理工藝，它具有良好的可焊接性，可用于大部分電子產(chǎn)品。噴錫板對其他表面處理來說，它成本低、可焊接性好的優(yōu)點(diǎn)；其不足之處是表面沒有沉金平整，特別是大面積開窗的時候，更容易出現(xiàn)錫不平整的現(xiàn)象。

2）沉錫，沉錫跟噴錫的不同點(diǎn)在于它的平整度好，但不足之處是極容易氧化發(fā)黑。

3）沉金，只要是“沉”其平整度都比“噴”的工藝要好。沉金是無鉛的，沉金一般用于金手指、按鍵板，因為金的電阻小，所以接觸性的必須要用到金，如手機(jī)的按鍵板燈。沉金是軟金，對于經(jīng)常要插拔的要用鍍金，沉金主要是沉鎳金。

4）鍍金

在沉金中已經(jīng)提到鍍金，鍍金有個致命的不足時其焊接性差，但其硬度比沉金好。在MID和VR的設(shè)計中一般不用這種工藝

小助手提示：如果對于平整度有要求，如對頻率有要求的阻抗電路板（如微帶線）盡量用沉金工藝；一般帶有BGA的MID板卡都用沉金工藝。

5） OSP

它主要靠藥水與焊接銅皮之間的反應(yīng)產(chǎn)生可焊接性，唯一的好處是生產(chǎn)快，成本低；但是因其可焊接性差、容易氧化，電路板行內(nèi)一般用得比較少。

4、芯板（Core）/PP片（半固化片）

將補(bǔ)強(qiáng)材料浸以樹脂，一面或兩面覆以銅箔，經(jīng)熱壓而成的一種板狀材料，稱為覆銅箔層壓板。它是做PCB的基本材料，常叫基材。當(dāng)它用于多層板生產(chǎn)時，也叫芯板（CORE）

樹脂與載體合成的一種片狀粘結(jié)材料稱為PP片。

芯板和半固化片是用于制作壓合多層板的常見材料。

5、差分線

差分信號就是驅(qū)動器端發(fā)送兩個等值、反相的信號，接收端通過比較這兩個電壓的差值來判斷邏輯狀態(tài)“0”還是“1”。而承載差分信號的那一對走線就稱為差分走線。差分信號，有些也稱差動信號，用兩根完全一樣，極性相反的信號傳輸一路數(shù)據(jù)，依靠兩根信號電平差進(jìn)行判決。為了保證兩根信號完全一致，在布線時要保持并行，線寬、線間距保持不變。

6、信號完整性(signal integrity)

信號完整性是指信號在傳輸線上的質(zhì)量。信號具有良好的信號完整性是指當(dāng)在需要的時候，具有所必需達(dá)到的電壓電平數(shù)值。差的信號完整性不是由某一單一因素導(dǎo)致的，而是板級設(shè)計中多種因素共同引起的。主要的信號完整性問題包括反射、振蕩、地彈、串?dāng)_等。

7、信號反射

反射就是在傳輸線上的回波。信號功率(電壓和電流)的一部分傳輸?shù)骄€上并達(dá)到負(fù)載處，但是有一部分被反射了。如果源端與負(fù)載端具有相同的阻抗，反射就不會發(fā)生了。源端與負(fù)載端阻抗不匹配會引起線上反射，負(fù)載將一部分電壓反射回源端。如果負(fù)載阻抗小于源阻抗，反射電壓為負(fù)，反之，如果負(fù)載阻抗大于源阻抗，反射電壓為正。布線的幾何形狀、不正確的線端接、經(jīng)過連接器的傳輸及電源平面的不連續(xù)等因素的變化均會導(dǎo)致此類反射。

反射會造成信號過沖overshoot、下沖undershoot、振鈴ringing、邊沿遲緩也就是階梯電壓波。

8、串?dāng)_(crosstalk)

串?dāng)_是兩條信號線之間的耦合，信號線之間的互感和互容引起線上的噪聲。容性耦合引發(fā)耦合電流，而感性耦合引發(fā)耦合電壓。PCB板層的參數(shù)、信號線間距、驅(qū)動端和接收端的電氣特性及線端接方式對串?dāng)_都有一定的影響。

9、內(nèi)電層（Inner Layer）

內(nèi)電層是PCB的一種負(fù)片層，主要作用是當(dāng)做電源或地的層，必要時進(jìn)行電源分割。

10、盲埋孔

1）盲孔：從中間層延伸到PCB一個表面層的過孔。常見的有一階，二階之稱，比如一階盲孔是指第二層到TOP層的過孔或者倒數(shù)第二層到Bottom的過孔。

2）埋孔：從一個中間到另一個中間之間的過孔，不會延伸到PCB表面層。

10、測試點(diǎn)：

一般指獨(dú)立的PTH孔、smt PAD、金手指、Bonding手指、IC手指、BGA焊接點(diǎn)、以及客戶于插件后測試的測試點(diǎn)。

11、Mark點(diǎn)

Mark點(diǎn)是電路板設(shè)計中PCB應(yīng)用于自動貼片機(jī)上的位置識別點(diǎn)，又稱光學(xué)點(diǎn)位點(diǎn)。Mark點(diǎn)的選用直接影響到自動貼片機(jī)的貼片效率。一般Mark點(diǎn)的選用與自動貼片機(jī)的機(jī)型有關(guān)。 Mark點(diǎn)一般設(shè)計成Ф1 mm（40 mil）的圓形圖形�？紤]到材料顏色與環(huán)境的反差，留出比光學(xué)定位基準(zhǔn)符號大0.5 mm（19.7 mil）的無阻焊區(qū)，也不允許有任何字符，見圖所示。同一板上的光學(xué)定位基準(zhǔn)符號與其相鄰內(nèi)層背景要相同，即三個基準(zhǔn)符號下有無銅箔應(yīng)一致。周圍10mm無布線的孤立光學(xué)定位符號應(yīng)設(shè)計一個內(nèi)徑為2mm環(huán)寬1mm的保護(hù)圈，且周圍有上下邊直徑為2.8mm的8邊形隔離銅環(huán)。

12、PTH（金屬化孔）/NPTH（非金屬化孔）

孔壁沉積有金屬層的孔稱為金屬化孔，其主要用于層間導(dǎo)電圖形的電氣連接。反之，則為非金屬孔，一般用來作為定位孔或安裝孔。

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